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ISP


Dans la série des trucs dont vous n'avez rien à foutre mais ça me plait quand même d'étaler ma science, parlons un peu, je vous prie, de fuséologie.

SSME au banc


Lorsqu'on s'intéresse à la technologie astronautique, on bute assez vite sur la notion d'impulsion spécifique, ou ISP. Une fusée, en dernière analyse, c'est deux réservoirs, un couple comburant/carburant (on appelle ça des ergols), des moteurs fusée et un système de guidage. L'ISP mesure la performance du couple moteur/ergols. Comment ça marche ? Imaginez une tonne de carburant, alimentant un moteur d'une poussée d'une tonne. L'ISP, c'est le temps que durera la tonne de carburant, et ça se mesure en secondes.

Dans la pratique, les grosses fusées à poudre sur les côtés de la navette spatiale, les SRB, ont une ISP de 269s dans le vide. Le premier étage de la fusée soyouz, qui brûle un mélange de kérozène et d'oxygène liquide, a une ISP de 310s tandis que le gigantesque moteur F1 de la fusée saturn V, avec les mêmes ergols, atteignait 304s. Les moteurs cryogéniques (hydrogène/oxygène) sont bien plus puissants : le RS-68 qui propulse la fusée delta IV crache gentiment 420s, le moteur russe RD-0120 de la fusée energia poussait à 453s, de même que le SSME de la navette spatiale. Enfin, c'est 453s dans le vide, mais au niveau du sol, c'est 363s.

Endeavour au décollage


Beuh ! Comment ça se fait que ça change ?

C'est parce que la poussée d'un moteur fusée est proportionnelle à la vitesse d'éjection des gaz brulés (p=mv), et que cette vitesse est fonction de la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du moteur. Donc un même moteur génèrera moins de poussée au niveau du sol qu'en altitude. Ce qui n'est pas dramatique, car une fusée normalement constituée ne fonctionnera que quelques secondes à basse altitude, mais ça vous explique pourquoi on utilise des boosters à poudre pour raccourcir autant que possible cette phase peu efficace du vol.

Peut-on augmenter l'ISP, pour envoyer plus de masse en orbite avec la même fusée, pour aller sur Mars, ou mieux, pour fabriquer enfin l'avion spatial qui décolle et atterrit sans perdre la moitié de ses pièces en route ?

Il existe en théorie des couples d'ergols plus puissants que l'hydrogène/oxygène. Le meilleur est lithium/hydrogène/fluor. Instable, cher, corrosif, horriblement toxique, et qui offre 8% de performances supplémentaires. Parfaitement inutilisable, donc. Pour aller plus loin, il faut quitter la propulsion chimique.

Mais ceci est une autre histoire... Pom pom pom pom...
Tags: science
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