A terre, disposée verticalement, la fusée est soumise à son poids :

P (N) = m (kg) x g(m.s^-2)

 

g dépend de la position géographique :

-          g = 9.83 m.s^-2 aux Pôles,

-          g= 9.78 m.s^-2 à l’équateur.

 

Lancer la fusée depuis l’équateur est donc plus avantageux, car la force à fournir pour décoller sera moindre que partout ailleurs sur Terre. La fusée Ariane 5 décolle donc de  Kourou, situé dans le département d'Outre mer qu'est la Guyane française. Kourou est donc juste au Nord de l'équateur et permet donc à la France de faire des lancers consommateurs et chers en énergie.

 

Pour qu’une fusée quitte le sol, on dit qu’elle doit « vaincre son poids ». Pour cela, une fusée possède plusieurs étages propulseurs avec des tuyères qui vont expulser du gaz à très grande vitesse.

La poussée F est une force exprimée en Newton proportionnelle et produite par la vitesse des gaz éjectés. C’est elle qui doit permettre à la fusée de décoller et de s’arracher de l’attraction terrestre. Pour que la fusée décolle, F doit être opposée et supérieure à son poids P.

 

 

F = m (kg) x v (m.s^-1)

 

m est la masse de gaz éjectée en une seconde et v la vitesse d’éjection.

 

La poussée doit être entretenue sur toute la trajectoire afin de garder la vitesse en vol et accélérer : un arrêt de poussée se solderait par une perte de vitesse et une  attraction terrestre retrouvée. La fusée se mettrait donc à tomber si elle perdait sa poussée. De plus la vitesse à atteindre pour se libérer de l’attraction terrestre est égale à 11.2 km.s^-1 : la fusée accélère donc dès le début de son vol. Le lanceur atteint la vitesse du son en 40 secondes.

 Au bout d'une minute, le lanceur a parcouru 12km, au bout de 2 minutes 50km, et au bout de 3minutes, 100km.

 Les éléments de propulsion d'Ariane 5 sont:

- L'étage accélérateur à poudre (EAP) qui sont aussi appelés "boosters" et qui permettent de faire décoller le lanceur de 725 tonnes. Ils représentent 90% de la puissance du lanceur  et font 31 mètres de haut. Ils libèrent 2 tonnes de poudre par seconde chacun pendant  environ 2 minutes (ils en possèdent 240 tonnes). Ils pèsent 36 tonnes à vide et sont largués grâce à des boulons exlposifs et s'écartent du corps central grâce à 8 fusées afin d'éviter des collisions.

- L'étage principal cryotechnique (EPC) contient les 126 tonnes de dihydrogène et les 123 tonnes de dioxygène liquide qui alimentent le moteur Vulcain (moteur PRINCIPAL d'Ariane 5).

- L'étage à propergols stockables (EPS) contient 9.7 tonnes de combustible et de comburant nécessaires au fonctionnement du moteur Aestus qui a pour mission de placer les satellites en orbite géostationnaire.

 

 

 

Schéma des éléments de propulsion d'Ariane 5

 

 

 

Tableau du plan de propulsion d'Ariane 5:

 

Animation flash sur l'utilisation des différents propulseurs lors du vol d'Ariane 5:

 

 

 Le moteur Vulcain est le moteur principal du lanceur Ariane 5. Il effectue une poussée de 1145kN sur le lanceur pendant 10 minutes. Lorsqu'il ne contient plus de combustible, le moteur est détaché du corps de la fusée pour perdre de la masse.Moteur Vulcain:

 

 

 Schéma du corps central propulsif d'Ariane 5:

 

 

Fonctionnement du moteur Vulcain:

 

 

 

 

 Entre la chambre de combustion et la sortie de gaz, celui-ci est éjecté à la vitesse du son grâce à la tuyère de Laval.

 

 Schémas de la tuyère de Laval:

 

L'évolution de ma température, de la pression et de la vitesse des gaz éjectés au niveau de la tuyère de Laval:

V représente la vitesse des gaz éjectés

P représente leur pression

T représente leur température

 

 

 

Transformations chimiques dans les EAP :

Les EAP d’Ariane 5 contiennent 68% de perchlorate d’ammonium qui est le comburant, 18% d’aluminium et 14% de polybutadiène.  

L a réaction chimique du perchlorate d’ammonium avec lui-même est :

 

4NH₄ClO₄ (s) → 2N₂ (g) + 6H₂O (g) + 5O₂ (g) + 4HCl (g)

 

Le dioxygène alors formé réagit avec l’aluminium:

4Al (s) + 3O₂ (g) → 2Al₂O₃ (g)

Cette réaction est très exothermique, elle libère donc une grande quantité d’énergie: La poussée des EAP est augmentée.

Le polybutadiène réagit également avec le dioxygène de la première réaction chimique :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Donc:

 

Il s'agit d'un polymère diène fait à partir du butadiène par un système de polymérisation appelé Ziegler-Natta. D'apreès cette polymérisation on obtient:

 

 

 

 

 

 

 

[CH₂ - CH = CH - CH₂]_{n (s)} + 11_n / 2O_{2 (g)} → 4_nCO_2 (g) + 30H₂O _(g)

 

 

 

La transformation chimique dans le moteur vulcain (EPC):

Le dihydrogène et le dioxygène sont acheminés dans le moteur Vulcain où il réagissent.

2H_{2 (l)} + O_{2 (l)} → 2H₂O _(g)

 

 

La transformation chimique dans l'EPS: 

Le combustible est le monoéthylhydrazine et le comburant est le péroxyde d'azote.

4CN₂H_{6 (l)} +5N₂O_{4 (l)} → 4N_{2 (g)} + 12H₂O _(g) +4CO_{2 (g)}