En coulisse
Heidi décolle – Suisse, nation spatiale épisode 3
par Martin Jud
Comment construire un moteur-fusée
6/5/2021
Ils ne sont ni la NASA ni l'ESA et pourtant ils veulent voler à vitesse supersonique. La fusée de l'ARIS devrait atteindre 30 000 pieds en neuf secondes. Pour que cela réussisse, il faut un moteur puissant.
Lors de la dernière compétition d'ingénierie pour la construction de fusées, la plus importante au monde, la Spaceport America Cup 2019, l'équipe suisse avait déjà remporté un énorme succès avec sa fusée HEIDI : elle a terminé deuxième de sa catégorie.
Le vol de la fusée HEIDI lors de la Spaceport America Cup 2019 lui valut une deuxième place.
En 2020, la Cup a malheureusement été annulé à cause du coronavirus et en 2021, elle n'aura lieu qu'au format virtuel. En contrepartie, un concours, qui a fêté ses débuts l'année dernière , aura lieu au Portugal : l'European Rocketry Challenge.
Si vous souhaitez lancer une fusée, vous ne pouvez pas la lancer très haut en raison de l'espace aérien (généralement) très encombré et à cause des lois en vigueur. Par conséquent, les vols effectués en Suisse par le passé n'étaient que de petits sauts suivis d'un test du recovery system (système de récupération), le parachute.
Vol d'essai de la fusée HEIDI 2019 dans le canton du Jura.
Voici une autre photo de la fusée EULER de l'année dernière lors d'un drop test dans notre beau pays. Malheureusement, lors du défi portugais d'automne 2020, le lancement a dû être interrompu en raison de complications avec l'ordinateur de vol. Néanmoins, l'équipe d'ARIS a remporté un Technical Excellence Award.
Drop test de la fusée EULER 2020 dans le canton de Lucerne.
Au plus tard après l'explosion de la fusée TELL en juin 2018, l'équipe ARIS sait qu'elle doit construire son propre moteur. Elle n'a volé qu'une seconde et demie.
La vidéo montre des images au ralenti de l'explosion de la fusée TELL en 2018.
Non pas qu'un moteur propre ne puisse pas exploser, mais le succès ou l'échec de ce dernier reposerait entièrement entre les mains de l'équipe.
Mais comment construit-on un moteur-fusée ?
Moteur hybride avec sorbitol, cire de bougie et protoxyde d'azote
Pour construire votre propre moteur-fusée, vous avez d'abord besoin des bonnes personnes pour le mettre en œuvre.
Huit personnes sont responsables de la première version du moteur IRIDE. Dans le cadre du projet DEADALUS, il sera revu six fois et intégré pour la première fois à une fusée.
Ici, vous pouvez voir l'équipe IRIDE en grand.
Ici, l'équipe DAEDALUS.
Outre beaucoup de savoir, des objectifs ambitieux sont nécessaires :
ARIS utilise une combinaison de cire de bougie (paraffine) et de sorbitol comme carburant solide. Le sorbitol est utilisé par les boulangers comme produit sucrant ou par les médecins comme laxatif. Des choses qui peuvent aussi être achetées ou importées au Portugal ou aux États-Unis.
Buse de fusée refroidie à l'eau dans un conteneur de fret
Passer de la théorie à la pratique nécessite de bons plans qui s'appuient sur des concepts existants. De plus, les sponsors sont essentiels. Par exemple, pour fabriquer des pièces individuelles (sur la base de dessins CAO) ou pour fournir un site d'essai sûr. Cela signifie que la construction, qui a lieu à l'ETH Zurich, doit se faire sur une plateforme mobile. L'équipe décide donc d'installer un banc d'essai dans un conteneur de fret.
Le conteneur de fret comporte trois pièces distinctes. Dans la première, un banc d'essai est mis en place sur lequel le moteur est monté de manière à ce que les flammes sortent du conteneur.
Lorsque le moteur sera installé dans une fusée, il recevra une buse en fibre de carbone fabriquée à la main avec un insert en graphite. Cependant, à cause des températures élevées la buse n'est pas utilisée pour plusieurs vols. Pour éviter l'usure des buses, un modèle en cuivre avec un refroidissement par eau est utilisé pour les essais.
La deuxième pièce, au milieu, offre un espace pour le réservoir d'oxydant, que l'on peut voir tout à gauche. À côté, sur le mur extérieur, se trouvent trois réservoirs d'azote. Le premier d'entre eux sert au système de pressurisation, le second au système pneumatique, responsable de l'ouverture et de la fermeture des valves et le troisième réservoir d'azote peut être utilisé pour rincer le moteur.
À droite des trois réservoirs d'azote, un mur de sécurité supplémentaire est installé pendant le fonctionnement, derrière lequel se trouvent deux autres réservoirs de protoxyde d'azote. Ils sont utilisés pour remplir le réservoir d'oxydant, qui est directement relié au moteur.
Dans la troisième pièce du conteneur se trouvent les modules de mesure, les relais de sécurité ainsi que le système d'alimentation électrique, le système de caméras de surveillance et de nombreux câbles ; tout le matériel électronique se trouve dans cette zone. C'est ici que s'effectue le contrôle de l'ensemble du dispositif. Et la collecte de toutes les données des tests.
Plus de deux kilomètres de câbles sont installés dans toute la structure.
Et un gadget spécial que, malheureusement, seule une personne à la fois est autorisée à faire fonctionner plus tard à l'extérieur du conteneur, à une distance sûre.
Cinq kilonewtons ? Mon oeil ! Feu !
Quand, après un an de planification, de fabrication et d'assemblage tout est enfin prêt pour les premiers tests, en été 2020, le bouton de lancement ci-dessus est prêt depuis longtemps. Les composants qui ne pouvaient pas être fabriqués ont été réalisés avec l'aide de sponsors.
La buse métallique spéciale, qui est fixée au système de refroidissement par eau, est une production externe. En revanche, les premières buses en carbone ont été fabriquées sur place, à la main.
La production du carburant est également un travail manuel : les doses exactes de paraffine, de sorbitol et de poudre d'aluminium pour apporter le petit kick, sont soigneusement chauffées et versées dans un tube de résine phénolique. Ensuite, ce dernier tourne, un peu comme un tambour.
Un premier assemblage du moteur au Hönggerberg de Zurich par une journée ensoleillée de juillet fait le bonheur de l'équipe IRIDE ainsi que des sponsors et des professeurs. Tout semble fonctionner. Les systèmes sont prêts pour un premier allumage, c'est le moment pour le conteneur de faire un voyage.
Tout le dispositif d'essai est déplacé à 60 km par camion. La destination ? Ochsenboden dans le canton de Schwyz. Rheinmetall y a un centre d'essai. L'allumage d'un moteur-fusée ne peut être réalisé que dans des endroits très éloignés.
Les préparatifs avant une mise à feu prennent plusieurs heures chacun. Chacun membre de l'équipe a une tâche fixe avant et lors du lancement. Grâce à plus d'un an de collaboration et aux connaissances du moindre élément des systèmes, tout fonctionne parfaitement.
Le moteur est rempli de carburant solide pour la première fois, fixé sur le banc d'essai et connecté au réservoir. Le puissant système de refroidissement par eau attire tous les regards.
Après une dernière vérification des réservoirs, toute l'équipe disparaît dans un bunker. Pendant l'allumage, il faut maintenir une distance de sécurité par rapport au conteneur. Le bunker contient également le gadget avec l'interrupteur d'arrêt d'urgence et cinq moniteurs : Ils montrent les données des capteurs, le panneau de commande pour ouvrir et fermer toutes les vannes et les vidéos de la caméra de surveillance.
Un dernier coup d'œil par la fente de la fenêtre du bunker montre le drapeau de tir et la barre de LED rouges dans le conteneur, ce qui signifie que le système est armé.
Je suis impatient. Une flamme puissante est sur le point d'être allumée. Du moins, si tout se passe bien. La tension est à son comble : dans quelques instants, le bouton rouge sera activé. Dans un instant, tout ce qui s'est accumulé au cours d'une année, et même plus sera relâché. Et cela n'est pas seulement valable pour le moteur, mais aussi pour chacun des huit membres de l'équipe.
IRIDE fournira-t-elle une poussée suffisante ? Le moteur de la fusée atteint-il les 5 kilonewtons souhaités et une durée de combustion de 10 secondes ?
La réponse se trouve dans la vidéo 4K. J'en ai la chair de poule.
Quelle flamme, et quelles émotions.
Comme le montrent les évaluations après 19 lancements avec un temps de combustion total de 89 secondes, l'objectif est non seulement atteint, mais dépassé de beaucoup : au total, douze tests sont effectués avec succès, le plus long durant 16 secondes. Les 5 kilonewtons fixés sont atteints et même dépassés au cours des tests avec une valeur de pointe de 7994 Newton. 60 % de puissance en plus que la valeur prévue.
Entre-temps, le nouveau projet DAEDALUS a déjà testé le moteur amélioré une douzaine de fois avec un grand succès. Cela devrait mettre la fusée PICCARD en bonne position pour le mois d'octobre au Portugal. Je me demande si elle va réussir à franchir le mur du son.
La Suisse deviendra-t-elle une nation spatiale indépendante à la fin de la décennie grâce à ARIS ?
We stay tuned.
Martin Jud
Senior Editor
martin.jud@digitecgalaxus.chLe baiser quotidien de la muse stimule ma créativité. Si elle m’oublie, j’essaie de retrouver ma créativité en rêvant pour faire en sorte que mes rêves dévorent ma vie afin que la vie ne dévore mes rêves.
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