De quoi est composée une fusée?

L’étude des fusées est un excellent moyen pour les élèves d’apprendre les bases des forces et la réponse d’un objet aux forces extérieures. En vol, une fusée est soumise aux forces du poids, de la poussée et de l’aérodynamisme. Sur cette diapositive, vous pouvez voir les différentes parties qui composent une fusée.

De quoi est composée une fusée?

Les pièces qui composent une fusée sont nombreuses. Pour la conception et l’analyse, les ingénieurs regroupent les pièces qui ont la même fonction en systèmes. Il existe quatre systèmes principaux dans une fusée grandeur nature : le système structurel, le système de charge utile, le système de guidage et le système de propulsion.

Le système structurel

Le système structurel, ou châssis, est similaire au fuselage d’un avion. La structure est fabriquée à partir de matériaux très solides mais légers, comme le titane ou l’aluminium, et utilise généralement de longs « longerons » qui vont du haut vers le bas et qui sont reliés à des « arceaux » qui font le tour de la circonférence. La « peau » est ensuite fixée aux longerons et aux cerceaux pour former la forme de base de la fusée.

La peau peut être recouverte d’un système de protection thermique pour empêcher la chaleur de la friction de l’air pendant le vol et pour maintenir les températures froides nécessaires à certains combustibles et oxydants. Certaines fusées sont dotées d’un revêtement au bas du cadre pour assurer leur stabilité pendant le vol.

Le système de charge utile

Le système de charge utile d’une fusée dépend de la mission de la fusée. Les premières charges utiles des fusées étaient des feux d’artifice pour célébrer les fêtes.

La charge utile du V2 allemand, illustré sur la figure, était constituée de plusieurs milliers de livres d’explosifs. Après la Seconde Guerre mondiale, de nombreux pays ont développé des missiles balistiques guidés armés d’ogives nucléaires comme charge utile.

Les mêmes fusées ont été modifiées pour lancer des satellites aux missions très diverses : communications, surveillance météorologique, espionnage, exploration planétaire et observatoires, comme le télescope spatial Hubble. Des fusées spéciales ont été développées pour lancer des personnes en orbite terrestre et sur la surface de la Lune.

Le système de guidage

Le système de guidage d’une fusée peut comprendre des capteurs très sophistiqués, des ordinateurs embarqués, des radars et des équipements de communication pour manœuvrer la fusée en vol.

De nombreuses méthodes différentes ont été développées pour contrôler les fusées en vol. Le système de guidage du V2 comprenait de petites aubes dans l’échappement de la tuyère pour dévier la poussée du moteur.

Les fusées modernes font généralement tourner la tuyère pour manœuvrer la fusée. Le système de guidage doit également assurer un certain niveau de stabilité afin que la fusée ne culbute pas en vol.

Le système de propulsion

Comme vous pouvez le voir sur la figure, le système de propulsion constitue la majeure partie d’une fusée complète. Il existe deux grandes catégories de systèmes de propulsion, les moteurs à liquide et les moteurs à solide.

Le V2 utilisait un moteur-fusée à liquide composé de réservoirs de carburant et d’oxydant (propergol), de pompes, d’une chambre de combustion avec tuyère et de la plomberie associée. La navette spatiale, le Delta II et le Titan III utilisent tous un moteur-fusée à propergol solide.

Les différentes parties de la fusée décrites ci-dessus ont été regroupées par fonction : structure, charge utile, guidage et systèmes de propulsion. Il existe d’autres regroupements possibles.

Afin de déterminer la masse et les performances de vol, les ingénieurs regroupent souvent la charge utile, la structure, la structure de propulsion (tuyère, pompes, réservoirs, etc.) et le guidage en un seul paramètre de masse à vide.

Le poids du propergol restant devient alors le seul facteur qui change avec le temps lors de la détermination des performances de la fusée.