Un moteur cryogénique est généralement un moteur de fusée conçu pour échapper à la gravité terrestre pour envoyer des sondes dans l’espace ou pour mettre des satellites en orbite. Ils utilisent des combustibles liquides qui sont refroidis à des températures très basses et qui seraient autrement à l’état gazeux à pression atmosphérique et température normales, tels que l’hydrogène et l’oxygène. Ces carburants sont utilisés dans l’une des deux conceptions principales pour produire une force propulsive. Soit l’hydrogène est vaporisé en tant que carburant et enflammé par l’oxydant d’oxygène pour générer une poussée de fusée chaude standard, soit ils sont mélangés pour créer de la vapeur très chaude qui sort de la tuyère du moteur et crée une poussée.
Cinq pays possèdent actuellement des systèmes de propulsion à moteur cryogénique testés avec succès en 2011. Il s’agit notamment des États-Unis, de la Russie et de la Chine, ainsi que de la France et du Japon. Les travaux au Centre aérospatial allemand de Lampoldshausen, en Allemagne, sont en cours pour développer la propulsion cryogénique. L’Inde a également testé sur le terrain une conception de fusée cryogénique pas plus tard qu’en 2009, produite par l’Organisation indienne de recherche spatiale (ISRO), ce qui a entraîné une défaillance catastrophique du véhicule d’essai.
L’ingénierie cryogénique pour les carburants de fusée existe depuis au moins la conception des années 1960 de la fusée Saturn V, utilisée par les missions américaines Apollo Moon. Les principaux moteurs de la navette spatiale américaine utilisent également des combustibles stockés cryogéniquement, tout comme plusieurs premiers modèles de missiles balistiques intercontinentaux (ICBM) utilisés comme moyens de dissuasion nucléaires par la Russie et la Chine. Les fusées à carburant liquide ont une poussée et, par conséquent, une vitesse supérieures à celles de leurs homologues à carburant solide, mais sont stockées avec des réservoirs de carburant vides, car les carburants peuvent être difficiles à entretenir et détériorent les soupapes et les raccords du moteur au fil du temps. L’utilisation de carburant cryogénique comme propulseur a nécessité des installations de stockage pour le carburant, afin qu’il puisse être pompé dans les réservoirs de stockage des moteurs-fusées en cas de besoin. Étant donné que le temps de lancement des missiles propulsés par un moteur cryogénique peut être retardé de plusieurs heures et que le stockage du carburant est risqué, les États-Unis se sont convertis à tous les ICBM nucléaires à combustible solide dans les années 1980.
L’hydrogène liquide et l’oxygène liquide sont stockés à des niveaux de -423° Fahrenheit (-253° Celsius) et -297° Fahrenheit (-183° Celsius), respectivement. Ces éléments sont faciles à obtenir et offrent l’un des taux de conversion d’énergie les plus élevés des carburants liquides pour la propulsion des fusées, ils sont donc devenus les carburants de choix pour toutes les nations travaillant sur la conception de moteurs cryogéniques. Ils produisent également l’un des taux d’impulsions spécifiques les plus élevés connus pour la propulsion chimique des fusées, jusqu’à 450 secondes. L’impulsion spécifique est une mesure du changement de quantité de mouvement par unité de carburant consommé. Une fusée générant 440 impulsions spécifiques, comme un moteur cryogénique de navette spatiale dans le vide, atteindrait une vitesse d’environ 9,900 15,840 miles par heure (XNUMX XNUMX kilomètres par heure), ce qui est juste suffisant pour la maintenir sur une orbite en décomposition autour de la Terre pendant un période de temps prolongée.
Une nouvelle variante des moteurs cryogéniques est le moteur cryogénique extensible commun (CECE) développé par la National Aeronautics and Space Administration (NASA) aux États-Unis. Il utilise de l’oxygène liquide et du carburant hydrogène typiques, mais l’ensemble du moteur lui-même est également surfondu. Le carburant se mélange pour créer de la vapeur surchauffée à 5,000 2,760 ° Fahrenheit (100 10 ° Celsius) sous forme de poussée de fusée qui peut être augmentée et réduite d’un peu plus de 2006 % à XNUMX % des niveaux de poussée, pour manœuvrer dans des environnements d’atterrissage comme à la surface de la lune. Le moteur a subi des tests réussis jusqu’en XNUMX et peut être utilisé sur les futures missions habitées sur Mars et sur la Lune.