Ce qui fait avancer une fusée (texte par Megan Jorgensen, rédigé vers 1998)
Propulsion des fusées : La force qui propulse les fusées, appelée poussée, peut être illustrée avec un simple ballon gonflable. Lorsque vous libérez un ballon gonflé, l’air s’échappant rapidement par le col ouvert crée une réaction opposée. Cela obéit à la loi de Newton : toute action génère une réaction égale et opposée, propulsant le ballon dans la direction inverse.
De la même manière, une fusée avance en expulsant des particules, généralement sous forme de gaz, par sa tuyère. Plus le débit dans la tuyère est élevé, plus la poussée vers l’avant est importante.
La propulsion du ballon n’est pas causée par l’air poussant contre l’atmosphère, contrairement à une hélice d’avion. Même en l’absence d’atmosphère, le ballon se déplacerait encore, sans résistance de l’air.
La poussée des fusées se mesure en livres. Pour qu’une fusée décolle, la poussée en livres doit dépasser son poids. C’est comme un tir à la corde entre la gravité terrestre et la poussée de la fusée : si la poussée dépasse l’attraction gravitationnelle, la fusée monte.
Rapidité d’ascension des fusées
La vitesse d’une fusée dépend de la différence entre sa poussée et son poids, appelée rapport poussée-poids.
La fusée lunaire Saturn V, avec la capsule Apollo, pesait environ 6 millions de livres. La poussée de son premier étage atteignait 7,5 millions de livres, permettant à la fusée de décoller. Le rapport poussée-poids était alors de 7,5 pour 6, soit 1,25. Cela signifie que la poussée dépassait le poids de 25 %.
Si la poussée était deux ou trois fois supérieure au poids, la fusée irait encore plus vite. En début de lancement, la poussée reste constante, mais les moteurs consomment rapidement des ergols, réduisant le poids. Ainsi, la fusée accélère rapidement après un démarrage lent, et disparaît souvent en deux ou trois minutes.
Un autre facteur important est l’impulsion spécifique, notée Isp. Cela correspond à l’efficacité des moteurs, exprimée en durée de poussée par unité de carburant. Par exemple, un Isp de 300 secondes indique qu’un moteur peut générer 300 livres de poussée avec une livre de carburant pendant une seconde. Les ingénieurs cherchent à maximiser l’Isp pour optimiser l’usage des ergols.
Le rapport de masse est également crucial : il compare le poids total chargé avec celui restant après combustion des ergols. Les ingénieurs augmentent souvent ce rapport en concevant des fusées à plusieurs étages. Lorsqu’un étage termine sa combustion, il est largué pour réduire le poids et faciliter l’ascension. Les fusées comportent généralement deux ou trois étages.
