Single Stage To Orbit 2.0 : la liquéfaction
Les moteurs LACE et ACES.
En 1959 l'USAF lance le projet AEROSPACEPLANE
objectif : un avion orbital monoétage.
Marquardt spécialiste américain du statoréacteur (en tout genre y compris nucléaire!!) se penche sur le principe de la liquéfaction de l 'air.
Plusieurs manières d 'exploiter l 'atmosphère par ce moyen seront identifiées.
Les différents mode de liquéfaction
Le principe de base de la liquéfaction, découvert pour l'Aerospaceplane dans les années 60, est simple : l'hydrogène nécessaire au moteur fusée ne peut être stocké que sous forme liquide (la moins encombrante si l 'on peut dire).
Or l 'hydrogène doit être refroidi à -270°C. Du coup cette source de froid intense peut être utilisé pour refroidir - donc liquéfier- de l 'air prélevé par une entrée d'air classique et alimentant ensuite un moteur fusée.
L 'hydrogène est mis au contact de l 'air dans un condenseur. Cependant la liquéfaction de l 'air à tendance à congeler le condenseur lui même ce qui est le problème majeur de ce type de moteur. L'utilisation de l'hydrogène posait un problème grave de consommation car il prenait la chaleur de l'air et devenait du coup inutilisable.
Aerospaceplane
En 1960 on a envisagé de liquéfier l 'air dans sa totalité(LACE = Liquid Air Collection Enrichment System)
Ensuite, poussant les recherches seul l 'oxygène a été retenu
(ACES = Air Collection Enrichment System )
Dans ce cas l 'air est prélevé, liquéfié par l 'hydrogène du moteur fusée puis envoyé dans des réservoirs pour séparation de l 'oxygène qui est alors utilisé par le moteur fusée.
Le système était lourd et complexe car l ' oxygène était séparé de l ' azote via des pompes et réservoirs. Ca n'a pas empêché Marquardt dans les années 60 de faire tourner au banc des petits moteurs à liquéfaction…
HOTOL
Même procédé mais sans réservoirs : séparation directe.
Skylon ou ATREX
L'air entre par une entrée d ' air.
Il est refroidi par de l ' hélium gazeux (et non par l'hydrogène ).
Ce système de refroidissement indirect permet d'éviter de gaspiller du carburant.
La différence fondamentale entre HOTOL et SKYLON , entre leur moteurs RB-545 et SABRE est la suivante : elle porte sur la transformation de l 'air.
Dans le RB-545 l ' air est purement et simplement liquéfié.
Avec le SABRE l ' air n 'est plus liquéfié mais simplement porté à une température proche du point de liquéfaction!
(tout est dans la nuance :en anglais , "liquefied air" s'oppose à "cold gas"
soit "air liquéfié" opposé à quelque chose comme "gaz froid ").
Ensuite , cet air n'étant pas liquide peut être compressé - par un fan type turboréacteur - avant de brûler dans le moteur fusée. Et ce "fan" permet d'obtenir une poussée supplémentaire au décollage!
Mais que devient l ' hélium ?
Il a pris la chaleur de l 'air lors de sa liquéfaction, et amassé en plus la chaleur du reste du moteur.
L'hélium doit alors être refroidi à son tour (pour revenir refroidir l 'air!!). Il transmet alors sa chaleur à
l'hydrogène liquide des réservoirs .
Les moteurs fusées expander sont capable de brûler cet hydrogène "chaud" (ils n'existaient pas a l'époque de l'Aerospaceplane, d'ou obligation de se débarrasser de l 'hydrogène chaud.)
La différence entre Aerospaceplane /HOTOL et SKYLON réside dans l'ajout d'un compresseur et d'un système de refroidissement a part entière, n'utilisant pas directement le carburant
ANDREW SPACE&TECHNOLOGY : le Griffon.
Collecte d ' oxygène en vol mais sur un biétage.
Le premier est équipé de turboréacteurs à hydrogène et de moteurs fusée à liquéfaction (système "alchemist") .
Il décolle du KSC et met le cap en subsonique vers l 'équateur qu'il mettra 6 heures à atteindre. Pendant ces 6 heures les réservoirs d 'oxygène sont lentement remplis par le système de liquéfaction, branché sur les compresseurs des turboréacteurs. Quand l ' engin a enfin atteint l 'équateur les moteurs fusées sont allumés et le TSTO grimpe à mach6 et 60km d 'altitude pour largage du 2eme étage.
Ce concept prouve bien malgré lui une chose : la liquéfaction "instantanée" n'est pas pour demain.
Andrew propose un premier système, mais il lui faut 6 heures pour remplir des réservoirs!
