Une fusée de lancement| Les différents types de fusées | La structure d'une fusée |
Les différents types de fuséesOn désigne par le terme fusée, fusée de lancement ou, plus récemment lanceur, les fusées spatiales qui sont utilisées pour placer en orbite et/ou sur une trajectoire planétaire les diverses missions spatiales, habitées ou non. Les termes "lanceur" et "fusée" sont interchangeables. Les fusées spatiales se basent essentiellement sur un moteur -qui fournit la propulsion- un carburant -qui alimente ce moteur- et de systèmes de contrôle. La mission (satellite, capsule spatiale) vient se placer au sommet de la fusée. Une fusée doit emporter un carburant et un oxygénateur, ce dernier élément permettant que, en l'absence d'oxygène, dans le vide spatial, le moteur de la fusée puisse tout de même fonctionner en termes de combustion. La plupart des lanceurs contemporains consistent en des fusées à deux ou plusieurs étages, chaque étage possédant ses propres moteurs et ses carburants. Au cours du lancement, chaque étage est successivement utilisé: une fois qu'un étage de la fusée a produit son effort, le moteur s'arrête et l'étage est abandonné, laissant la place à l'allumage de l'étage suivant. Les carburants des fusées contemporaines sont des carburants chimiques, liquides ou solides. Les carburants liquides font appel à la combustion de deux produits chimiques liquides, qui sont stockés séparément. La variété, de plus, se sépare ensuite entre carburants liquides/cryogéniques (en général le kérosène de type RP-1, avec, pour oxygénateur, de l'oxygène liquide), carburants cryogéniques (les deux éléments chimiques sont des gaz liquéfiés à; froid, tel l'hydrogène et l'oxygène liquides; il faut une étincelle ou une flamme lorsqu'ils sont introduits dans la chambre de combustion) et, enfin, carburants hypergoliques (les deux éléments chimiques s'enflamment spontanément lorsqu'ils sont mis en présence l'un de l'autre, ainsi l'aniline et l'acide nitrique). Les carburants solides, eux, consistent en des mélanges homogènes de carburant et d'oxygénateur, sous forme solide. Cette forme est plus stable et est plus facile à fabriquer et à stocker. L'hydrogène liquide doit être refroidi à -252.8°C. (-423°.F.) et l'oxygène liquide à -182.8°C. (-297°.F.). Une isolation protège les éléments de la fusée de lancement de la formation de gel qui peut résulter de ces températures en-dessous de zéro. Les fusées à carburant liquide peuvent voir, par le biais de pompes, leur combustion contrôlée, interrompue ou re-démarrée alors que les fusées à carburant solide, elles, ne possèdant pas de telles pompes, n'en sont pas capables: une fois la combustion enclenchée, elle ne peut que se dérouler jusqu'au bout. Depuis déjà quelque temps, les moteurs à carburant solide de grande taille sont devenus l'un des éléments majeurs de la propulsion des lanceurs. On les utilise, ainsi, pour la navette spatiale, les Atlas V et les Delta IV ainsi que des applications militaires. Ils fournissent une forte poussée à un coût relativement bas et ils ne nécessitent pas les techniques coûteuses de réfrigération et d'isolation que requièrent les fusés à carburants liquides. A la fin des années 1950 et aux débuts des années 1960, le centre Glenn de la NASA travailla sur les comburants de fusées. Le centre commença d'abord à travailler sur du carburant pour avions et ce travail évolua rapidement en carburant hydrogène pour les moteurs de fusée ce qui n'avait jamais été fait auparavant ainsi que sur des carburants à hydrogène liquide cryogénique, les comburants les plus puissants qu'on pouvait avoir. Ce travail pionnier traça le cadre pour que l'hydrogène liquide devint le comburant des grandes fusées de lancement de la NASA en particulier le moteur RL-10 et l'étage supérieur Centaur à haute énergie. Le Centaur devint alors, pendant 40 ans, l'étage de lancement de base des Etats-Unis, lançant 80 satellites et missions
La propulsion ionique, si on envisage la question, diffère de la propulsion chimique. Alors que la dernière produit une poussée importante pendant une courte période de temps, la propulsion par moteur è ion produit une faible poussée pendant longtemps. Le résultat en est qu'un vaisseau propulsion par un moteur ionique atteindra des vitesses nettement plus importante que celles que permet d'atteindre la mise à feu d'un moteur classique au début du voyage. Ce fut, en 1959 et 1960 que le Dr. Harold R. Kaufman du centre Glenn de la NASA, qui conçut et testa le premier thruster à bombardement d'électrons. On peut utiliser cette technologie non seulement comme système primaire de propulsion mais aussi comme système secondaire (pour maintenir l'orientation ou l'attitude d'un vaisseau). Vers 1970, a commencé le développement de l'utilisation dans l'industrie de la technologie de faisceau d'ions (gravure des micro-circuits, déposition de films fins sur de nombreux produits dont l'équipement optique
Chaque acteur spatial, à partir de la fin de la Seconde Guerre Mondiale, a développé ses propres lignes de lanceurs, la plupart du temps fondés sur des missiles ballistiques intercontinentaux. Les lanceurs spatiaux, ont été et sont, dans la plupart des cas, ce qu'on appelle des "lanceurs non-réutilisables" (en anglais: "expandable launch vehicles"), c'est-à-dire des fusées que l'on ne peut utiliser qu'une seule fois: les étages successivement utilisés retombent dans l'atmosphère et ne peuvent être récupérés. Sur un autre plan, l'hydrazine est le principal carburant utilisé de nos jours pour les thrusters, ces petits moteurs de réglage fin des vaisseaux spatiaux ou des sondes planétaires. L'hydrazine a d'abord été utilisée par la Luftwaffe pendant la Seconde Guerre Mondiale. Il s'agit d'un carburant "hypergolique": il s'enflamme spontanément au contact d'un oxydisant, ou de lui-même avec un catalyseur. L'hydrazine est hautement corrosive et extrêmement toxique
Les fusées actuelles -bien que la technologie de celle-ci date maintenant de près d'un siècle, nous permettent l'exploration du système solaire. Mais il faut encore 9 ans pour atteindre Pluton. Avec de tels moyens, il nous faut encore 50 000 ans pour parcourir 4,2 années-lumière... Pour ce qui est d'un voyage vers Mars, un moteur ionique permettrait de réduire la durée du vol de quelques mois
La structure d'une fuséeLe schéma qui suit des différents systèmes d'une fusée Boeing Delta II permet de donner une première description des composants d'une fusée de lancement
 | une fusée Boeing Delta II. The Boeing Company |
