Résolution de problème
On peut lire cet article pour se cultiver, On peut aussi (à partir de la spécialité première) faire le calcul proposé.
Doc 1 : Description du lanceur
La fusée sature 5 est le lanceur utilisé pour le programme Apollo qui a conduit le premier homme à marcher sur la Lune en juillet 1969.
Il est à ce jour le plus puissant lanceur jamais construit. Il est composé dans sa majorité de réservoirs de carburant ou de comburant, et de moteurs.
Les deux premiers étages sont dédiés à la propulsion de la fusée lors de son départ de notre planète. Le troisième étage contient également des propulseurs, et la charge utile (Module lunaire, module de commande et module de service) dans la coiffe de la fusée.
Un ergol est une liquide composé d’un combustible et du comburant nécessaire pour le brûler.
Doc 2 : Focus sur le fonctionnement du deuxième étage
L’ergol servant à la propulsion pour cet étage est un mélange de dihydrogène liquide (ou « LH2 » en astronautique) et de dioxygène liquide (ou « Lox ») contenus dans des réservoirs à basse température.
Ces deux gaz bien connus (H2 et O2) réagissent violemment dans une réaction de combustion ce qui produit de la vapeur d’eau propulsée à haute vitesse au travers des tuyères des 5 moteurs J-2. Afin de maîtriser la température de la flamme, les deux réactifs de l’ergol ne sont pas introduits en proportions stoechiométriques. Le carburant en excès est expulsé via les tuyères en même temps que l’eau et s’enflamme à nouveau dans le sillage de la fusée avec le comburant de l’air.
C’est un peu comme un ballon de baudruche puissance 1000 qui ne se dégonflerait jamais pendant les 357 s de son fonctionnement.
Sa masse à vide est de 37 tonnes. Elle s’élève à 485 tonnes lorsque les réservoirs sont pleins.
Doc 3 : La réaction de combustion du dihydrogène
La réaction de combustion du dihydrogène produit uniquement de l’eau par réaction avec du dioxygène. Cette réaction, fortement exothermique dégage une énergie sous forme de chaleur et de mise en mouvement à haute vitesse de la vapeur d’eau produite. Dans le deuxième étage du lanceur, le dioxygène est apporté en excès afin de permettre une combustion totale du dihydrogène.
Doc 4 : Le dihydrogène et le dioxygène liquides
Une des difficultés technologiques pour l’utilisation d’un étage à dihydrogène, c’est la conception de réservoirs suffisamment froids et bien isolés. En effet, dihydrogène et dioxygène sont gazeux à température ambiante et doivent être refroidis pour prendre l’état liquide.
On désigne par oxygène liquide le dioxygène refroidi au-dessous de son point de condensation, soit 90,188 K (−182,96 °C) sous la pression atmosphérique. Sa masse volumique est alors de 1 141 kg·m-3,…
Source wikipédia
L’hydrogène liquide est le dihydrogène refroidi en dessous de son point de condensation, soit 20,28 kelvins (−252,87 °C) à pression atmosphérique. Il a alors une masse volumique de 70,973 kg/m3.
Source wikipédia
