Moteur Vulcain 2.1
Le kot Astro vous souhaite une bonne année et une bonne santé !
Quoi de mieux pour cette année de vous parler d’un futur moteur qui prendra son envol en été 2022 ?
Développé pour équiper le second étage de la fusée Ariane 5, le moteur Vulcain a connu 3 versions: Le Vulcain 1, Vulcain 2 et le Vulcain 2.1.
Chacune des versions emploie de l’hydrogène et de l’oxygène et fournissent une poussée d’au moins 1120 KN dans le vide !
Une des caractéristiques principales du Vulcain est son système à « générateur de gaz et à flux dérivés ». Afin de pomper l’oxygène et l’hydrogène rapidement, une partie des ergols est employé pour actionner une turbopompe chargée de drainer ce même carburant et de le réinjecter à plus haute pression pour améliorer l’efficacité du moteur.
Dans la version 1 et 2.1, les ergols chargés d’actionner la turbopompe sont rejetés après combustion via des lignes d’échappement de part et d’autre de la tuyère, donnant ainsi 2 flammes à côté de la flamme principale.
Avant de passer dans la chambre de combustion, le carburant destiné à la poussée coule le long de cette même tuyère dans plus de 200 tubes prévus à cet effet, afin de toujours refroidir la structure.
Toutefois, dans la version 2.0, les ergols alimentant la turbopompe sont aspirés dans la tuyère afin d’en refroidir la paroi et éviter une surchauffe de celle-ci. Cette technologie a été développée dans les années 30 et équipait les moteurs de V2 allemands.
Dans chaque version, le carburant est injecté en excès, cette fois-ci encore pour refroidir la structure de la tuyère.Tous ces systèmes de refroidissements sont en effet extrêmement importants, au sein de la chambre de combustion la pression peut atteindre 112 bars et plus de 3000 degrés !Les contraintes mécaniques sont donc énormes et une surchauffe peut entraîner la destruction partielle ou totale du moteur. A l’allumage de certains moteurs, les tuyères peuvent même se déformer.
Bien que le système à générateur de gaz soit moins efficace que celui à combustion étagée (-comme le NK-33 que nous avions présenté), les moteurs de ce type présentent l’avantage d’être plus simples dans leur conception.
Dans la grande famille des générateurs de gaz, on notera les moteurs F-1 de la Saturne V (système d’échappements similaire au Vulcain 2.0), le moteur Merlin 1D+ (vacuum) de SpaceX (système d’échappements similaire au Vulcain 1 et 2.1).Avant le décollage, le Vulcain est enclenché 7 secondes avant l’allumage des moteurs à poudre, ce délai sert en fait à vérifier que tout est en règle. En effet, il est à ce moment encore possible d’arrêter le lancement si un problème technique subsiste, une fois les moteurs à poudre enclenchés, plus possible de faire marche arrière.
Au lancement, le Vulcain ne fournit que 10% de la poussée totale du lanceur, les 90% restants étant assurés par les moteurs à ergols solide (les deux gros tubes de part et d’autre de l’Ariane). Une fois le lanceur séparé des moteurs à poudre, le Vulcain assure 100% de la poussée jusqu’à ce que l’étage soit vide en carburant. Le premier étage est alors éjecté, le second étage prenant alors le relais.
Bien que le Vulcain 2.1 n’ait pas encore été monté sur un seul lanceur, celui-ci sera monté sur l’Ariane 6 qui sera lancée cette année 2022 ! D’une masse comparable à un moteur d’avion, il est néanmoins capable de délivrer une puissance 10 fois plus importante.
Sources/Pour aller plus loin :
Moteurs alimentant la fusée Ariane 6: http://resp.llas.ac.cn/C666/handle/2XK7JSWQ/298924
Développement du Vulcain 1: P. Brossel, S. Eury, P. Signol, H. Laporte, and J. B. Micewicz, “Development Status of the Vulcain Engine,” AIAA Paper 95-2539, 1995
Lancement du télescope James-Webb séquence d’allumage: https://youtu.be/7nT7JGZMbtM
Fondamentaux sur la propulsion des fusées : « Rocket Propulsion Elements », 8th Edition by Oscar Biblarz, George P. SuttonDynamique aérospatiale: Urich Walter, « Astronautics, the physics of spaceflight, Third Edition », Springer, 2018
