Une fusée « auto-mangeuse » pourrait aider le Royaume-Uni à prendre une part importante dans l’industrie spatiale

De nouveaux développements sur un concept vieux de près d’un siècle pour un moteur de fusée « auto-alimenté » capable de voler au-delà de l’atmosphère terrestre pourraient aider le Royaume-Uni à prendre une plus grande part de l’industrie spatiale.

Les ingénieurs de l’Université de Glasgow ont construit et mis à feu le premier moteur-fusée autophage sans support qui consomme des parties de son propre corps comme carburant. La conception du moteur autophage – dont le nom vient du mot latin signifiant « se manger soi-même » – présente plusieurs avantages potentiels par rapport aux conceptions de fusées conventionnelles.

Le moteur fonctionne en utilisant la chaleur résiduelle de la combustion pour faire fondre séquentiellement son propre fuselage en plastique pendant son tir. Le plastique fondu est introduit dans la chambre de combustion du moteur comme carburant supplémentaire à brûler aux côtés de ses propulseurs liquides habituels.

Cela signifie qu’un véhicule autophage nécessiterait moins de propulseur dans les réservoirs embarqués et que la masse libérée pourrait plutôt être allouée à la charge utile. La consommation du fuselage pourrait également contribuer à éviter d’aggraver le problème des débris spatiaux, des déchets rejetés en orbite autour de la Terre et qui pourraient entraver les futures missions.

Dans l’ensemble, une plus grande efficacité pourrait aider les fusées autophages à transporter une charge utile plus importante dans l’espace par rapport à une fusée conventionnelle de même masse. Ils pourraient, par exemple, emmener directement de minuscules « nanosatellites » dans l’espace sans avoir à partager l’espace avec des fusées à carburant conventionnel plus coûteuses.

Le concept d’un moteur de fusée auto-alimentateur a été proposé et breveté pour la première fois en 1938. Cependant, aucun modèle de moteur d’autophage n’a été tiré de manière contrôlée jusqu’à ce qu’un partenariat de recherche entre l’Université de Glasgow et l’Université nationale de Dnipro en Ukraine franchisse cette étape en 2018.

Aujourd’hui, les ingénieurs de Glasgow ont démontré qu’il est possible d’utiliser des propulseurs liquides plus énergétiques et que le fuselage en plastique peut résister aux forces nécessaires pour l’introduire dans le moteur sans se déformer. Ce sont des étapes essentielles pour développer un concept de vol viable.

Les équipes papierintitulé « Enquête sur les paramètres de fonctionnement et les performances d’un système de propulsion de fusée hybride à autophage », a été présenté au forum AIAA SciTech le mercredi 10 janvier à Orlando, en Floride.

Dans l’article, l’équipe décrit comment elle a testé avec succès son moteur autophage Ouroborous-3, produisant 100 newtons de poussée dans une série d’expériences contrôlées. Les incendies d’essai ont été effectués dans les installations MachLab de la base aérienne de Machrihanish.

L’Ouroborous-3 utilise des tubes en plastique polyéthylène haute densité comme source de carburant autophagique, le brûlant aux côtés des principaux propulseurs de la fusée, un mélange d’oxygène gazeux et de propane liquide.

Les tests ont montré que l’Ourobourous-3 est capable d’une combustion stable – une exigence clé pour tout moteur de fusée – tout au long de la phase autophage, le fuselage en plastique fournissant jusqu’à un cinquième du propulseur total utilisé.

Les tests ont également montré que la combustion de la fusée pouvait être contrôlée avec succès, l’équipe démontrant sa capacité à être étranglée, redémarrée et pulsée selon un schéma marche/arrêt. Toutes ces capacités pourraient aider les futures fusées autophages à contrôler leur ascension depuis la rampe de lancement vers l’orbite.

Le professeur Patrick Harkness, de la James Watt School of Engineering de l’Université de Glasgow, a dirigé le développement du moteur d’autophage Ourouboros-3. Il a déclaré : « Ces résultats constituent une étape fondamentale sur la voie du développement d’un moteur de fusée autophage entièrement fonctionnel. Ces futures fusées pourraient avoir un large éventail d’applications qui contribueraient à faire progresser les ambitions du Royaume-Uni de se développer en tant qu’acteur clé de l’industrie spatiale. .

“La structure d’une fusée conventionnelle représente entre 5 % et 12 % de sa masse totale. Nos tests montrent que l’Ouroborous-3 peut brûler une quantité très similaire de sa propre masse structurelle comme propulseur. Si nous pouvions fabriquer au moins une partie de cette masse disponible pour charge utile, ce serait une perspective intéressante pour les futures conceptions de fusées. »

Le chercheur de troisième cycle Krzysztof Bzdyk, de la James Watt School of Engineering, est l’auteur correspondant de l’article. Il a déclaré : « Pour arriver à ce stade, il a fallu surmonter de nombreux défis techniques, mais nous sommes ravis des performances de l’Ourouboros-3 en laboratoire.

“À partir de là, nous commencerons à examiner comment nous pouvons étendre les systèmes de propulsion des autophages pour prendre en charge la poussée supplémentaire requise pour que la conception fonctionne comme une fusée.”

Le moteur autophage est l’un des 23 projets de technologie spatiale récemment sélectionnés pour bénéficier d’un financement de 4 millions de livres sterling de la part de l’Agence spatiale britannique et du STFC. L’équipe de Glasgow a reçu 290 000 £ pour l’aider à établir d’autres tests pilotes du prototype de moteur.

Le Dr Paul Bate, PDG de l’Agence spatiale britannique, a déclaré : « L’un des principaux moyens par lesquels nous catalysons les investissements dans le secteur spatial en pleine croissance du Royaume-Uni est de soutenir les innovations dans les domaines émergents de la technologie spatiale. Le travail impressionnant de l’Université de Glasgow en faveur d’un moteur autophage est un exemple qui a un grand potentiel pour répondre à l’appétit mondial croissant pour les développements en matière d’efficacité et de durabilité de la propulsion des fusées. »

Jack Tufft, chercheur de troisième cycle à la James Watt School of Engineering, est co-auteur de l’article. Il a déclaré : « Nous sommes vraiment enthousiasmés par le potentiel de l’Ouroboros-3, et ce financement supplémentaire nous aidera à aller de l’avant dans l’exploration de nouveaux développements et améliorations de notre conception. Notre objectif est de rapprocher le moteur autophage d’un lancement test. , ce qui nous aidera à développer notre conception pour les futures générations de fusées autophages. »