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Une course à l’espace dès 1898 ?




  1. #1
    Geb

    Une course à l’espace dès 1898 ?

    Bonjour à tous,

    Ce post à pour objet, sous ce titre un tant soit peu aguicheur, l’invention et le développement des composants d’une fusée.

    En essayant de collecter les avancées technologiques et théoriques qui ont menés à la conquête de l’espace, je me suis aperçu que la plupart de ces innovations étaient antérieures à 1900.

    Si l’on oublie de mentionné l’émulation qui a eu cours entre les industries de l’automobile, de l’aviation et de l’astronautique dans la première moitié du XXe siècle, on pourrait se demander si une course à l’espace n’aurait pas pu naître entre des pays comme la France et le Royaume-Uni à cette époque.

    Evidemment, il n’y avait pas d’opposition idéologique, les possibilités de conflit direct (menant à une compétition principalement technologique) n’étaient pas annihilées par la dissuasion nucléaire etc...

    Mais cela m’a encouragé a tenter une petite expérience de pensée, un jeu avec l’histoire des techniques et des sciences qu’aujourd’hui je souhaite partager avec vous.

    En 1898, Jules Verne fête ses 70 ans. Herbert George Wells publie son fameux roman "La Guerre des Mondes", ouvrage qui inspirera entre autres, le jeune Robert Goddard (1882-1945). L’écrivain Emile Zola (1840-1902) apporte sa contribution la plus fameuse au retentissement de l’affaire Dreyfus à travers son célèbre article « J’accuse… ! ». La France et l’Angleterre sont empêtrées dans la crise de Fachoda et l’Espagne acculée à une guerre perdue d’avance avec les Etats-Unis au sujet de Cuba.

    D'après ce que j'en ai appris, un moteur à réaction est une turbine à gaz qui utilisent les gaz de combustion pour propulser un aéronef. Il est composé :

    - d'un compresseur (centrifuge ou axial) qui comprime l'air entrant (dont l'oxygène sert de comburant),
    - d'une ou de plusieurs chambres de combustion dans lequel le kérosène (le carburant) est introduit par des injecteurs,
    - d'une turbine relié au compresseur par un arbre de transmission
    - d'une tuyère qui maximise la vitesse des gaz en sortie.

    Le moteur fusée lui, doit emporter à la fois le carburant et le comburant dans des réservoirs pour un vol dans le vide, au-delà de l'atmosphère.

    Je m'intéresse successivement aux constituants principaux d'une fusée (moteur, réservoirs, système de guidage...), aux différents carburants et comburants utilisés et pour finir aux avancées théoriques qui ont permis de relever le défi de la conception et de la mise en oeuvre des outils de la réalisation de ce grand rêve qu'est le voyage spatial.

    Technologie :

    La pompe centrifuge à aubes gauches, fonctionnant sur le même principe que le compresseur d’un des premiers turboréacteurs, le De Havilland Goblin, fut mise au point par le britannique John Appold en 1851.

    La turbine à vapeur fut développée par le britannique Parsons (installé plus tard sur le Turbinia) et le suédois de Laval (qui en 1890 obtenait déjà des vitesses de rotation de 30 000 tours par minute) entre 1883 et 1897.

    Dans un moteur à réaction, l’auto-inflammation est obtenue par compression. Ce principe est utilisé dans le moteur Diesel (développé entre 1893 et 1897).

    On pourrait également ajouter les développements concomitants du gyroscope par Foucault en 1852 (menant vers le principe du guidage inertiel). Sans oublier, bien entendu, le développement de la radiophonie et des communications par ondes radios. De cette effervescence est né également le chalumeau oxy-acétylénique (1904).

    Carburants, comburants :

    Un procédé industriel d’obtention d’oxygène liquide fut mis au point en 1891 par le britannique James Dewar. Celui-là même qui inventera un système simple de préservation des gaz liquéfiés à basses températures en concevant le vase de Dewar (1893).

    Les premiers centimètres cubes d’hydrogène liquide son obtenu par le même homme le 10 mai 1898. Un procédé de réfrigération amélioré fut mis au point un peu plus tard par le français Georges Claude (1902).

    Au niveau des substances utilisées au début de la véritable conquête spatiale, on compte notamment le méthanol (Robert Boyle, 1661), le peroxyde d’hydrogène (Louis Jacques Thénard, 1818) ou encore l’hydrazine (Olin Raschig, 1907).

    Avancées théoriques :

    On peut citer pêle-mêle les travaux de Wöhler sur la fatigue des métaux (1875), ceux de Mach sur les déplacements supersoniques (1877), ou encore de Reynolds en dynamique des fluides (1883).

    Les seuls points d’achoppements résident alors dans la méconnaissance des propriétés d’aciers spéciaux (au cobalt, chrome, nickel, vanadium…) et autres superalliages, ou encore de l’absence de système de calcul de masse ou de traitement de données (si l’on omet les travaux de Charles Babbage sur sa machine à différences datés de 1849).

    Voilà, je sais cette liste très incomplète et vous demanderai de m'aider à lui rendre la longueur qui lui est du

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  3. #2
    jiherve

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Bonsoir,
    C'est avec plaisir que je vois qu'un tout jeune homme s'intéresse à cette époque charnière.
    En effet l'aluminium était déjà là aussi mais le point crucial c'est bien les aciers spéciaux, même si des progrès avait été fait grâce au études destinée à améliorer les aciers de blindage pour la marine , c'était là la course technologique entre France, Angleterre et Allemagne (avec les canons et les poudres), que la perfide Albion gagnera avec l'invention du Dreadnougth .
    Manquait sans doute aussi des machine outils suffisamment précises pour des pièces de grandes dimensions et nombre de matière plastiques capables de supporter les températures extrêmes .
    Mais la grosse lacune c'était effectivement l'absence de moyen de calculs performants non seulement pour calculer les structures (il y avait déja règle à calcul , table de log et calculatrice mécanique ce qui a suffit pour les V1,V2) mais aussi pour réguler une machine comme une fusée, l'électricité était encore balbutiante (isolants courants soie, coton, caoutchouc, gutta percha) et l'électronique n'existait même pas (la radio un peu).
    Et puis peut être aussi la volonté de le faire surtout en France ou tous les efforts étaient tendus vers la revanche.
    Une bonne source d'informations sur la technologie de l'époque : La Nature sur le site du CNAM.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  4. #3
    Saint-Sandouz

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Tu as déjà beaucoup de données. Tu pourras encore glaner pas mal de choses sur le fil L'effort initial de la fuséologie spatiale...

    ND
    Travailler dur n'a jamais tué personne, mais je préfère ne pas prendre de risques.


  5. #4
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Bonsoir,

    Tout d’abord, je vous remercie d’avoir porté vos idées et autres pistes à ma connaissance.

    Si je résume l’intervention de jiherve :

    - Absence d’alliages à hautes performances et/ou résistants à hautes températures
    - Précision et taille des machines-outils insuffisantes
    - Absence de moyens de calculs performants
    - Absence de système de régulation électrique ou électronique

    - Manque de volonté des Etats
    - Concentration des efforts sur les navires, les canons et les poudres.

    Ces points mis en lumière sont difficilement surmontables… Mais l’équipe de von Braun a travaillé sur le V-2 (sans ordinateurs comme tu l’as souligné) pendant 12 ans (entre 1932 et 1944). Arrivé à un tel niveau de complexité aurait certes constitué un exploit technologique incroyable pour l’époque mais à mes yeux, commencer des travaux équivalents était possible à l’époque.

    Cordialement

  6. #5
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Suite à la suggestion de jiherve de consulter le site du CNAM, je me suis aperçu que je ne m’étais pas assez intéressé aux capacités de mesures de l’époque (à mi-chemin entre la théorie et l’expérience).

    Par exemple, les capacités de mesure de chaleurs massiques des réactifs ont fait un bon en avant grâce à l’invention de la bombe calorimétrique par Berthelot en 1879.

    On peut également citer l’apparition des thermocouples à base de platine en 1888 (qui exploitent l’effet Seebeck, découvert en 1821).

    Je me demande d’ailleurs à partir de quel moment on a établi formellement la supériorité du couple hydrogène-oxygène sur tous les autres réactifs possibles et imaginables... Je suppose qu’il y a nombre de principes thermodynamiques qui entrent en jeu.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Si j’ai choisi 1898 pour le titre de ce post, ce n’est pas uniquement parce que James Dewar parvenait à liquéfier l’hydrogène le 10 mai de la même année.

    La liquéfaction de l’hydrogène n’a pas constitué un impératif aux premiers développement de l’astronautique.

    Après tout, dans les premières fusées à propergols liquides, l’américain Robert Goddard utilisera de l’essence comme carburant (mai 1926), l’allemand Wernher Von Braun utilisera le mélange éthanol-eau (75 % d’éthanol, 25% d’eau) pour les V-2 (octobre 1942) et enfin le russe Korolev le kérozène de type RP-1 pour sa R-7 de l’épopée Spoutnik (octobre 1957).

    Pour l’utilisation de l’hydrogène, il faudra attendre les expérimentations américaines à l’université d’Etat de l’Ohio à partir de juillet 1945, jusqu’à la mise au point du moteur RL-10 par le motoriste américain Pratt & Whitney (1961) et sa première utilisation pratique dans les fameux étages Centaur (1965).

    Un autre exemple intéressant est le moteur fusée XLR-11 développé pour le Bell X-1 (premier avion supersonique, le 14 octobre 1947), et dont 2 exemplaires ont également servi à la propulsion du célébrissime North American X-15 à ses débuts.

    Le XLR-11 utilisait le couple éthanol-oxygène liquide. La première version du moteur qui permit l’exploit (pour l’époque) du Bell X-1 n’utilisait pas de turbopompes (pourtant présentes sur le V-2). Les réactifs étaient simplement injectés sous-pression dans les 4 chambres de combustion indépendantes, ce qui nécessitait un lourd dispositif de pressurisation des réservoirs.

  9. #7
    Saint-Sandouz

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Plusieurs problèmes ont été très longs à résoudre :
    * obtenir une mise à feu propre : il y a eu souvent des explosions dans la chambre car les gaz s’étaient accumulés et se sont enflammés d’un seul coup ;
    * obtenir une combustion la plus complète et la plus régulière possible ;
    * comme il y a nécessairement des instabilités de combustion dans la chambre il a été difficile de prévenir les phénomènes de résonance qui peuvent devenir destructeurs au niveau du moteur comme de la structure de la fusée ;
    * le refroidissement du moteur a aussi été très épineux ;

    Regarde le fil France, efforts initiaux... où l’on voit le nombre d’essais et d’erreurs qu’il a fallu pour qu’une fusée marche à peu près à tous les coups.

    Cela dit tu essaies un peu de refaire l’histoire. C’est assez spéculatif.

    ND
    Travailler dur n'a jamais tué personne, mais je préfère ne pas prendre de risques.

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  11. #8
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Bonjour Nicolas,

    J’ai eu le temps de parcours les liens internes que tu m’as fait découvrir et m’emploie à les lire avec attention et avidité.

    Mon but premier est de m’intéresser plus avant aux problèmes de la conquête spatiale. Mais puisque tu parles justement de refaire l’histoire, je nourris une fascination certaine pour ces archéologues qui tentent de comprendre les sociétés passée à travers l’histoire des techniques.

    Je citerai comme premier exemple, l’archéologue norvégien Thor Heyerdahl (1914 - 2002), qui réussit en partant du Maroc à rejoindre La Barbade en 1970 à bord d’un bateau en papyrus construit avec les techniques et les outils des anciens Egyptiens. Il réussit ainsi à prouver par l’exemple, que les navigateurs de l’Egypte antique auraient été capables de le faire dès le IIIe millénaire avant notre ère !

    Ou encore, ces archéologues qui font de l’expérimentation sur les trébuchets du Moyen-Age en construisant des modèles grandeurs nature tout en utilisant exclusivement le savoir-faire d’alors. Dans le même registre, ces archéologues qui tentent de comprendre comment procédèrent les bâtisseurs des plus grandes cathédrales gothiques.

    Plus récemment encore, l’architecte français Jean-Pierre Houdin, qui entre 1999 et 2006 a travaillé sur une théorie (encore une) plausible et cohérente de l’élévation de la grande pyramide de Khéops.

    Un autre point intéressant : les historiens qui tentent par l’hypothèse, de trouver les circonstances fortuites et fugaces, qui auraient pu influer sur le cours de l’Histoire telle qu’on la connaît. Des questions comme :

    - « Les deux guerres mondiales auraient-elles pu être évitées ? »,
    - « Les Etats-Unis auraient-ils pu être français ? »
    - …

    Mais ceci n’est qu’une digression de ma part… la partie « histoire alternative » n’est qu’un jeu et restera purement imaginaire… tandis que la mise en évidence des techniques utilisées dans les premiers lanceurs spatiaux reste intéressante à découvrir et à comprendre... à mon sens.

    Joyeuses fêtes à tous !

  12. #9
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    A propos des problèmes de combustion et de refroidissement, je viens juste de trouver un excellent site (en anglais) qui raconte en un récit passionnant et d'une façon claire, concise et plutôt exhaustive (je viens à peine de le commencer), l’histoire de l’utilisation de l’hydrogène liquide comme carburant pour avions(-fusées) et fusées aux Etats-Unis.

    Par contre, pour ce qui est du phénomène de résonance, je ne suis pas sûr de comprendre… Parle-t-on du phénomène qui provoqua l’effondrement du pont de Tacoma en 1940 ? Les phénomènes misent à l’œuvre dans un moteur-fusée sont-ils plus ou moins identiques ?

    Si oui comment est-il étudier ? Quels sont les moyens de le contrecarrer ?

    Quelqu’un pourrait-il m’éclairer sur le sujet ?

    Merci d’avance !
    Dernière modification par Geb ; 25/12/2009 à 04h18.

  13. #10
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Dans les premières pages du site dont je fais mention plus haut, il est traité de plusieurs aspects intéressants (pour ceux qui lisent l'anglais) :

    La composition « typique » du laboratoire de Herrick L. Johnston (1898-1965) :

    - 3 research engineers
    - 3 students
    - 5 technicians

    Ses équipements de base :

    - Air, hydrogen, and helium liquefiers
    - Low temperature equipment.

    Les champs d’investigations des laboratoires auxiliaires:

    - Calorimetric,
    - High pressure,
    - Spectroscopic,
    - Electrical and magnetic,
    - High temperature (up to 2700 K)

    Les objectifs prioritaires du laboratoire :

    - Hydrogen as a fuel for aircraft and rockets (engineering research),
    - Measurements of the physical, chemical, and thermo-chemical properties of hydrogen,
    - Effect of very low temperatures on the properties of metals.

    Les données théoriques indispensables à la poursuite du travail d’ingénierie proprement dit :

    - Thermo-chemical calculations of performance at various fuel/oxidant mixtures and combustion pressures,
    - Composition of the exhaust gas and its properties for heat transfer calculations,
    - Properties of liquid hydrogen as a coolant.

    Les sujets traités dans l’article ; qui constituent également une sorte de ligne du temps du travail effectué aux Etats-Unis sur le couple hydrogène liquide - oxygène liquide :

    - hydrogen-air experiments,
    - hydrogen-oxygen rocket performance,
    - hydrogen-oxygen rocket cooling,
    - pumping liquid hydrogen,
    - hydrogen-fluorine rocket performance


    Donc, les premières études sur l'utilisation de l'hydrogène liquide ont impliqués des champs plus spécifiques de la science... à savoir :

    - Calorimétrie,
    - Hautes pressions,
    - Spectroscopie,
    - Electricité et Magnétisme,
    - Hautes températures

    Toutes ces sciences et les instruments de mesure qui y ont été progressivement attachés sont-ils disponibles à la fin du XIXe siècle ?

    Pour paraphraser Shakespeare : "Tel est la question"
    Dernière modification par Geb ; 25/12/2009 à 04h53.

  14. #11
    Saint-Sandouz

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    Un autre point intéressant : les historiens qui tentent par l’hypothèse, de trouver les circonstances fortuites et fugaces, qui auraient pu influer sur le cours de l’Histoire telle qu’on la connaît.
    À mon avis, ça peut être amusant comme jeu mais je ne crois pas que ça puisse être une véritable méthode de recherche. Le cours de l’histoire est tellement « dépendant des conditions initiales » qui sont tellement nombreuses et tellement difficiles à évaluer que toute hypothèse ne peut que rester hautement spéculative.
    Prends deux exemples :
    * Il y a des gens qui sont censés « faire l’histoire » comme les hommes politiques. Mais c’est bien rare que leurs décisions aient les résultats escomptés quand elles n’ont pas les résultats opposés, lesquels peuvent se révéler à très long terme. Et je ne parle pas des effets de bords inattendus qui sont bien souvent ce qui fera l’histoire.
    * D’autres gens sont censés prédire l’avenir : les analystes politiques ou économiques par exemple. Combien avaient vu la dernière crise arriver alors que rétrospectivement on sait que c’était inéluctable ?

    Pour le reste je suis d’accord. Je trouve que l’histoire est beaucoup plus intéressante quand elle prend en compte les conditions matérielles, économiques, techniques, etc.

    J’ai jeté un rapide coup d’œil au site LIQUID HYDROGEN AS A PROPULSION FUEL. Ça a l’air costaud. Je regarderai ça en détail plus tard.

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    Par contre, pour ce qui est du phénomène de résonance, je ne suis pas sûr de comprendre… Parle-t-on du phénomène qui provoqua l’effondrement du pont de Tacoma en 1940 ? Les phénomènes misent à l’œuvre dans un moteur-fusée sont-ils plus ou moins identiques ?
    À ma connaissance, ce problème se pose pratiquement partout : pas mal de ponts et autres structures se sont effondrés, en mécanique (automobile en particulier) il y peut y avoir toutes sortes de désordres.
    Si l’on pouvait construire les moteurs et les fusées en béton la question serait sans doute moins critique Mais les conditions de température et de pression et les contraintes mécaniques sont extrêmes alors qu’il faut que tout soit le plus léger possible.
    Comme il ne peut pas ne pas y avoir d’instabilités dans la combustion le risque est que la structure entre en résonance. C’est un des points les plus difficile de la technologie des fusées. Le programme Ares I et IV devrait être du gateau étant donné qu’il consiste à faire du neuf avec du vieux mais comme il faut rallonger les boosters et le réservoir de la navette cela revient à revoir complètement le problème des vibrations.

    ND
    Travailler dur n'a jamais tué personne, mais je préfère ne pas prendre de risques.

  15. #12
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Bonjour Nicolas,

    Afin d'apporter un peu d'eau à notre moulin, voici quelques liens vers wikipédia (en anglais) :

    - Pressure-fed cycle
    - Expander cycle
    - Staged combustion cycle et full flow staged combustion cycle
    - Gas-generator cycle

    Ces schémas sont intéressants à plus d'un titre. Premièrement parce qu'ils sont beaucoup plus évocateurs que les schémas obscures (pour le profane que je suis) d'un moteur de missile Atlas, ou encore qu'une photo d'un moteur fusée bardé de tout ces capteurs, vannes etc...

    Deuxièmement, parce qu'ils permettent de visualiser l'évolution dans le principe de certains moteurs. On a ainsi a travers ces schémas (respectivement) :

    - Le moteur de la première fusée à propergols liquides de Robert Goddard (sans turbopompes ni générateur de gaz),
    - Le premier moteur à hydrogène liquide RL-10 (sans générateur de gaz),
    - Le moteur de la fusée soviétique N-1 (les plus complexes à réaliser),
    - Le moteur Vulcain de la fusée Ariane V (une sorte de version "simplifiée" du modèle russe).


    Cordialement

  16. #13
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Citation Envoyé par jiherve Voir le message
    Manquait sans doute aussi des machine outils suffisamment précises pour des pièces de grandes dimensions
    Bonsoir,

    Je viens d'effectuer des recherches sur le problème soulevé par jiherve. Voici mes conclusions.

    En effet, un métal aux propriétés nouvelles, tel l’aluminium, n’avait aucun intérêt si le développement concomitant des machines-outils n’avait pas permis son usinage. Usinage précis qui plus est, des pièces de machines (turbines hydrauliques et moteurs à combustion interne en tête).

    De ceux qui ont donné à la machine-outil sa conception moderne (pour la plupart anglais), on peut citer : Henry Maudslay, Richard Roberts et Lucien Sharpe, John Nasmyth, Joseph Whitworth et James Fox.

    Historique :

    A partir de 1840 : automatisation des machines-outils (amélioration de la précision d’usinage)
    Après 1880 : puissances, niveau de précision et rendements accrus. Il devient impossible de concurrencer la machine-outil avec des outils à main.

    Ci-après, une ligne du temps plus précise, que j’ai voulu la plus exhaustive possible.

    - premier tour à aléser (John Wilkinson, 1775)
    - première machine à fileter (le Français Senot, 1795)
    - tour de Henry Maudslay (1797)
    - tour à tailler (John Wilkinson, 1798)
    - tour à charioter et à surfacer, normalisation des filetages (Henry Maudslay, entre 1800 et 1810)
    - raboteuse (James Fox, 1814)
    - tour parallèle à raboter (Richard Roberts, 1817)
    - machine à fraiser (Eli Whitney, 1818)
    - raboteuse de Joseph Clément (1820)
    - machine-outil limeuse (James Nasmyth, 1826)
    - tour parallèle (Etienne Calla, 1830)
    - raboteuse (Joseph Whitworth, 1835)
    - tour vertical ou raboteuse circulaire de (Johann-Georg Bodmer, 1839)
    - machine à fileter pour les vis de fixation (Joseph Whitworth, 1841)
    - fraiseuse universelle (David Brown et Lucien Sharpe, 1862)
    - tour-revolver semi-automatique à tourelle plate (Hartness, 1862)
    - développement du tour revolver automatique par Christopher Spencer en 1873
    - machine à tailler les engrenages coniques (Elliott Gleason, 1874)
    - machine à affûter les fraises (Frédéric Guillaume Kreutzberger, 1874)
    - machine à rectifier universelle (Brown et Sharpe, 1876)
    - tour à détalonner (Julius Eduard Reinecker, 1882)
    - machine à tailler les engrenages droits (E.-R. Fellows 1890)

    Tout ceci pour arriver à conclure… Déjà en 1900 existaient les commandes électriques, les systèmes de perçage au diamant, les dispositifs de coupe à l’eau et à l’abrasif… Le tour à axe vertical permettait déjà en 1839 d'usiner des pièces de grand diamètre en évitant la flexion due au poids des pièces. Enfin, les rasoirs Gillette imaginés en 1895, étaient équipés de lames d’acier (avec 13 % de chrome) rectangulaires de 0,1 mm d’épaisseur dès 1901, grâce aux travaux de l’ingénieur William Nickerson. Un bel exploit de finesse pour une industrie de prime abord peu précise.

    En ce qui concerne les machines-outils donc, il me semble que les choses n’avaient pas beaucoup évolué entre l’invention du tour-revolver automatique (1873) par Christopher Miner Spencer (1833-1922) et le début du programme Apollo en 1961.

    Exceptions notables : les moteurs de commande à vis sans fin, les procédés d’usinage par électrométallurgie, la commande numérique et l’utilisation des ultrasons. Bien que chacun de ces procédés ait été plus ou moins utilisé dans l’intervalle, ceci ne signifie pas à mon sens, que les industriels des années 1900 étaient incapables d’usiner les pièces nécessaires à une fusée avec les moyens dont ils disposaient.

    En attente de vos réactions


    Cordialement

  17. #14
    Saint-Sandouz

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Ce n'est plus trop ma tasse de thé.

    ND
    Travailler dur n'a jamais tué personne, mais je préfère ne pas prendre de risques.

  18. #15
    invité576543
    Invité

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Juste une question incidente.

    Vous parlez de moteurs à propergols liquides.

    Mais la Nasa a l'intention d'utiliser une fusée dont le premier étage est à propergol solide pour envoyer des humains dans l'espace.

    Cela pourrait apparaître comme une technologie plus simple et plus ancienne, connue fin XIXème.

    Quels étaient les difficultés techniques des fusées à propergol solide pour que les propergols liquides aient été préférés dans un premier temps?

    Cordialement,

  19. #16
    Saint-Sandouz

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Citation Envoyé par Michel (mmy) Voir le message
    Mais la Nasa a l'intention d'utiliser une fusée dont le premier étage est à propergol solide pour envoyer des humains dans l'espace.
    Ares I, qui est la reconversion d’un booster de la navette rallongé de ~20%.
    La chose a été longuement débattue ici.

    La technologie de la poudre ne s’est développée que dans les années 60, initialement pour les militaires. Cela dit, les miliaires utilisent depuis longtemps toute de sortes missiles de et d’explosifs, donc la poudre (qui en fait n’est pas en poudre) n’avait rien de nouveau pour eux.
    Il y a peut-être eu le fait que la technologie la plus prestigieuse après la guerre était celle des V2.

    D’après ce que j’ai compris, la difficulté a été de trouver non seulement les bons ergols mais le bon liant pour en faire un bloc résistant.
    Les contraintes sont évidemment très différentes que pour les liquides :
    * Il faut pouvoir façonner un bloc compact et résistant de plusieurs centaines de tonnes.
    * Qui ne risque pas de s’allumer tout seul, puisque c’est un mélange d’oxydant et de réducteur.
    * Qui s’enflamme facilement. On utilise une sorte d’explosif.
    * Qui brûle régulièrement.
    * Dont il ne risque pas de se détacher des morceaux qui pourraient entre autre boucher la tuyère.
    * Comme la pression est très élevée, l’enveloppe extérieure se dilate un peu. Il ne faut qu’il se forme de fissures qui changeraient le régime de combustion.

    Tout ça est très bien maitrisé depuis longtemps.
    C’est très sûr.
    Mais ça n’a une Isp que de 250s environ, contre ~450s pour un cryogénique.
    De plus, pour résister à la pression la structure doit être très solide et donc très lourde.

    ND
    Travailler dur n'a jamais tué personne, mais je préfère ne pas prendre de risques.

  20. #17
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Citation Envoyé par Michel (mmy) Voir le message
    Quels étaient les difficultés techniques des fusées à propergol solide pour que les propergols liquides aient été préférés dans un premier temps?
    Je vous remercie Michel pour votre question et Nicolas pour votre réponse admirable.

    A vrai dire je n’y ai jamais réfléchi. Il est vrai que la poudre est utilisée dans certains premiers étages de fusée. Je viens de lire également que les 3 étages de la petite fusée aéroportée Pegasus étaient entièrement propulsés par des propergols solides.

    Pour être honnête, il y a un mois à peine je restais persuadé qu’un moteur-fusée était par définition alimenté d’hydrogène liquide et d’oxygène liquide (comme l’association feu d’artifice = poudre). Simplement parce que je ne m’y étais jamais vraiment intéressé. Et plus encore, inconsciemment je pensais que tous les moteurs-fusées utilisaient les mêmes composants (ceux d’un moteur Vulcain). J’ai même eu la prétention de ne pas être le seul à en être persuadé.

    Bien sûr j’ai très tôt été impressionné par les exploits d’un X-15 ou plus récemment, du X-43… Mais je n’avais jamais vu en eux qu’une formidable débauche de puissance et de vitesse. Plus intéressé par les impressionnants records de vitesse, que par le moyen par lequel ils sont battus. Vision puérile s’il en est.

    Depuis, j’ai notamment découvert que 5 concepts ont été historiquement utilisé (les moteurs à poudre en constitue d'ailleurs un 6e) et qu’il existe un grand nombre de propergols utilisables… Une sorte de révolution il me semble.


    Cordialement
    Dernière modification par Geb ; 30/12/2009 à 01h20.

  21. #18
    bintang

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Bonjour Geb,

    Je te suggère de lire d'anciens bouquins comme :

    - 'les carburants nouveaux' de Jean Francois Théry (ingénieur à la SNECMA) - PUF - Collection 'que sais-je'. Il existe une édition datant de 1961 et au moins une réédition en 1971. Il y a actuellement un exemplaire en vente sur ebay.

    - 'l'astronautique' de lionel Laming - PUF - Collection que sais-je. Edité en 1949 et réédité au moins jusqu'en 1971.

    - 'Fusée et Astronautique' de Camille Rougeron et Jean Bodet - Chez Larousse. Edité en 1964.

    en fait , tous les anciens ouvrages d'astronautique datant du début de la conquète spatiale qui donnaient des détails que l'on ne retrouve plus sur les ouvrages actuels.
    Bintang

  22. #19
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Citation Envoyé par bintang Voir le message
    Je te suggère de lire d'anciens bouquins...
    en fait , tous les anciens ouvrages d'astronautique datant du début de la conquète spatiale qui donnaient des détails que l'on ne retrouve plus sur les ouvrages actuels.
    Merci bintang pour toutes ces suggestions.

    Je viens de vérifier les sources d'informations possibles dans ma modeste bibliothèque familiale. Il s'avère que le bouquin le plus complet que je possède sur l'astronautique est tiré d'une encyclopédie datant de 1990...

    Pour le "Que sais-je", ça devrait rapidement se trouver à la bibliothèque municipale du coin. Les autres sur eBay comme tu le dis, ou peut-être Google Books.

    Questions subsidiaires :

    - possèdes-tu un de ces bouquins ?
    - si oui, peux-tu m'en dire un peu plus (table des matières par exemple)


    Cordialement

  23. #20
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    J'ai aussi fait des recherches sur les matériaux d'une importance capitale pour les fusées.

    Le titane fut découvert dans les dernières années du XVIIIe siècle par William Gregor, mais se révéla difficile à isoler.

    Il fut isolé avec un taux de pureté de 95% par Lars Nilson et Otto Pettersson, et plus tard avec un taux de pureté de 98% par le grand pharmacien français Henri Moissan (1852-1907). Ce dernier utilisa un four électrique qu’il avait inventé en 1892 et parvint par la même occasion, à préciser les propriétés physico-chimiques de ce métal exceptionnel.

    Enfin, Matthew Albert Hunter (1878-1961), chercheur au Rensselaer Polytechnic Institute à Troy (Etat de New-York) fut capable de produire en 1910, grâce à un nouveau procédé qu’il avait mis au point, du titane pur à 99,9 % à partir du rutile (dioxyde de titane).

    Toutefois, il ne sera obtenu de façon industrielle qu'après 1932 grâce au procédé Kroll (moins efficient au niveau de la pureté cependant), et utilisé en dehors des laboratoires que dans les années 1940...

    Voilà pour le titane… Cependant, ces données fâcheuses pour le développement des fusées dès 1898 m'attirent vers d'autres considérations.

    Pour quelles pièces (turbines, pompes, chambre de combustion…), sous quelle forme (pure, ultra pure, alliée ?) et en quelle proportion (quantité de titane en % dans la structure d’une fusée ?) le titane est-il utilisé en astronautique ?


    Cordialement
    Dernière modification par Geb ; 30/12/2009 à 12h26.

  24. #21
    bintang

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    - possèdes-tu un de ces bouquins ?
    - si oui, peux-tu m'en dire un peu plus (table des matières par exemple)
    Geb,

    Je possède bien ces ouvrages techniques, chinés par hasard chez des bouquinistes. Je n'ai pas de livres historiques sur le sujet.

    Je t'ai scané les tables des matières :

    Les carburants nouveaux - PUF 'Que sais je ?':
    http://farm5.static.flickr.com/4049/...86380927_o.jpg

    La vente vue sur ebay est en fait terminée, désolé.

    L'Astronautique - PUF 'Que sais je ?' :
    http://farm3.static.flickr.com/2478/...de9d0f84_o.jpg
    http://farm5.static.flickr.com/4062/...9069b297_o.jpg

    Fusées et astronautique - Larousse :
    http://farm3.static.flickr.com/2636/...72f2a464_o.jpg
    http://farm3.static.flickr.com/2536/...f96f94b0_o.jpg
    http://farm5.static.flickr.com/4014/...49cac127_o.jpg
    http://farm3.static.flickr.com/2733/...7de39ae4_o.jpg
    Bintang

  25. #22
    jiherve

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Bonjour,
    Les poudres ne sont en fait a peu près maitrisées que depuis le début du XXeme, fin XIXeme les composés étaient ou trop brisants ou très instables, quelques mésaventures de la Royale sont là pour en témoigner.
    Quant à la précision d'usinage peut être était elle suffisante pour fabriquer une machine à vapeur mais elle ne l'était pas pour assurer ni la fabrication des pompes nécessaires à une propulsion liquide ni même l'interchangeabilité parfaite de toutes les pièces mécaniques, on avait encore besoin d'ajusteurs.
    Le grands tours verticaux fabriquaient du canon ou de l'arbre moteur, le métal usiné c'était de l'acier, pas du dural inventé en 1903.

    Donc la question à se poser est aussi : quand bien même les rudiments de technologie furent ils accessibles le résultat n'aurait il pas été trop lourd?
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  26. #23
    Saint-Sandouz

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Voilà quelques sites intéressants. Tu en connais peut-être quelques uns.

    Une véritable encyclopédie de l’espace :
    Capcom Espace
    http://www.capcomespace.net/page_accueil.htm

    Un article de Gilgamesh sur un site où il intervient :
    Les concepts de propulsion spatiale
    http://www.strangepaths.com/forum/vi....php?f=5&t=100
    avec l’inventaire complet des différents systèmes.

    Rocket and Space Technology.
    http://www.braeunig.us/space/index.htm

    Pour la propulsion électrique sur le site de l’ESA :
    Electric Spacecraft Propulsion
    http://smart.esa.int/science-e/www/o...odylongid=1539

    Pour la propulsion cryogénique sur le site de la NASA :
    LIQUID HYDROGEN AS A PROPULSION FUEL
    http://www.hq.nasa.gov/office/pao/Hi...4/contents.htm

    Les trucs les plus exotiques sur un site très marrant, pas sérieux du tout mais qui a toujours pleins de photos :
    Rare Photos of the Russian "Buran" Space Program
    http://www.darkroastedblend.com/2007...ran-space.html
    Rarely Seen Shuttle Pre-Flight Activities
    http://www.darkroastedblend.com/2007...tivities.html#

    Deux discussions que tu as sans doute regardées, initiées par Lockheed :
    France, efforts initiaux...
    http://forums.futura-sciences.com/as...auxoeoeoe.html
    L'effort initial de la fuséologie spatiale...
    http://forums.futura-sciences.com/as...aleoeoeoe.html

    ND
    Travailler dur n'a jamais tué personne, mais je préfère ne pas prendre de risques.

  27. #24
    bintang

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Geb,

    Un scan d'une double page de chacun de ces ouvrages concernant les propergols, pour exemple :

    Les Carburants nouveaux - PUF : http://farm3.static.flickr.com/2753/...31c4f5a9_o.jpg

    L'astronautique - PUF : http://farm5.static.flickr.com/4063/...d80e939d_o.jpg

    Fusées et astronautique - Larousse : http://farm3.static.flickr.com/2783/...02bc4261_b.jpg
    Bintang

  28. #25
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Bonjour Bintang,

    Merci beaucoup pour ton aide précieuse et prompte. Je m'emploie à analyser tout ça de suite !

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    J'ai aussi fait des recherches sur les matériaux d'une importance capitale pour les fusées.
    Afin de poursuivre dans ce but, je vous montre cette petite liste de substances, matériaux et procédés divers qui ont apparemment leurs places dans la conception d'une fusée :

    - pour l'acier : le convertisseur Thomas (1877)
    - pour l’aluminium : procédé électrolytique industriel (1886),
    - le verre borosilicate (1893),
    - le carbure de calcium (1894) et l’acétylène
    - le chalumeau oxy-acétylénique (1901)
    - pour le système de survie de l'équipage : le superoxyde de potassium (?)

    Ils méritent donc tous un petit encart personnalisé comme celui du titane... J'y travaille


    Cordialement

  29. #26
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Merci beaucoup à tous pour votre participation active !

    Je crois que le moment est venu de faire une petite synthèse pour les nouveaux venus qui se sentiraient rebutés par la tâche de nous relire...

    Encore du pain sur la planche.


    Merci encore

  30. #27
    jiherve

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Bonsoir,
    Dans l'après midi je me suis souvenu d'avoir quelque part dans mes trésors un livre étonnant sur l'astronautique:
    L'Astronautique par Alexandre Ananoff, librairie Fayard 1950.
    Geb si tu peux en trouver un exemplaire tu seras aux anges.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  31. #28
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Citation Envoyé par jiherve Voir le message
    Geb si tu peux en trouver un exemplaire tu seras aux anges.
    JR
    Qui sait jiherve... à coeur vaillant rien d'impossible comme on dit

    Cordialement

  32. #29
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    Afin de poursuivre dans ce but, je vous montre cette petite liste de substances, matériaux et procédés divers qui ont apparemment leurs places dans la conception d'une fusée
    Je me permet d'ajouter à ma propre liste l'hélium. En effet, il sert à la fois à prérefroidir les propergols avant un décollage et à assurer la pressurisation des réservoirs pendant les manoeuvres en microgravité (pressure-fed cycle).

    La suite dans un prochain épisode...
    Dernière modification par Geb ; 30/12/2009 à 20h33.

  33. #30
    Geb

    Re : Une course à l’espace dès 1898 ?

    Bonsoir jiherve,

    Citation Envoyé par jiherve Voir le message
    Quant à la précision d'usinage peut être était elle suffisante pour fabriquer une machine à vapeur mais elle ne l'était pas pour assurer ni la fabrication des pompes nécessaires à une propulsion liquide ni même l'interchangeabilité parfaite de toutes les pièces mécaniques, on avait encore besoin d'ajusteurs.
    JR
    Je voudrais humblement vous demander si vous avez une idée plus précise de ce qu'exige techniquement un ajustement mécanique ?

    Pour ma part, je viens juste d'en découvrir la définition sur wikipédia

    Qui plus est, je n'ai pas une connaissance pointue des phénomènes mis en jeu (très loin de là), mais j'ai cru comprendre que les turbines à vapeur de la fin du XIXe siècle était déjà capable d'effectuer des régime de 30 000 rotations par minute. Hors, si la mémoire ne me fait pas défaut, une turbopompe à hydrogène comme celle du moteur Vulcain monte à 33 000 tours/minute.

    Cela étant dit, et malgré l'environnement cryogénique dans lequel l'une doit fonctionné, j'avais dans l'idée que peut-être, ce genre de turbine à vapeur high-tech à la mode XIXe n'était pas si loin de la turbopompe basique d'un lanceur "de base".


    Cordialement

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