UN PEU D'ASTRONAUTIQUE.

La conquête de l'espace doit beaucoup (tout?) aux progrès de la fusée. En effet, la fusée est le seul système que l'on ait trouvé d'assez performant pour atteindre l'espace.

Ses principes et son fonctionnement sont décrits aux pages: l'ultime frontière, l'ultime frontière suite, et les fusées à étages qui commencent ici.

Rappelons simplement que la poussée d'un moteur fusée s'obtient par la formule:
F = Dm * Ve + (Ps - Pe) * S.
Avec:
F: la poussée.
Dm: le débit massique de gaz éjecté.
Ve: la vitesse d'éjection des gaz.
Ps: la pression statique des gaz à l'extrémité de la tuyère.
Pe: la pression statique extérieure.
S: la surface de sortie de la tuyère.

Le meilleur rendement, et la meilleure poussée sont obtenus lorsque TOUTE la pression statique des gaz utilisable a été transformée en vitesse d'éjection, c'est à dire lorsque la pression statique des gaz en sortie de tuyère est devenue égale à la pression extérieure (tuyère adaptée).

Dans ce cas: Ps = Pe, et (Ps - Pe) * S = 0, donc la formule devient: F = Dm * Ve.
La poussée est alors égale au produit du débit massique (en Kg/s) par la vitesse d'éjection (en m/s).

On voit ici l'importance de la vitesse d'éjection qui permet de réduire le débit, et donc la consommation.

La formule donnant la vitesse d'éjection théorique d'un gaz est la suivante:

Avec:
Ve: vitesse d'éjection des gaz.
K: le rapport des chaleurs spécifique Cp/Cv.
R: la constante des gaz (environ 8.31).
Tc: la température de combustion.
M: la masse moléculaire.
Pe: la pression extérieure.
Pc: la pression de combustion.

Remarque:
Cp = chaleur spécifique à pression constante; Cv= chaleur spécifique à volume constant.

La chaleur spécifique d'une substance est la quantité d'énergie calorifique (de chaleur pour faire simple) qu'il faut apporter à 1 gramme de cette substance pour élever sa température de 1° (La formule de base stipule : 1degré kelvin, mais les degrés celsius étant centigrades eux aussi, ça marche pareil).

A noter que Cp est toujours plus grande que Cv, car, pour Cv, le volume est constant. L'apport d'énergie ne fournira donc aucun travail qui en consommerait (une augmentation de volume est un travail). Si aucun travail n'est produit, TOUT l'apport énergétique sert à faire monter la température, c'est pourquoi il y a un moins grand besoin énergétique pour gagner 1° dans le cas de Cv qui peut être plus petite.

Les gaz produits par réactions chimiques dans les moteurs de nos fusées ont une vitesse d'éjection, somme toute fort modeste, et les performances obtenues sont insuffisantes pour permettre d'atteindre la vitesse de satellisation (+ ou - 28000 Km/h) sans avoir recours au système d'étage. (On en parle à la page: les fusée à étages ici).

Ce petit rappel étant fait, voyons un peu, et en image, l'évolution de la conquête spatiale depuis ses (vrais) débuts en 1957 et le lancement du premier satellite artificiel (spoutnik 1).

Cet exploit (spoutnik 1) a été rendu possible grâce à une fusée remarquable: la Semiorka.

Comme vous pouvez le voir, cette fusée a connu plusieurs transformations pour arriver au lanceur Soyouz actuel.

C'est donc elle qui permit a Youri Gagarine, le 12 avril 1961, d'être le premier homme dans l'espace, c'était à bord d'une capsule Vostok comme celle-ci:

Elle est représentée ici encore attachée au dernier étage de la fusée, sinon, seule, la capsule Vostok ressemble à ça:

Au moment du retour sur Terre, elle se sépare en deux, et seule la partie sphérique revient.

La séparation se fait juste derrière les petits réservoirs sphériques.

La sphère habitable pèse un peu moins de 2500 Kg pour un diamètre de 2 mètres 30, le module conique portant les instruments, et le moteur de rentrée pèse un peu moins de 2300 kg pour un diamètre de 2 mètres 43, et une longueur approximative de 2 mètres 25.

Lors du retour sur Terre, la capsule subit d'abord le freinage aérodynamique, puis par parachute jusqu'au sol.
Le pilote, lui, s'éjecte à plus ou moins 7000 mètres et termine son voyage en parachute (aussi).