Espace : un bijou de technologies pour le moteur de fusée Hélix

Helix, c'est le moteur-fusée développé par RFA, une start-up allemande, qui a dévoilé sa dernière création le 12 avril dernier à l'occasion de la Nuit de Youri, une fête internationale pour célébrer l'anniversaire du premier humain dans l'espace, et du lancement de la première navette spatiale américaine.

Une occasion très bien choisie puisque ce nouveau moteur qui propulsera d'ici quelques mois les premières fusées de l'entreprise repose sur une technologie inspirée des propulseurs soviétiques : la combustion étagée riche en oxydant ! Car oui, toutes les fusées se ressemblent sur un point : il faut éjecter du gaz pour avancer, mais il y a bien plus d'une manière de le faire !

Oxidizer-rich staged combustion, une première européenne !

Comprenons le fonctionnement du moteur : un démarreur injecte du gaz (de l'hélium ou de l'azote) dans une turbine pour initier la rotation d'une pompe -- gaz qui est ensuite éjecté par un échappement parallèle à la tuyère.

Cette pompe sert à puiser le carburant depuis les réservoirs vers la chambre de combustion du moteur. Dans cette chambre de combustion un mélange de triethylaluminum-triethylborane (TEA-TEB) s'enflamme et sert d'allumage à la combustion principale du kérosène qui fait voler la fusée -- une procédure d'allumage également inédite en Europe !

Mais, pour que la pompe continue de tourner, une partie du carburant est d'abord injectée dans une pré-chambre pour réaliser une combustion incomplète afin d'alimenter la turbine (et donc de prendre le relais du démarreur) qui sert à faire tourner ladite pompe... et la boucle est bouclée ! Le mélange issu de la pré-chambre est ensuite réinjecté dans la chambre principale pour achever la combustion, c'est un cycle fermé.

C'est la combustion étagée, une première en Europe depuis les premiers tests de la firme en juillet dernier. Cependant, la prouesse ne s'arrête pas là.

Cette combustion incomplète dans la pré-chambre peut être trop riche en carburant (dite fuel-rich, en anglais), c'est une technique qui s'est retrouvée sur la navette spatiale, ou sur des moteurs japonais ou indiens. Mais elle peut être également trop riche en comburant (oxidizer-rich). Cette option génère beaucoup de corrosion et de contraintes sur les composants mécaniques, raison pour laquelle cette technologie, très étudiée dans les années 60, est restée rare, et exclusive au savoir-faire soviétique, comme sur les moteurs NK-33 qui propulsaient la fusée N1, laquelle aurait dû emporter les Soviétiques sur la Lune.

Aujourd'hui, ce procédé de propulsion s'est exporté en Chine sur plusieurs fusées Longue-Marche et depuis quelques années à peine aux États-Unis où il se retrouve sur le moteur BE-4 qui propulsera la future fusée Vulcan. Désormais, c'est chose faite en Europe également grâce à la start-up augsbourgeoise.

Objectif, le marché spatial de demain

Ce moteur Helix est destiné au lanceur léger de l'entreprise qui sera envoyé par neuf exemplaires du propulseur, assez pour arracher 92 tonnes du sol terrestre et placer 1,6 tonne de charge utile en orbite. Grâce à la combustion étagée, la fusée sera non seulement très puissante mais aussi très efficace avec une impulsion spécifique de 325 secondes, qui le place assez haut parmi les meilleurs moteurs-fusées à kérosène du monde.

Il est conçu en partie par l'impression 3D, au niveau des conduites de refroidissement notamment, solution de plus en plus adoptée par les nouveaux acteurs du secteur spatial pour réduire les coûts et simplifier les processus de fabrication, à l'instar de la société française Venture Orbital Systems, qui conçoit elle aussi des fusées dont les moteurs seront intégralement imprimés en 3D.

Ce développement s'inscrit dans la nouvelle dynamique du new-space qui marquera la prochaine décennie avec un tout nouveau marché de petits lanceurs et de petits satellites à très faible coût, dynamique dont sont très friandes les agences spatiales nationales.

Futura-Sciences