comment se déplace une fusée ?

[romainvincent]

bonjour à tous ,

Si le principe de décollage d'une fusée est du à la poussée sur le sol que provoque les gaz suite à une combustion ,
dans l'espace , lorsqu'il n'y a pas d'air , sur quoi s'appuyer pour se déplacer ?

cordialement
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[bb98]

Bonjour et bienvenue

On peut commencer par lire quelques pages, comme :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur-fus%C3%A9e

Ensuite, si quelques détails échappent à la compréhension, on pourra revenir poser
quelques questions; c'est toujours utile.

Bonnes lectures

[Dynamix]

Salut

Si le principe de décollage d'une fusée est du à la poussée sur le sol que provoque les gaz suite à une combustion ,

Mais le principe n' est pas celui la .
La fusée ne s' appuie pas sur le sol .
On pourrait dire d' une certaine façon qu' elle s' "appuie" sur les gaz qu' elle éjecte .

[Pentothal]

La troisième loi de Newton nous dis que : « L'action est toujours égale à la réaction ; c'est-à-dire que les actions de deux corps l'un sur l'autre sont toujours égales et dans des directions contraires. »

les fusées sont grossièrement basées là dessus : on expulse très rapidement des particules dans un sens pour ressentir une poussée dans l'autre sens. donc pas besoin d'atmosphère

[A voir en vidéo sur Futura]

[Geb]

Bonjour,

Pour information, même en 1920 (plus de deux siècles après les Principia), les éditeurs du New York Times ignoraient encore que le principe de l'action et de la réaction était également valable dans le vide :

New York Times to NASA: You're Right, Rockets DO Work in Space

Cordialement.

[Carcharodon]

On doit même dire que ça fonctionne bien mieux sans atmosphère, car celle ci freine l'engin.
Le principe de propulsion est celui appelé action/reaction édicté part Newton en 1687, donc bien avant qu'on n'imagine concevoir des fusées.
C'est en décollant de la terre que l'action réaction est la moins efficace, car la fusée doit lutter contre l'atmosphère et la gravité terrestre.
Au contraire, c'est dans l'espace, à partir de la vitesse orbitale (qui libère de la contrainte gravitationnelle), que ce principe est le plus efficace, car la fusée n'a alors plus a lutter ni contre l'atmosphère, ni contre la gravité terrestre.

Dans les grandes lignes, la fusée se propulse avec ses gaz d'échappement, qui permettent de s'appuyer dessus grâce à la forme spécifique de la tuyère.
C'est d'ailleurs ce qui fait que les tuyères atmosphériques (du decollage) et celle prévues pour fonctionner dans le vide spatial ne sont pas identiques, ni dans leurs formes ni dans leurs performances : on parle alors de différence d'impulsion spécifique, qui concerne à la fois la performance du mélange chimique utilisé mais aussi la capacité de la tuyère à optimiser la réaction en fonction du milieu (atmosphère ou vide spatial).

[saint.112]

Bonjour et bienvenue au club.

Si le principe de décollage d'une fusée est du à la poussée sur le sol que provoque les gaz suite à une combustion , dans l'espace , lorsqu'il n'y a pas d'air , sur quoi s'appuyer pour se déplacer ?

Ce que tu dis là est une idée reçue assez répandue selon laquelle la poussée s'exercerait sur un support, l'air ou le sol. Comme souvent les choses ne sont pas intuitives du tout. C'est donc tout le contraire. L'air ambiant provoque même une perte d'efficacité.

• Comme il a été dit c'est le principe de la réaction qui est en jeu*: on éjecte dans une direction une masse quelconque (du gaz pour une fusée, de l'air pour un avion à hélice, de l'eau pour un bateau, un projectile pour un canon) et cela donne une force dans la direction opposée.
• Dans l'atmosphère, à la sortie de la tuyère les gaz doivent déplacer l'air environnant (qui est à une certaine pression) pour se frayer un chemin, ce qui représente une dépense d'énergie au détriment de la poussée totale. Un même moteur a donc une meilleure efficacité dans le vide que dans l'air¹. Etonning, not ?

Nico

1) Cela dit, comme a dit Carcha, pour optimiser un moteur fusée on peut jouer sur la longueur de la tuyère selon qu'il doit fonctionner dans l'air ou dans le vide, mais c'est une autre histoire.

P.S.
Bravo pour ton premier message : courtoisie de rigueur, orthographe et expression correctes, question bien posée, donc respect de la Charte. Tu mérites cinq étoiles. Comme je ne suis pas le dernier à remonter les bretelles de ceux qui nous postent des torchons, je tiens à saluer ceux tâchent moyen de causer correct.

[romainvincent]

bonjour ,

je vous remercie pour la rapidité et la pertinence de vos réponse .
je n'appartient pas au domaine scientifique et grâce à vous , ce principe qui me restait sans réponse depuis trop longtemps est résolu .

bravo au forum .

cordialement

[saint.112]

Tes remarques me vont droit au cœur (oui il y a un cœur qui bat sous la rude écorce ) !

J'ai quelque chose à ajouter à ce propos :

le principe de décollage d'une fusée est du à la poussée sur le sol que provoque les gaz suite à une combustion

Si tu examines en détail les pas de tir de Kourou ou de Cape Canaveral par exemple tu remarqueras que la fusée est toujours au dessus d'une énorme fosse avec un plan incliné pour dévier les gaz au loin. Il y a plusieurs raisons à cela.

• S'il y avait une dalle en béton les gaz étant à plusieurs milliers de degrés ils finiraient par l'endommager. Au décollage d'une navette un mur en béton s'est fissuré et s'est partiellement effondré. Il avait été fragilisé par des dizaines de décollages.
• Plus grave, les gaz rebondiraient et remonteraient dans la zone des moteurs et le long de la fusée et bonjour les dégâts.
• Le bruit des moteurs fusées est de l'ordre de 150 dB, de quoi tuer un homme et, par réverbération sur la dalle, de quoi endommager la fusée.
• À cet effet tu remarqueras qu'il y a toujours un château d'eau à proximité destiné à déverser des torrents d'eau dans la fosse à la fois pour la refroidir et pour absorber le bruit.

Quand je vois Falcon 9 se poser sur une dalle nue en béton ou en métal je reste tout de même assez perplexe. OK, il se pose à vide, donc avec seulement quelques uns de ses moteurs, mais bon…

Nico

[Carcharodon]

Quand je vois Falcon 9 se poser sur une dalle nue en béton ou en métal je reste tout de même assez perplexe. OK, il se pose à vide, donc avec seulement quelques uns de ses moteurs, mais bon…

C'est clair, il n'y a pas de comparaison, en terme de puissance générée, entre une fusée qui décolle à plein et un bout de cette même fusée qui revient au sol, se poser à vide.
Dans le premier cas, le TWR (ratio poussée/masse) est systématiquement supérieur à un minimum de 1,3 (sinon la fusée ne décolle pas, ou décolle bien trop lentement pour être une fusée efficace / économiquement intéressante) avec une grosse masse de plusieurs centaines de tonnes, et ce TWR n'arrête pas de grimper jusqu'au largage du 1er étage (celui qui assume la majeure partie de la contrainte atmosphérique et gravitationnelle), généralement jusqu'a ~ 3, avec l'allègement progressif de la masse a pousser, au fur et a mesure de la consommation des ergols du premier étage.
Dans le second cas, il est forcément inférieur a 1 (sinon la fusée ne descendrait pas) avec une masse de quelques dizaines de tonnes.
La différence est tout de même énorme entre les deux, plusieurs dizaines de fois la puissance.

D'ailleurs, rappelons que les arroseurs du décollage sont fait pour "casser le bruit" afin de permettre à la fusée de ne pas se disloquer sous les vibrations provoqués par ses propres moteurs, qui sont amplifiées et entrent en résonance à cause du sol en dessous d'elle.
Ce phénomène étant particulièrement problématique pour une fusée pleine, lourde et donc nécessitant sa pleine puissance qui pousse un édifice "fragile".
Alors qu'une structure vide, bien plus légère, qui redescend à une petite partie de sa puissance initiale, n'a plus ces contraintes (vibrations destructrices) en arrivant au sol.

Attention cependant a ne pas croire au miracle de la solution réutilisable.
A ce sujet, il y a une bonne explication du directeur du CNES qui est sortie récemment.
Rappelons d'ailleurs que le Shuttle, la navette spatiale américaine, devait être le premier engin de l'histoire à prouver que le réutilisable est l'avenir de l'industrie spatiale, pour en fait démontrer que cet engin était, de très loin, le plus onéreux de l'histoire.
En résumé, ce n'est pas parce que SpaceX a réaliser cet exploit technologique que ça en fait, pour autant, un exploit économique.

De même (un rappel général) il n'est pas approprié de comparer l'exploit de blue origin qui l'a précédé il y a quelques semaines (retour au sol du premier étage) car la fusée suborbitale "manège pour personnes fortunées" n'a absolument pas les mêmes contraintes que la fusée orbitale de SpaceX dont on récupère le premier étage.
Rien à voir en terme de marché visé ni de perspectives économiques, et ce n'est pas parce que blue origin est capable de faire ça avec son manège (terme a ne pas prendre au sens péjoratif, l'exploit est réel) qu'elle serait capable de le faire avec un lanceur de satellite.

En résumé, heureusement que SpaceX peut compter sur de larges subventions du congrès US pour se permettre ces expérimentations, certes prometteuses, mais pour l'instant surtout très couteuses et sans retombées économiques immédiates.
Ils font un pari sur l'avenir, espérons que ce pari ne tourne pas au fiasco comme celui du Shuttle, qui est le plus gros fiasco de l'histoire de ce secteur, alors que l'espoir qu'il portait était encore bien plus grand que ce que propose SpaceX aujourd'hui.
N'oublions pas...

[saint.112]

Tu as raison de rappeler tout ça.
Il y a quelques années a défrayé la chronique un prototype de fusée réutilisable dont j'ai oublié le nom qui avait la forme d'une pyramide allongée. Elle a fait quelques essais prometteurs et si je me rappelle bien elle s'est incendiée elle-même à l'atterrissage et le projet est mort.
Cela dit il y a bien le contrexemple de la fusée du Professeur Tournesol qui décollait et atterrissait sans encombre aussi bien sur pas de tir que sur régolithe lunaire. Je suppose même que, grâce à des secrets de la physique connus de lui seul, elle devait pousser sur le sol pour s'aider à décoller. Mais c'était une fusée spéciale…
Cela veut dire, pour répondre à la question initiale, que non seulement les fusées normales ne poussent pas sur le sol mais que le sol est plutôt une contrainte dont on se passerait. C'est probablement un des avantages, peut-être mineur, du concept de Sea Launch : décoller au dessus de l'océan libère de ces contraintes. Bon, le projet est quand même tombé à l'eau.
Même les hélicoptères en général ne décollent et ni se posent verticalement sur un sol plan pour éviter d'avaler les débris qu'ils soulèvent.

En ce qui concerne le dernier exploit de SpaceX, je demande à voir… au sens propre. On nous a montré une vidéo avec une toute bande d'employé(e)s de la boite, tous jeunes et beaux, remplis d'enthousiasme, mais je n'ai rien vu de la fusée. Bon, d'accord, il faisait nuit me dira-t-on, certes sans raison, mais tout de même.
En tout cas, si c'était moi, j'éviterais à tout prix que ma fusée descende dans ses propres gaz et se pose sur un sol plan. Je créerais un sol à claire voie pour que les gaz traversent et ne remontent pas.

Nico

[Bluedeep]

Le principe de propulsion est celui appelé action/reaction édicté part Newton en 1687, donc bien avant qu'on n'imagine concevoir des fusées.

Historiquement (et anecdotiquement), ce n'est pas exact : la première utilisation de la "poudre à canon" semble avoir été les fusées, bien avant les canons, et bien avant Newton.

[PIXEL]

il y avait une vieille animation de Disney (dans les 50) qui expliquait fort bien ces notions

[PIXEL]

retrouvé !

https://www.youtube.com/watch?v=omWRxonewL4

[Dynamix]

Historiquement (et anecdotiquement), ce n'est pas exact : la première utilisation de la "poudre à canon" semble avoir été les fusées, bien avant les canons, et bien avant Newton.

Et Cyrano de Bergerac a émis l' idée d' aller dans la lune grâce à des fusées bien avant que Newton ne découvre le principe de la réaction .

[Carcharodon]

Historiquement (et anecdotiquement), ce n'est pas exact : la première utilisation de la "poudre à canon" semble avoir été les fusées, bien avant les canons, et bien avant Newton.

Tout a fait.
Je ne parlais pas de la première utilisation mais de la première formulation scientifique du phénomène, donc de son explication.
Avant on utilisait le principe de façon empirique.
Les chinois ont sorti la poudre bien avant 1687, comme l'exemple que tu donnes.
Et quand je parlais ici de fusées, je parlais de celle qui fonctionnent selon les lois édictées par Tsiolkovski en 1904 : "L'Exploration de l'espace cosmique par des engins à réaction, 1903", et pas des fusées de feux d'artifice, ni des premières armes à poudre.

[alexandreabc]

En gros le rendement d'une fusée est catastrophique, il faut une montagne de carburant pour envoyer un petit poids dans l'espace.
Si on pouvait utiliser l'antigravitation, on pourrait se déplacer comme un voilier en utilisant les champs antigravitationnels de masses comme dans ######## supprimé

[saint.112]

En gros le rendement d'une fusée est catastrophique, il faut une montagne de carburant pour envoyer un petit poids dans l'espace.
Si on pouvait utiliser l'antigravitation, on pourrait se déplacer comme un voilier en utilisant les champs antigravitationnels de masses comme dans histoire du futur goto a,b,c

C'est toi l'auteur du livre ? Tu es venu t'inscrire sur le forum uniquement pour en faire la promotion ?
Nico

[pm42]

C'est toi l'auteur du livre ? Tu es venu t'inscrire sur le forum uniquement pour en faire la promotion ?

Apparemment. Référence au livre dans tous les messages, pseudo transparent composé du prénom de l'auteur du bouquin et d'une partie du titre...
J'ai signalé à la modération, on verra bien.

[arbanais83]

Le principe de propulsion est celui appelé action/reaction édicté part Newton en 1687, donc bien avant qu'on n'imagine concevoir des fusées.

Bonjour
J'ai une petite question qui me turlupine.
Si on reprend le lancement que Space X
https://www.youtube.com/watch?v=O5bT...tu.be&t=32m39s
On s'aperçoit qu'après l'extinction des moteurs du second étage et la mise sur orbite l'ensemble perd de l'altitude pourquoi ?
Il n'y a pas de frottement dans le vide et seule une éjection de matière devrait pouvoir modifier cette altitude comme on le voit d'ailleurs par la suite à chaque éjection des satellite l'ensemble perd un peu d'altitude à chaque fois.
Ici sur la vidéo entre le moment ou l'altitude maximale est atteinte et le moment ou les satellites sont éjectés il ne semble pas y avoir d'éjection de quelques matières gaz ou coiffe mais l'altitude varie quand même ?
Est-ce un simple recalage des instrument ?

[arbanais83]

On s'aperçoit qu'après l'extinction des moteurs du second étage et la mise sur orbite l'ensemble perd de l'altitude pourquoi ?
?

Impossible d'éditer je corrige
On s'aperçoit qu'après l'extinction des moteurs du second étage et la mise sur orbite l'ensemble perd de la vitesse pourquoi ?
Il n'y a pas de frottement dans le vide et seule une éjection de matière devrait pouvoir modifier cette vitesse comme on le voit d'ailleurs par la suite à chaque éjection des satellite l'ensemble perd un peu d'altitude à chaque fois.

[Dynamix]

On s'aperçoit qu'après l'extinction des moteurs du second étage et la mise sur orbite l'ensemble perd de la vitesse pourquoi ?

Pour compenser l' augmentation d' altitude .

[arbanais83]

Pour compenser l' augmentation d' altitude .

OK mais comment s'ils prennent -ils les moteurs sont éteints sur le coup j'avais pensé à l'éjection de la coiffe mais je crois que cela se passe beaucoup plus tôt pour s'alléger d'une masse inutile.
Il faut bien qu'il y ait une éjection de matière non ?

[Dynamix]

Moteurs éteints , il continue à monter sur sa lancée .

[saint.112]

On s'aperçoit qu'après l'extinction des moteurs du second étage et la mise sur orbite l'ensemble perd de la vitesse pourquoi ?
Il n'y a pas de frottement dans le vide et seule une éjection de matière devrait pouvoir modifier cette vitesse comme on le voit d'ailleurs par la suite à chaque éjection des satellite l'ensemble perd un peu d'altitude à chaque fois.

Les deux premiers étages n'atteignent pas la vitesse de satellisation minimale qui est d'environ 7,9 km/s et de ce fait ils ne peuvent que retomber dans l'atmosphère. Seul le satellite et son moteur de mise en orbite atteignent la vitesse requise.
Nico

[arbanais83]

Les deux premiers étages n'atteignent pas la vitesse de satellisation minimale qui est d'environ 7,9 km/s et de ce fait ils ne peuvent que retomber dans l'atmosphère. Seul le satellite et son moteur de mise en orbite atteignent la vitesse requise.
Nico

Bonjour et Merci pour cctte réponse.
C'est donc cela qui explique la perte de vitesse d'environ 20km/h entre l'arrêt du moteur du 2ème étage et l'éjection des satellites ?
C'est rapide comme perte de vitesse quand même en quelques minutes non ?

[Carcharodon]

Petite correction et précision sur ce qui est dit plus haut :
Pour une orbite non circulaire, la vitesse est minimale a l'apoapse et maximale au périapse.
Ce qui signifie que la vitesse diminue lors de l'approche du premier et augmente lors de l'approche du second.
Donc, si on coupe la propulsion, même si la première vitesse cosmique est déjà atteinte (la vitesse de mise en orbite), voir dépassée, de toute façon, l'engin va ralentir en s'approchant de son apoastre, lors d'un vol de décollage qui part du sol, donc avec forcément un apoapse significativement supérieur au périapse sur une orbite non circulaire.

Donc ce n'est pas parce que la 1ère vitesse cosmique n'a pas encore été atteinte que l'engin ralenti a l'arrêt des moteurs, c'est parce qu'il "grimpe" encore vers son apoapse.
Si on le laissait en balistique pure, à partir de ce moment, sans plus toucher a rien, on constaterait que la vitesse va se mettre a ré-accélérer une fois qu'il aura dépassé son apoastre.

Évidemment, la manœuvre consiste, pour le maintenir en orbite, a accélérer de nouveau (injection de deltaV) a cet apoastre afin de relever le périastre pour le mettre au même niveau et produire une orbite circulaire, pour laquelle la vitesse de l'engin est stable et identique tout du long.

Mais il faut savoir que sur une orbite non strictement circulaire, la vitesse est en permanence en train de changer pendant l'évolution d'un satellite, d’accélérer puis de ralentir, au passage des apoapses et périapses.
Or, la mise en orbite est justement un cas typique d'orbite non circulaire... tant qu'elle n'est pas terminée, bien entendu.
Mais si on coupe avant qu'elle soit entièrement terminée, l'engin en trajectoire balistique résultante décélère forcément s'il continue de grimper et accélère forcément s'il est en train de descendre.
Si je ne dis pas de bêtises, c'est la "conséquence" de la loi des aires.

[Dynamix]

Si je ne dis pas de bêtises, c'est la "conséquence" de la loi des aires.

Ou plus simplement la conservation de l' énergie .
Une fois le moteur coupé l' énergie d' un satellite est constante .

[arbanais83]

Pour une orbite non circulaire, la vitesse est minimale a l'apoapse et maximale au périapse.
Ce qui signifie que la vitesse diminue lors de l'approche du premier et augmente lors de l'approche du second.

Merci Carcharodon pour ces explications très convaincantes
Effectivement on s'aperçoit qu'après l'extinction des moteurs du second étage la vitesse diminue de près de 30 km/h pendant que l'altitude augmente de 6 km.
Est-ce que l'on peut dire que l'arrêt des moteurs se passe toujours au plus près du périapse ou est-ce une coïncidence et y a t il une obligation à le faire à un endroit précis ?
Autre question lors de l'éjection des petits satellites on n'aperçoit pas de moteur ou tuyère leur permettant d'arrondir leur orbite ?
J'ai même visuellement l'impression qu'il n'y en a pas, ces moteurs et tuyères sont-ils vraiment si petits ?

[arbanais83]

sur le site eduscol j'ai trouvé cela qui répond en partie à mes 2 dernière questions

"Vitesse d'injection sur une orbite fermée :

soit v vitesse orthogonale à la verticale du lieu d’injection, supposée inférieure à la vitesse de libération et Vsc la vitesse correspondant à la trajectoire circulaire.
Trois cas se présentent :

- si v < Vsc : le point de largage est l’apogée et v est la vitesse à l’apogée.

- si v = Vsc : l’orbite est un cercle décrit à vitesse v constante. (v=V=constante).

- si v > Vsc : le point de largage est le périgée et v est la vitesse au périgée."


Quel point de largage utilise t on le plus souvent ?