Single Stage To Orbit 1.0 : les moteur-fusées
Le bon vieux moteur fusée classique a été bien amélioré en 50 ans.
Dès les années 60 on s'aperçoit que certains étages de fusée seraient théoriquement capable de gagner l'orbite seul (cas notamment des S-II et S-IVB de Saturne V).
En fait un SSTO de ce type est faisable... mais inintéressant.
En effet si on tente de rendre réutilisable ce SSTO, on annule la charge utile. Les Airbags/ parachutes ou les "accessoires avions" (ailes, moteurs, etc.), sans oublier l'inévitable bouclier thermique, mangent la faible charge utile de l'engin. On ne lance plus rien on orbite à part l'engin lui meme!
De son coté un SSTO consommable ne présente pas grand interet comparé à une fusée classique... certes à étages, mais consommable également!
Bien longtemps avant Constantin Tsilkovski avait déjà énoncé un problème majeur celui de
l'indice de structure.
Compte tenu de la vitesse à imprimer à l 'engin le carburant nécessaire pour se hisser simplement en orbite à 200 km doit représenter au moins 87�e la masse au décollage.
Mais les manœuvres orbitales et autres exigent 5�lus ce qui fait donc 92�0D
Les 8�estant représentent... le véhicule sans son carburant.
Les conséquences de cette règle sont simple: il est impossible de construire un avion spatial comme un avion atmosphérique car la consommation des fusées est 10 fois supérieure, ce qui pose un problème majeur pour le stockage des ergols…
Ce problème est le fondement de la recherche sur les avions spatiaux et n 'a jamais été vraiment résolu de façon satisfaisante.
D'où les fusées à étage consommable, encore aujourd'hui.
La propulsion - disponible- ayant le meilleur rendement actuellement reste la propulsion chimique. Entre les propulsion solide et liquide les ergols liquides sont bien plus efficaces.
Or dans la palette des atomes le couple carburant/comburant le plus énergétique est
l'hydrogène / oxygène .
Le principal problème tient à la faible densité de l 'hydrogène aux très basses températures auxquelles il consent à être liquide (-270°C).
L'oxygène lui est plus facilement stockable mais la quantité embarqué est largement supérieure à celle de l'hydrogène.
La masse des ergols est énorme comparé au poids de l 'engin. De plus la vitesse orbitale terrestre est très élevée (mach25 , 7.8km/s ou 27800 km/h) conséquence de la grande taille de notre planète (à planète plus petite, vitesse orbitale plus faible et inversement).
On peut au passage noter que l'étage de retour du LM était un SSTO, merci la faible gravité de la Lune !
Du fait de la vitesse énorme à atteindre d 'une part , de la très grande masse des ergols d 'autre part , et pour finir, de la voracité des moteurs fusée actuels il est rigoureusement impossible de construire un avion spatial comme on construirait un avion de ligne c 'est a dire avec des réservoirs internes.
Un tel engin ne pourrait tout simplement pas décoller (masse largement supérieure à la puissance) ou n'accélérerait pas assez ou pire ne ferait qu'un vol suborbital avant de tomber en panne de carburant.
De plus une très grande parties des ergols est brûlée durant les deux premières minutes du vol. en effet lors du décollage , la masse est maximale et la vitesse nulle.
Toutes ces règles incontournables expliquent la tournure prise invariablement par les projets d 'avions spatiaux étudiés depuis 50 ans environ… La masse des ergols étant trop importante il faut
s 'alléger d'une partie de l 'engin en vol.
D 'ou…
- Assistance au décollage (Two Sage To Orbit)
- Parties consommables (one and half stage)
- Tentatives pour utiliser l ' oxygène de l 'air.
Malgré cela, avec des moteurs fusée classique la masse des ergols est TOUJOURS trop lourde.
Conclusion
- pour les engins a moteurs fusée , la solution ailée ne vaut rien (poids mort au décollage vertical, piste nécessaire a l'atterrissage).
Le X-33 était la pire des solutions a choisir! Alors que les Douglas DC-X et DC-Y tendaient les bras à la NASA...
- avec ou sans ailes, le monoétage est trop difficile a obtenir. En théorie le monoétage a moteur fusée sans ailes (en forme d'oeuf) est réalisable mais sans charge utile.
