Les 5 “Best of” de la technologie spatiale russe

Par millions, nous sommes impressionnés par les missions des sondes spatiales vers Mars, Vénus ou les planètes lointaines… Bien peu en revanche, sont ceux qui s'intéressent aux moteurs. C'est un peu injuste: car, pas de moteur, pas de lanceur spatial, et donc pas de mission!… En ce domaine les Russes excellent, fruit d'une longue histoire, avec des essais effectués dès les années 1930. 

1) Le moteur fusée RD-107-108: le plus fabriqué au monde!

Ce moteur dont le nom ne vous dira sans doute rien, est beaucoup plus connu si l'on évoque le nom de l'illustrissime lanceur qu'il propulse: Soyouz.
Ce n'est ni le plus puissant, ni le plus performant, des moteurs fusées: mais c'est de très loin le plus produit au monde et depuis le plus longtemps: pas moins de…. 9.325 moteurs de ce type ont fonctionné à bord de 1865 Soyouz lancés (au 1er Novembre 2016) depuis 1957! autant dire que ce record absolu de quantité et de longévité n'est pas près d'être battu.
Fabriqué par le NPO Energomash, sa série de fabrication, la plus longue au monde, autorise un coût de production unitaire (qui reste confidentiel…) absolument imbattable. Paradoxalement, il est né d'une limitation des technologies à l'époque ou il a été conçu par le constructeur en chef Valentin Pavlovitch Glouchko (1908-1989) au milieu des années 50. L'objectif recherché pour propulser le lanceur R-7, futur Soyouz, était d'avoir un faisceau de 5 propulseurs équipés chacun d'un moteur de 100 tonnes environ de poussée unitaire au décollage. Problème, concevoir une tuyère de cette taille avec la technologie de l'époque posait des problèmes très ardus, et il semblait impossible d'y parvenir dans un délai raisonnable. VP Glouchko contourna cette difficulté avec élégance, en imaginant un moteur équipé de quatre tuyères au lieu d'une seule. Ce qui aboutit à concevoir des tuyères plus petites, plus courtes, donc moins limite du point due vue résistance des matériaux. Plusieurs projets ont depuis proposé le remplacement des RD-107-108 du Soyouz par des moteurs de conception plus récente. Mais ce sont toujours les bons vieux RD-107-108 qui continuent à arracher le Soyouz de la pesanteur et leur carrière incomparable, sur 4 cosmodromes et 3 continents différents ne semble toujours pas devoir s'arrêter!

2) Le moteur fusée RD-180 équipant la fusée américaine Atlas-5, l'un des membres d'une famille nombreuse, et "fils" du moteur le plus puissant du monde

Etrange retournement historique, impensable jadis, qui fait que le lanceur américain Atlas V, descendant lointain du missile intercontinental balistique (ICBM) Atlas, destiné à larguer des bombes nucléaires sur la Russie, est désormais propulsé par un moteur… russe! Moins cher que de développer un moteur fusée pour le premier étage d'Atlas V, le RD-180, performant et disponible "sur étagère", fût adopté par les américains: une première dans l'histoire du spatial. Mais le RD-180, devenu célèbre par ricochet comme propulseur d'Atlas V est membre d'une famille nombreuse, coup de génie du même motoriste Energomash.

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Tout à commencé avec le RD-170-171 qui équipa en son temps la fusée géante "Energia" et "Energia-Bourane" (navette spatiale soviétique). Le RD-170-171 c'est comme le RD-107-108
Dont nous venons de parler, mais en beaucoup plus gros: 740 tonnes de poussée, et plus de 800 tonnes dans le vide. Le RD-170 est le moteur à ergols liquides le plus puissant du monde, devant le moteur Rocketdyne F1 qui propulsa la fusée Saturn V américaine vers la Lune. Primitivement il devait propulser chaque booster d'Energia. Dans le même temps, dans une version très légèrement modifiée, il propulse également le 1er étage du lanceur russo-ukrainien "Zénith" à partir de 1985. Le RD-170, tout comme le moteur du Soyouz est un moteur à 4 chambres à kérosène-oxygène liquide. Mais il va donner lieu à une famille nombreuse:

— Le RD-180 donc, à deux tuyères; schématiquement, la moitié d'un RD-170 à 4 tuyères;
— Le RD-191,, et 191M, à une seule tuyère, qui va équiper le nouvelle famille de lanceurs "Angara". Angara 1 et Angara 5 ont été lancés chacun avec succès, d'une plate-forme universelle destinée à accueillir les différents modèles de cette famille située sur le cosmodrome de Plessetsk. Mais également, dans une version moins puissante, "dégonflée" comme diraient les motoristes automobiles, le RD-191 propulse le 1er étage du lanceur sud-coréen "KSLV" première fusée Sud-coréenne, lancée avec succès en 2013. 60% des composants du RD-191 provienne du RD-170.

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3) Le moteur RD-0120 de la fusée géante "Energia"

Ce moteur brûlant de l'oxygène et de l'hydrogène liquide de 148 tonnes de poussée construit par la firme CADB ("bureau des automatismes chimiques") de Voronej servait à propulser le corps principal de la fusée "Energia". Après l'abandon du programme, le RD-0120 ne devait plus voler… pourtant, sa carrière n'était pas vraiment finie: il servit… aux européens, en plein développement de leur moteur principal H² O² de 130 tonnes de poussée, le Vulcain, qui équipe l'étage principal d'Ariane V. Il s'agissait d'un programme d'échange de données entre les russes et la Snecma: des tests étaient effectués, et russes et français échangeaient ensuite les données (paramètres de pression, combustion, températures…) obtenues afin de s'assurer de leur conformité. La comparaison de données issues du comportement du RD-0120 a permis au européens de gagner un temps précieux dans la mise au point de leur premier gros moteur utilisant le couple H²O². En cela, il constitue une autre contribution des russes au programme Ariane, après la fourniture de carburant UDMH pour les 15 premiers vols. Ne l'oublions pas!…

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4) Le moteur nucléaire RD-0410, seul concept permettant de mettre la planète Mars à portée d'un vol habité.

Nous entrons ici dans le domaine très spécial de technologies qui ont été testées en laboratoire, mais qui sont, hélas, en sommeil pour le moment. C'est fort dommage, car les ergols chimiques aujourd'hui utilisés ont montré toutes leur limites. Les Etats Unis et l'Union Soviétique ont chacun testé un moteur nucléaire: dès les années 60 avec Nerva pour les américains, dans le cadre de leur programme lunaire. Un peu plus tard dans les années 80 avec le soviétiques. Ce fut le RD-0410 du constructeur CADB Voronej. Le moteur nucléaire permet de surpasser largement les meilleurs moteurs chimiques. Lors d'un voyage interplanétaire, le schéma actuel est une phase propulsée de quelques minutes seulement, suivie d'un voyage moteur éteint durant des mois, voire des années, en utilisant uniquement la vitesse finale acquise en fin de combustion et éventuellement les forces gravitationnelles (le fameux "effet de fronde" utilisant la force de gravité d'éventuelles autres planètes rencontrées). Le moteur nucléaire, utilisant de l'hydrogène chauffé par un réacteur, permet avec moins de volumes d'ergols, de rallumer le moteur, donc accélérer à une vitesse supérieure, puis de manœuvrer bien davantage qu'une propulsion chimique classique.

5) Le RD-701 et le projet de Navette "MAKS" du NPO Molnya: la vraie rupture technologique pour le spatial?

Ce projet fort intéressant fût hélas abandonné, comme le projet précédent, avec la fin de l'URSS. Il apparaît comme l'une des voies qui aurait pu permettre de briser la limite actuelle qui sont celles des fusées classiques: coût du kilogramme en orbite, performances générales. Rappelons que, les navettes américaines ont été un échec dans ce domaine: au lieu d'être 10 fois moins chères, elles furent… 10 fois plus chères, (au moins) et plus dangereuses que les lanceurs classiques. Le projet MAKS consistait en une mini navette embarquée décollant du sol sur le dos d'un avion Antonov 225 modifié. Une fois l'altitude de croisière atteinte, vers 11.000 mètres, l'engin devait être largué, puis allumer son moteur RD-701, doté de 2 tuyères, pour gagner l'orbite basse. La particularité unique de ce moteur fusée étant d'être Tri-ergols: dans une première phase, le moteur aurait brûlé un mélange de kérosène, d'hydrogène et d'oxygène, avant de passer à un mode plus classique H² O² seulement. Ceci devait aboutir à une consommation d'ergols optimisée, donc moins de masse embarquée. La masse étant l'ennemi juré de l'aéronautique et de l'espace… Au final, MAKS est peut être le moyen de diviser enfin par 10 le coût du kilogramme en orbite, sans lequel aucune croissance présente ou future du transport spatial n'est envisageable. Nous n'en saurons hélas pas plus pour l'instant, l'engin n'ayant jamais volé. Mais les éléments ont été fabriqués, l'Antonov 225 existe, le RD-701 a été fabriqué et testé, alors, sait-on jamais?…

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