Alors que la plupart des projets de la NASA se tournent vers l'avenir pour s'inspirer, l'un des projets de l'agence spatiale étudie une technologie de moteur plus conventionnelle pour rendre les voyages spatiaux moins chers. Dans le but d'alléger la charge du vaisseau spatial au lancement, les ingénieurs de la NASA ont conçu un nouveau moteur de fusée qui élimine le besoin d'un comburant à bord. Au lieu de cela, cette nouvelle fusée à respiration aérienne Le moteur extraira l'oxygène de l'air pour brûler du carburant lors de sa mise en orbite.
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L’idée d’un moteur qui aspire de l’air pour fournir une poussée n’est pas nouvelle. Les moteurs à réaction utilisent ce procédé depuis des décennies. L’utilisation de l’air de l’atmosphère pour des moteurs à réaction supersoniques afin d’alimenter un vaisseau spatial léger réduira à terme le coût de la mise en orbite du vaisseau spatial. Actuellement, il en coûte environ 10 000 dollars par livre (22 000 dollars/kg) pour mettre un objet en orbite. À ces prix-là, il en coûterait 1 500 000 $ pour envoyer une personne de 150 livres dans l’espace. L'objectif de la NASA est de réduire le coût de lancement à seulement quelques centaines de dollars par livre au cours des 25 prochaines années. Ils pensent qu'une façon d'y parvenir est de jeter les plus d'un million de livres de comburant liquide actuellement nécessaires à la combustion.
"Les technologies des moteurs de fusée à respiration aérienne ont le potentiel d'ouvrir la frontière spatiale aux gens ordinaires", a déclaré Uwe Hueter du Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama. Dans cette édition de How Stuff WILL Work , vous découvrirez comment voler dans l'espace à bord d'une de ces fusées à respiration aérienne, comment fonctionnent les moteurs et comment les fusées à respiration aérienne seront lancées dans l'espace.
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Dans un moteur-fusée conventionnel, un comburant liquide et un carburant sont pompés dans une chambre de combustion où ils brûlent pour créer un flux de gaz chauds à haute pression et à grande vitesse. Ces gaz s'écoulent à travers une buse qui les accélère davantage (des vitesses de sortie de 5 000 à 10 000 mph étant typiques), puis quittent le moteur. Ce processus fournit une poussée au vaisseau spatial.
Si vous avez lu l'article sur le fonctionnement des moteurs de fusée, vous savez que la navette spatiale a besoin de 143 000 gallons d'oxygène liquide, ce qui pèse environ 1 359 000 livres. Lorsqu'elle est vide, la navette elle-même ne pèse que 165 000 livres, le réservoir externe pèse 78 100 livres et les deux propulseurs de fusée à poudre pèsent 185 000 livres chacun. Cela représente un total de 613 000 livres. Lorsque vous ajoutez du carburant et du comburant, le poids total du véhicule grimpe à 4,4 millions de livres.
La NASA a déterminé qu'elle pourrait facilement réduire le poids d'un véhicule au lancement si elle supprimait l'oxydant liquide, ce qui ramènerait rapidement le poids du véhicule à environ 3,1 millions de livres. Il s'agit toujours d'un véhicule lourd, mais cela signifierait une réduction considérable du coût de mise en orbite d'un véhicule.
Donc, si vous retirez l'oxygène liquide, le carburant ne serait-il pas incapable de brûler et de fournir une poussée ? Il faut penser en dehors du fonctionnement normal d’un moteur-fusée conventionnel. Au lieu d’utiliser un comburant liquide, une fusée à respiration aérienne, comme son nom l’indique, aspirera l’air de l’atmosphère. Il le combinera ensuite avec le carburant pour créer une combustion et fournir une poussée.
Un moteur de fusée à respiration aérienne, également appelé moteur à cycle combiné basé sur une fusée , ressemble beaucoup à un moteur à réaction. Dans un moteur à réaction, l’air est aspiré par le compresseur. Le moteur comprime ensuite l'air, le combine avec un carburant et brûle le produit, qui se dilate et fournit une poussée. Un moteur à réaction ne peut être utilisé que jusqu’à Mach 3 ou 4 avant que ses pièces ne commencent à surchauffer. Dans un statoréacteur à combustion supersonique, ou scramjet , une entrée d'air aspire l'air. L'air est ralenti et comprimé à mesure que le véhicule fonce dans l'atmosphère. Le carburant est ajouté au flux d’air supersonique, où les deux se mélangent et brûlent. Les carburants les plus susceptibles d'être utilisés avec les fusées à respiration aérienne comprennent l'hydrogène liquide ou les hydrocarbures.
Aussi efficaces que soient les fusées à respiration aérienne, elles ne peuvent pas fournir la poussée nécessaire au décollage. Pour cela, deux options sont envisagées. La NASA peut utiliser des turboréacteurs ou des fusées à air augmenté pour faire décoller le véhicule. Une fusée à air augmenté est comme un moteur de fusée normal, sauf que lorsqu'il atteint une vitesse suffisamment élevée, peut-être à Mach deux ou trois, il augmentera l'oxydation du carburant avec l'air de l'atmosphère, et peut-être montera jusqu'à Mach 10, puis reviendra à fonction normale de la fusée. Ces fusées à air augmenté sont placées dans un conduit qui capte l'air et pourraient améliorer leurs performances d'environ 15 % par rapport aux fusées conventionnelles.
Plus loin, la NASA élabore un plan visant à lancer la fusée à respiration aérienne en utilisant des pistes à sustentation magnétique (maglev). Grâce aux chenilles maglev, le véhicule accélérera jusqu'à 600 mph avant de s'élever dans les airs.
Après le décollage et une fois que le véhicule a atteint deux fois la vitesse du son, les fusées à air comprimé s'arrêteraient. La propulsion serait alors assurée par la fusée à respiration aérienne, qui inhalerait de l'oxygène pendant environ la moitié du vol pour brûler du carburant. L’avantage est qu’il n’aura pas besoin de stocker autant d’oxygène à bord du vaisseau spatial que les anciens vaisseaux spatiaux, réduisant ainsi les coûts de lancement. Une fois que le véhicule aura atteint 10 fois la vitesse du son, il reviendra à un système propulsé par fusée conventionnel pour une dernière poussée en orbite.
Parce que cela réduira le poids du comburant, le véhicule sera plus facile à manœuvrer que les engins spatiaux actuels. Cela signifie que voyager à bord d’un véhicule propulsé par une fusée à respiration aérienne sera plus sûr. À terme, le public pourrait voyager à bord de ces véhicules dans l'espace en tant que touristes spatiaux.
Le Marshall Center et le Glenn Research Center de la NASA à Cleveland prévoient de concevoir en interne un moteur de fusée à respiration aérienne léger pour une démonstration en vol d'ici 2005. Ce projet déterminera si les moteurs de fusée à respiration aérienne peuvent être construits suffisamment légers pour un lancement. véhicule.
