L'énergie thermique de la combustion s'est transformée en énergie cinétique. L'expulsion des gaz à grande vitesse (entre 2000 et 4 500 m/s selon les ergols utilisés et l'efficacité du moteur-fusée) génère une poussée sur la fusée en sens opposé en application de la loi de la conservation de la quantité de mouvement.
Un moteur-fusée fonctionne en transformant en énergie cinétique l'énergie dégagée lors de la réaction chimique entre deux composés: un oxydant et un réducteur, appelés respectivement comburant et combustible. Ces substances, dont la réaction assure la propulsion, sont appelées propergols.
Les principaux propergols utilisés dans les fusées et les satellites sont l'hydrazine, qui est le carburant, et le peroxyde d'azote, la substance qui provoque la combustion. Ces substances sont performantes dans les propulseurs, mais elles présentent cependant des inconvénients.
Les moteurs des fusées produisent beaucoup de gaz très chaud, envoyé à grande vitesse vers l'arrière. La fusée avance alors vers l'avant. Elle décolle et s'élève dans le ciel. Plus légère, plus rapide.
Pour la propulsion des moteurs de son premier et de son deuxième étage, la fusée europénne Ariane, comme de nombreux autres lanceurs dans le monde, brûle un mélange d'hydrazine (UH-25) et de peroxyde d'azote (N2O4) (1).
« Un lancement de fusée pour quatre personnes représente entre 200 à 300 tonnes de CO2. Dans ce cas de figure, chaque passager dépense en moyenne 4,5 tonnes de CO2 au cours d'un seul vol ».
Elle est énorme! À savoir 11,2 km/s (kilomètres par seconde), soit plus de 40 000 km/h.
En 1893, le Russe Konstantin Tsiolkovski imagine le fonctionnement de la fusée spatiale : son mode de propulsion, son carburant et le fait qu'elle doit compter plusieurs étages. En 1926, l'Américain Robert Goddard lance une fusée qui s'élève à 12 m de hauteur, à la vitesse de 96 km/h.
Diamètre : environ 5,40 m ; Poids : environ 750 tonnes au moment du décollage, soit un dixième de la Tour Eiffel ; Carburant : Propulseurs d'appoint (EAP) : 480 tonnes de poudre (propergol solide), répartis dans les deux étages d'accélération à poudre mis en place dans le bâtiment d'intégration lanceur.
Elle est constituée d'un ou plusieurs satellites qui sont recouverts d'une coiffe à la forme aérodynamique qui les protège tant que la fusée traverse l'atmosphère et qui est larguée par la suite pour réduire la masse propulsée.
Environ 155 tonnes de kérosène liquide refroidi sont consommées lors d'un lancement, ainsi que 362 tonnes d'oxygène liquide. C'est beaucoup de carburant qui se trouve juste sous nos deux astronautes.
Lors du décollage d'une navette spatiale, les moteurs consomment énormément de carburant pour donner une vitesse suffisante à la navette afin qu'elle prenne de l'altitude. 1- Quelle forme d'énergie est stockée dans le carburant de la navette ? L'énergie stockée dans le carburant est de l'énergie chimique.
Le kérosène est le carburant pour avions le plus utilisé. Il sert aux jets civils et militaires, aux avions à turbopropulsion et aux hélicoptères entraînés par des moteurs à turbines. Il entre en ébullition autour de 150 °C –250 °C et, comme le diesel, appartient à la catégorie des distillats de densité moyenne.
Fin 1961, la configuration du lanceur super lourd (C-5, futur Saturn V) est figée : le premier étage est propulsé par cinq F-1, le deuxième étage par cinq J-2 et le troisième par un J-2. L'énorme lanceur peut placer 114 tonnes en orbite basse et envoyer 43 tonnes vers la Lune.
Une fusée sera stable si : Son centre de gravité est au dessus de son centre latéral de poussée, Sa marge statique est comprise entre 1 et 3 fois son diamètre moyen (2 fois idéalement).
La vitesse maximale d'une fusée aujourd'hui
Jusqu'alors, l'objet spatial le plus rapide du monde est la sonde Parker, embarquée par la fusée Delta IV Heavy en 2018. La sonde solaire Parker a ainsi atteint une vitesse proche des 600 000 km/h. Et les records risquent de pleuvoir encore dans les années à venir.
La majorité des grandes puissances ont lancé leurs fusées: Ariane, Soyouz, Vega, depuis Kourou, et également Falcon 9, Epsilon... Elles ont rejoint pour la plupart la station spatiale internationale ISS, dans le cadre d'agences nationales comme la Nasa ou supranationales comme l'agence spatiale européenne ESA.
Pour s'élever, la fusée éjecte des gaz vers l'arrière, ce qui, par réaction, la propulse vers l'avant. Contrairement à une voiture, elle n'a donc besoin d'aucun appui matériel pour avancer. La propulsion est d'autant plus forte que la quantité de gaz produite est importante et que la vitesse d'éjection est élevée.
Un comburant est une substance - liquide, gazeuse ou solide - qui, associée à un combustible, permet, grâce à un apport initial d'énergie, d'initier une réaction de combustion.
Sa fabrication nécessite du nitrate de potassium (oxydant) et du sucre (combustible ; majoritairement composé de saccharose). Ces réactifs peuvent être mélangés en proportion stœchiométrique. Les composés sont dissous dans de l'eau. Puis cette dernière est évaporée jusqu'à l'obtention d'une pâte blanche.
Parce qu'avec un seul étage, une fusée ne peut lutter contre l'attraction terrestre. En larguant un à un ses étages, elle s'allège à chaque fois et peut ainsi aller de plus en plus vite ! C'est si difficile de quitter la Terre ? Oui.
Le SR-71 Blackbird est le détenteur actuel du record. Santos-Dumont le 12 novembre 1906, sur son 14-bis (premier record du monde officiel).
La vitesse initiale de la plupart des types contemporains communs de balles d'armes de poing est comprise entre 250 et 500 m/s . Dans le cas des fusils, elle est comprise entre 600 et 1 300 m/s .