Dans un moteur de voiture à essence typique, les cylindres produisent de l’énergie. Chacun de ces cylindres est constitué d’un arbre doté d’un piston bien ajusté qui descend pour aspirer l’air et l’essence. Lorsque la soupape d'admission se ferme, le piston remonte, comprimant le mélange et augmentant sa température (et donc son efficacité). Lorsque la bougie émet des étincelles, l'essence est enflammée et la chaleur et l'énergie libérées dans l'explosion qui s'ensuit repoussent le piston.
À l'autre extrémité du piston (en face de la soupape d'admission et de la bougie d'allumage) se trouve une bielle fixée au vilebrequin. Ainsi, lorsque le piston est abaissé, il pousse la tige, ce qui déplace le vilebrequin en rotation. Ce processus fonctionne si bien qu'il a été reproduit des centaines de millions de fois, de la tronçonneuse au Ford F-150.
Cependant, cette méthode de production d’énergie repose sur l’oxygène présent dans l’atmosphère pour se combiner au carbone contenu dans l’essence. Dans l’espace, bien sûr, si personne ne vous entend crier, c’est parce qu’il n’ya ni air (ni oxygène). Entrez les roquettes.
Une fusée ne repose pas sur un vilebrequin, mais plutôt sur l’expulsion de quelque chose, qu’il s’agisse de gaz, de liquide, d’énergie solide ou simplement rayonnante, à travers une petite ouverture (buse). Par conséquent, contrairement aux camions qui n’ont pas besoin de transporter leur oxydant car ils peuvent puiser de l’air dans leur environnement, les navires équipés de moteurs-fusées doivent emporter tout leur carburant.
Bien sûr, il ne serait pas pratique (voire impossible) de transporter suffisamment d’oxygène gazeux dans l’espace pour obtenir un vol significatif. Pour contourner ce problème, des alternatives ont été développées, principalement sous forme de propulseurs solides et liquides.
Les propergols solides sont de deux types principaux: homogènes et composites. Avec les deux, le combustible et l'oxydant sont stockés ensemble et de l'énergie est produite lorsque les deux sont allumés.
Les propergols solides homogènes sont uniques en ce que l'oxydant et le carburant existent ensemble sous la forme d'un composé unique et instable, soit simplement sous la forme de nitrocellulose, soit conjointement avec la nitroglycérine.
D'autre part, avec les propergols solides composites, le carburant et l'oxydant sont des matériaux distincts qui ont été combinés en un mélange pulvérulent ou cristallisé, qui est généralement composé de nitrate ou de chlorate d'ammonium ou de chlorate de potassium (en tant qu'oxydant), et type de combustible hydrocarboné solide (semblable à l'asphalte ou au plastique).
Les propergols solides sont utilisés depuis longtemps avec les lanceurs, y compris les propulseurs de lancement de la navette spatiale, qui ont produit chacun 3,3 millions de livres de poussée.
Avec les propergols liquides, il en existe trois types principaux: à base de pétrole, cryogénique et hypergolique. Ces trois méthodes de propulsion stockent leurs oxydants et leurs carburants séparément jusqu'à ce que la poussée soit nécessaire. Lorsque des roquettes alimentées par un propulseur liquide sont mises à feu, un peu de chacune d’elles (carburant et oxydant) est introduite dans une chambre de combustion où elles se combinent pour finalement exploser, produisant l’énergie nécessaire.
Les propulseurs liquides à base de pétrole, comme leur nom l'indique, mélangent un produit pétrolier (comme le kérosène) avec de l'oxygène liquide, ce qui en fait un concentré hautement efficace. En tant que telle, cette méthode a été largement utilisée pour de nombreuses fusées, y compris les premières phases de Saturne I, IB et V, ainsi que de Soyouz.
Un autre propulseur liquide utilise des gaz liquéfiés cryogéniques (très basse température); une méthode commune consiste à mélanger de l'hydrogène liquéfié (le carburant) à de l'oxygène liquéfié (l'oxydant). Très efficaces, mais difficiles à stocker longtemps en raison de la nécessité de les maintenir au froid (l'hydrogène reste liquide à -423F et l'oxygène à -297F), les propulseurs cryogéniques n'ont été utilisés que dans des applications limitées, bien qu'ils incluent les moteurs principaux de la navette spatiale et certaines étapes du Delta IV et certaines des fusées Saturne.
Avec les propulseurs à base de pétrole et cryogéniques, un certain type d’allumage est requis, que ce soit par des moyens pyrotechniques, chimiques ou électriques; cependant, avec le troisième type de propergol liquide, hypergolique, aucune inflammation n'est nécessaire.
Les carburants hypergoliques courants comprennent différentes formes d'hydrazine (y compris la diméthylhydrazine et la monométhylhydrazine asymétriques), tandis que le tétroxyde d'azote est souvent utilisé comme oxydant.
Même à température ambiante, les propergols hypergoliques sont faciles à stocker, ce qui, avec leur combustibilité spontanée, les rend hautement souhaitables pour de nombreuses applications, telles que les systèmes de manœuvre. Par conséquent, même si les matériaux en question sont très toxiques et corrosifs, des carburants hyperboliques ont été fréquemment utilisés, notamment dans le système de manœuvre orbitale de la navette spatiale et, en rapport avec la question à l’examen, le module lunaire Apollo (LM).
Quatre sous-traitants ont travaillé sous la responsabilité du contractant principal, Grumman Corporation, pour construire le LM, la société Bell Aerosystems ayant été sélectionnée pour le développement de sa propulsion ascendante.Les travaux ont débuté en janvier 1963, mais les ingénieurs étaient encore en train de bricoler le moteur d’ascension jusqu’en septembre 1968, lorsque le premier injecteur de propulseur de Bell avait été remplacé par celui conçu par Rocketdyne, le sous-traitant qui avait également construit le moteur de descente.
Entraînés par un moteur à poussée fixe sans cardan et alimentés par un oxydant carburant Aerozine 50 et du tétroxyde d'azote, les matériaux hypergoliques qui fournissaient la poussée nécessaire pour obtenir le LM de la surface de la Lune étaient si corrosifs qu'ils brûlaient à travers le moteur. ont été licenciés (nécessitant la reconstruction du moteur). En conséquence, aucun des moteurs de montée d'aucun des LM n'a été testé ni mis à feu avant de soulever les astronautes d'Apollo de la Lune.
