Comment une fusée se déplace-t-elle?

Résumé du document

Bien que la vision des étoiles dans le ciel nocturne ait toujours été source des rêves les plus fous, il faudra attendre le XXe siècle et l'acharnement pour la recherche et le développement scientifique à la suite entre autres des guerres mondiales et à la guerre froide, pour que ce rêve devienne enfin réalité. En effet de nombreuses années de recherches ont amené à l'invention de la fusée. La fusée est un véhicule spatial qui possède un propulseur unique qui contrairement à un moteur à réaction classique qui lui puise l'oxygène dans l'atmosphère, fonctionne de manière autonome en circuit fermé et est capable d'opérer n'importe où, voir dans un milieu anaérobie. C'est-à-dire dans un milieu sans air, dans le vide. Nous allons donc étudier la fusée et ses déplacements en milieu aérien et anaérobie ainsi que les principes physiques et mathématiques qui y sont liés. On parlera en premier lieu, rapidement de l'histoire de l'astronautique puis du fonctionnement du moteur avec les propulsifs, le système d'action-réaction et des schémas argumentés et ensuite des différentes vitesses astronautiques avec les vitesses cosmiques et la démonstration du théorème de Tsiolkovski.
Deux annexes parleront enfin du principe de la fusée gigogne et des différents propergols utilisables.

Extraits

[...] Deux annexes parleront enfin du principe de la fusée gigogne et des différents propergols utilisables. I Histoire de la fusée Les origines L'origine des fusées remonte à 1232. Pendant la bataille de Kaifeng, les Chinois repoussèrent les Mongols grâce à l'aide de flèches de feu volant Après la bataille de Kaifeng, les Mongols produisirent leurs propres fusées, et pourraient avoir été responsables de leur introduction en Europe. Au XIIIe siècle le livre arabe "Kitâb al-furussia wal munassab al-harbiya" illustre l'utilisation de fusées lors de combats. [...]

[...] C'est l'ancêtre des fusées à multiples étages utilisées aujourd'hui. Lors de la Première Guerre mondiale, elles refirent surface avec les ancêtres des roquettes, utilisées par les aviateurs pour toucher les ballons d'observation ennemis. Les plus grands progrès de la fin du XIXe siècle à la Seconde Guerre mondiale sont dus à Pedro Paulet, réalisateur du premier moteur à ergols liquides, Louis Damblanc qui lança la première fusée à étages, et bien sûr, Robert Goddard. Même si on pensait dès le début du XXe siècle à un usage pacifique pour des voyages interplanétaires, c'est uniquement les militaires qui ont développé les fusées pour en faire des missiles à longue portée. [...]

[...] Le principe est le même pour une fusée. Le fonctionnement du moteur-fusée Sur la terre, il faut savoir que la force de l'air intervient dans le déplacement d'un avion, mais que l'espace est un milieu anaérobie, donc aucune force extérieure sauf l'attraction gravitationnelle ne s'exerce sur la fusée. La force gravitationnelle de la terre influe en effet sur la fusée mais elle est une contrainte et non une aide. C'est ici qu'intervient le moteur d'une fusée. Le moteur d'une fusée peut-être présenté en 3 parties. [...]

[...] La pression étant alors plus élevée sur la face avant que sur la face arrière, le corps est alors projeté en avant. La force de pression exercée sur la face avant est proportionnelle au poids des gaz éjectés et à leurs vitesses d'éjections. Le rôle de la chambre à combustion est donc comme son nom l'indique de provoquer une réaction de combustion via les propergols qui lui sont envoyés. Lorsqu'ils arrivent dans la chambre, l'allumage s'enclenche provoquant donc la réaction de combustion. [...]

[...] Ces ergols sont tout d'abord emmagasinés sous pression dans deux réservoirs distincts puis sont injectés dans la chambre à combustion par le système de pompage, d'injection. Le rôle du moteur-fusée est de créer une force capable de contrecarrer celle de l'attraction terrestre. L'unique force que nous puissions utiliser et celle de l'action-réaction. Lorsque l'on produit une réaction de production à l'intérieur d'un corps fermé de tout côté, la résultante des forces de pression s'exerçant sur les parois est nulle, c'est la loi de Mariotte. [...]