La propulsion chimique à ergols liquides

Je donne ci-dessous quelques exemples de ces systèmes de propulsion « classiques » dont beaucoup restent encore à l’état d’études sur le papier. Bien qu’ils soient ingénieux, ces systèmes ne permettrons pas d’explorer notre Galaxie dans des temps raisonnables (maximum 100 ans). Force est de constater que les voyages interstellaires nécessitent de faire un « bond technologique » énorme, et ils supposent l’utilisation de « machines » que nous sommes encore incapables de fabriquer.

La propulsion chimique à ergols liquides

Le choix de la propulsion chimique à ergols liquides pour l’exploration de la Galaxie ne nécessiterait pas de nouveaux développements très coûteux. C’est une techno logie qui est parfaitement maîtrisée aujourd’hui. On utilise rait simplement des moteurs existants, mais la vitesse de déplacement resterait très limitée par rapport aux immenses distances à parcourir. En ce qui concerne la vitesse des vaisseaux à propulsion chimique, notons tout d’abord que la vitesse de libération nécessaire pour s’arra cher de la surface de la Terre est de 11,2 km/s (kilomètres par seconde), soit 40 000 km/h. Lorsque la sonde Pionner 10 fut accélérée par l’attraction de Jupiter elle atteignit la vitesse record de 132 000 km/h. Même en poussant cette technologie jusqu’à ses limites, on ne peut espérer atteindre que 0,01 % de la vitesse de la lumière. La sonde Voyager 1 par exemple, mettrait environ 80 000 ans pour atteindre Proxima Centauri, qui est l’étoile la plus proche du Soleil. Avec les technologies disponibles actuellement qui reposent sur des systèmes de propulsion chimique, il faudrait des centaines de milliers, et même des millions d’années, pour qu’un vaisseau spatial puisse atteindre les étoiles les plus proches du Soleil. Il va sans dire que cette technologie est trop « primitive » pour permettre de se déplacer dans des temps raisonnables (c’est-à-dire ceux d’une vie humaine) à l’intérieur de la Galaxie. Ces voyages au long cours seraient dans tous les cas des allers simples pour installer des colonies humaines dans les systèmes visités.

Je rappelle brièvement qu’un ergol est une substance homogène employée seule ou en association avec d’autres substances et destinée à fournir de l’énergie. Les ergols sont les produits initiaux, séparés, utilisés dans un système propulsif à réaction. La propulsion chimique est le mode de propulsion utilisé dans les moteurs de nos fusées. Elle ne fait aucun prélèvement de matière au milieu ambiant, mais consiste à éjecter une fraction de la masse propre du système. Cette masse correspond aux ergols emportés ou au propergol éjecté. Les principales distinctions entre les modes de propulsion chimique résident dans l’état des ergols embarqués. Les plus utilisés sont les ergols liquides ou solides. Nous connaissons bien les avantages et les inconvénients des moteurs chimiques à ergol liquide. Leur principal défaut est de nécessiter des réservoirs très encom brants lorsqu’il s’agit de fusées à étages, et ils exigent un haut niveau de sécurité. La fusée américaine Saturne 5, par exemple, était haute de 110 mètres et pesait 2750 ton nes, dont 2600 tonnes de carburant. Le réservoir principal des navettes spatiales américaines contenait près de deux millions de litres d’oxygène et d’hydrogène liquide refroi dis à très basse température et qui étaient mélangés pour former le carburant qui était ensuite brûlé par les trois principaux moteurs-fusées de la navette. Ces trois moteurs consommaient le carburant à la vitesse d’environ 3 800 litres à la seconde. Cette technique relativement « primitive » nécessite de recouvrir les réservoirs de matériaux isolants très efficaces pour maintenir les ergols à de très basses températures. Certes, l’avantage de la propulsion cryogénique est d’être parfaitement maîtrisée, mais elle ne pourra pas nous emmener vers des systèmes stellaires très éloignés. On voit bien que les systèmes de propulsion chimiques utilisés actuellement, même en envisageant une fusée géante, ne permettent pas de lancer un engin spatial vers l’étoile la plus proche en espérant l’atteindre dans des délais considérés comme acceptables pour une civilisation comme la nôtre.

Ci-après : Écorchés de la fusée Ariane 5 ECA-533. La fusée Ariane 5 est un lanceur de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) capable de placer des satellites sur une orbite géostationnaire et des charges lourdes en orbite basse (source ESA). Haute de 54,80 mètres, pesant 780 tonnes au décollage, la fusée développe une puissance de quelque 37 gigawatts, soit l’équivalent de toutes les centrales nucléaires françaises en fonctionnement. Avec ses deux étages à propulsion cryo technique (oxygène et hydrogène liquide) du corps central et les deux accélérateurs (boosters) à propulsion solide, la fusée peut mettre plus de 9 tonnes de charge utile en orbite de transfert (200 km). vers l’orbite géostationnaire à 36 000 km (documents, source ESA).