Transition de la propulsion spatiale vers une propulsion nitreuse

Le succès futur de la chaîne d'approvisionnement de l'industrie spatiale dépend de la normalisation de tous les aspects d'une mission spatiale, de la sécurité humaine au comburant utilisé avec le carburant. Cet article collectif explique comment le protoxyde d'azote est le choix optimal, avec la participation de :

Il y a quelques semaines, pour la première fois, l'US Space Force a demandé 60 millions de dollars sur les deux prochaines années pour son programme spatial tactiquement réactif.

Alors que l’espace tactiquement réactif continue de gagner du terrain en tant que priorité de financement, la technologie de propulsion devra rattraper son retard. Les satellites devront être prêts à être lancés dans un délai de 24 heures, ce qui signifie que le chargement du propulseur des satellites doit être fluide.

Le gouvernement américain devient sérieux après des années de lobbying de la part de petites sociétés de lancement de satellites, mais la réussite de l'exécution du programme de lancement total nécessitera plus qu'une ligne budgétaire : elle nécessitera le processus de propulseur de satellite le plus efficace possible, notamment :

Oui, tout comme dans Fast & Furious. Les systèmes à base d’azote constituent la catégorie de propulsion verte qui connaît la croissance la plus rapide sur le marché spatial commercial. Adaptés à tous les types de missions, du LEO à l'espace lointain, les systèmes à base d'azote sont évolutifs sur de nombreuses classes de poussée. Des organisations gouvernementales comme la Commission européenne, l'ESA, le DLR et l'Agence spatiale néo-zélandaise investissent déjà dans des projets sur l'azote.

"J'ai toujours pensé que pour que les futurs engins spatiaux soient vraiment peu coûteux, l'industrie devrait s'éloigner des propulseurs toxiques comme l'hydrazine et optimiser plutôt les biergols qui donnent la priorité à la sécurité tout en offrant de bonnes performances", a déclaré Tom Mueller, le chef directeur général d'Impulse Space. "C'est pourquoi, lorsque j'ai lancé Impulse, je savais que nous utiliserions le nitreux comme oxydant pour le développement de nos moteurs."

Une chaîne d’approvisionnement nationale résiliente : La chaîne d’approvisionnement américaine en matière de propulsion n’est pas sécurisée. Les États-Unis dépendent fortement du xénon et du krypton de haute pureté, qui sont principalement fabriqués en Russie, en Chine et en Ukraine, comme le souligne un article récent du directeur technique de Phase Four, Umair Siddiqui. Il n’y a pas non plus de production nationale d’hydrazine, le propulseur de choix par défaut des États-Unis, la majorité de la production étant réalisée en Chine.

« Pour les satellites dotés de charges utiles importantes et qui ont des besoins de propulsion importants mesurés par un grand delta-v, le xénon répond à un besoin, mais les prix sont élevés et les délais de livraison sont longs. Des coûts pouvant atteindre des millions de dollars et une disponibilité incertaine peuvent briser les budgets et les calendriers », a déclaré Eric Anderson, président d'And One Technologies. "Les coûts de l'oxyde nitreux étant mesurés en milliers de dollars par satellite, les propriétaires de missions peuvent concentrer leurs fonds et leurs efforts sur des domaines autres que le propulseur."

Soutenu par d’autres grandes industries comme l’industrie médicale, le protoxyde d’azote de qualité industrielle est en grande quantité, produit aux États-Unis et disponible pour des dollars le litre. Il existe au moins sept installations de N2O aux États-Unis, produisant entre 50 et 100 millions de livres par an, selon ChemView. Fait amusant : les installations de production d’Air Liquide à Washington, en Pennsylvanie, sont situées au 1 Nitrous Lane.

Stockage du propulseur : Le N2O est un composé chimique pur. Il ne se démixe pas, ne se décompose pas, ne sort pas de la solution et ne cristallise pas. Il ne se dégrade en aucune manière et est donc théoriquement stockable à l'infini. Les réservoirs sont transportés directement vers le site de lancement ou les installations d'intégration par les camions du fournisseur de gaz industriels. Il est stocké dans des bouteilles de gaz de qualité industrielle dans un endroit ventilé. Toute personne capable de manipuler une torche de soudage peut gérer ce type de cylindres.

"Nous avons commencé à construire des systèmes à base d'azote car il s'agit d'un propulseur de haute performance mais sûr sur lequel nous pourrions mettre la main", a déclaré Stefan Powell, PDG de Dawn Aerospace. "Il s'avère que les constructeurs de satellites commerciaux l'adorent pour les mêmes raisons."

Opérations de chargement rapides : Le chargement de propulseur d'un OTV à base d'azote qui a volé dans le cadre d'une mission Transporter a été effectué dans la baie est de l'installation de traitement des charges utiles de SpaceX dans la salle blanche de l'assemblage général. L'opérateur au sol qui a chargé chaque propulseur dans le véhicule de transfert orbital (OTV) a mis environ deux heures chacun, soit quatre heures au total. L’EPI requis tout au long du processus était des lunettes de sécurité et une protection auditive – aucune combinaison SCAPE n’était requise. La seule restriction à l’époque était que le chargement du propulseur devait avoir lieu la nuit, lorsqu’il y avait moins de monde.