Ecrit par Beverly Perry
Qu’est-ce que l’eau et l’aluminium ont en commun?
Si vous avez deviné que l’eau et l’aluminium font voler SLS, donnez-vous une étoile d’or!
La chimie est au cœur de la fabrication des fusées. La propulsion de la fusée suit la troisième loi de Newton, qui stipule que pour chaque action il y a une réaction égale et opposée. Pour obtenir une fusée hors de la rampe de lancement, créer une réaction chimique qui tire du gaz et des particules à une extrémité de la fusée et la fusée ira dans l’autre sens.,
Quel type de réaction chimique permet aux gaz chauds de sortir de l’extrémité commerciale d’une fusée avec une vitesse suffisante pour la détacher de la gravité terrestre? Combustion.
Que ce soit votre véhicule personnel ou un lanceur géant comme SLS, les bases sont les mêmes. La combustion (brûler quelque chose) libère de l’énergie, ce qui fait avancer les choses. Commencez avec du carburant (quelque chose à brûler) et un oxydant (quelque chose pour le faire brûler) et maintenant vous avez du propergol. Donnez-lui une étincelle et de l’énergie est libérée, ainsi que des sous-produits.,
Pour que le SLS vole, la combustion a lieu dans deux zones principales: les moteurs principaux (quatre Aerojet Rocketdyne RS-25) et les deux propulseurs solides (construits par Orbital ATK) qui fournissent plus de 75% de la poussée au décollage. La combustion alimente les deux systèmes de propulsion, mais les carburants et les oxydants sont différents.
Les moteurs principaux RS-25 sont appelés « moteurs liquides” car le carburant est de l’hydrogène liquide (LH2). L’oxygène liquide (LOX) sert d’oxydant. Les boosters, quant à eux, utilisent de l’aluminium comme carburant avec du perchlorate d’ammonium comme oxydant, mélangé à un liant qui crée un propergol solide homogène.
Faire de l’eau fait voler SLS
L’hydrogène, le carburant des moteurs principaux, est l’élément le plus léger et existe normalement sous forme de gaz., Les gaz – en particulier l’hydrogène léger-sont de faible densité, ce qui signifie qu’un peu de celui-ci prend beaucoup de place. Pour avoir assez pour alimenter une réaction de combustion importante, il faudrait un réservoir incroyablement grand pour le contenir – le contraire de ce qui est nécessaire pour un lanceur de conception aérodynamique.
Pour contourner ce problème, transformez l’hydrogène gazeux en un liquide, plus dense qu’un gaz. Cela signifie refroidir l’hydrogène à une température de -423 degrés Fahrenheit (-253 degrés Celsius). Sérieusement froid.,
Bien qu’il soit plus dense que l’hydrogène, l’oxygène doit également être comprimé dans un liquide pour tenir dans un réservoir plus petit et plus léger. Pour transformer l’oxygène à l’état liquide, il est refroidi à une température de -297 degrés Fahrenheit (-183 degrés Celsius). Bien que ce soit doux par rapport à LH2, les deux ingrédients propulseurs nécessitent une manipulation spéciale à ces températures. De plus, le LH2 cryogénique et le LOX s’évaporent rapidement à la pression et à la température ambiantes, ce qui signifie que la fusée ne peut pas être chargée en propergol avant quelques heures avant le lancement.,
Une fois dans les réservoirs et alors que le compte à rebours de lancement approche de zéro, le LH2 et le LOX sont pompés dans la chambre de combustion de chaque moteur. Lorsque le propulseur est enflammé, l’hydrogène réagit de manière explosive avec l’oxygène pour former: de l’eau! Élémentaire!
2H2 + O2 = 2H2O + Énergie
Cette réaction « verte” libère des quantités massives d’énergie avec de l’eau surchauffée (vapeur). La réaction hydrogène-oxygène génère une chaleur énorme, provoquant l’expansion de la vapeur d’eau et la sortie des buses du moteur à des vitesses de 10 000 miles par heure!, Toute cette vapeur rapide crée la poussée qui propulse la fusée de la Terre.
Tout est une question d’impulsion
Mais ce n’est pas seulement la réaction de l’eau respectueuse de l’environnement qui fait du LH2 cryogénique un carburant de fusée fantastique. Tout est une question d’impulsion spécifique. Cette mesure de l’efficacité du carburant de fusée décrit la quantité de poussée par quantité de carburant brûlé. Plus l’impulsion spécifique est élevée, plus vous obtenez de” poussée du tampon » pour chaque livre de carburant.,
Le propulseur LH2-LOX a l’impulsion spécifique la plus élevée de tous les carburants de fusée couramment utilisés, et le moteur RS-25 incroyablement efficace tire une grande consommation d’essence d’un carburant déjà efficace.
Mais même si LH2 a l’impulsion spécifique la plus élevée, en raison de sa faible densité, transporter suffisamment de LH2 pour alimenter la réaction nécessaire pour quitter la surface de la Terre nécessiterait un réservoir trop grand, trop lourd et avec trop d’isolation protégeant le propulseur cryogénique pour être pratique.
Pour contourner cela, les concepteurs ont donné un coup de pouce à SLS.,
La prochaine fois: Comment les propulseurs de fusée solides utilisent de l’aluminium – les mêmes choses que vous utilisez pour couvrir vos restes – pour fournir suffisamment de poussée pour faire décoller SLS du sol.