PROPULSION HYPERSONIQUE

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Des applications potentielles prometteuses

Missiles et drones de reconnaissance stratégique

Pour un missile, croiser en hypersonique à très haute altitude améliore très considérablement la capacité de pénétration des défenses ennemies et permet, grâce à une vitesse moyenne sur trajectoire très élevée, de viser des cibles à très faible temps de « découvrement » (typiquement, cible visible moins de 10 minutes à 700 kilomètres). Par ailleurs, le vol hypersonique apporte d'autres avantages opérationnels, notamment une préparation de mission largement simplifiée et nécessitant moins d'information. Dans le cas des drones de reconnaissance, la vulnérabilité est fortement diminuée, et les temps de restitution de l'information acquise sont sensiblement réduits. Missiles et drones constituent les applications les plus accessibles de la propulsion aérobie hypersonique, car celle-ci concerne alors des véhicules de dimension réduite, utilisant nécessairement un combustible stockable qui limite le nombre de Mach maximal de vol (de l'ordre de 8), donc la température génératrice (à l'origine de l'effet de viciation), ce qui facilite les essais au sol. Par ailleurs, comme ces véhicules sont généralement non réutilisables (y compris, éventuellement, le drone de reconnaissance), le défi technologique se trouve très sensiblement réduit, même s'il reste considérable.

Lanceurs spatiaux réutilisables

La masse de comburant embarquée dans les lanceurs à moteurs-fusées actuels est très supérieure à la masse de combustible (par exemple, six fois plus d'oxygène que d'hydrogène). La réalisation d'une partie de l'accélération en mode aérobie (la fin de la mise en orbite, hors atmosphère, sera forcément réalisée en mode fusée) permet d'embarquer beaucoup moins de comburant et d'augmenter la masse « sèche » (hors ergols). Ainsi, la propulsion aérobie hypersonique pourrait contribuer à l'avènement de lanceurs entièrement réutilisables, dont la fiabilité serait améliorée.

Toutefois, si un lanceur à moteurs-fusées rejoint à vitesse relativement faible les couches peu denses de l'atmosphère où la traînée aérodynamique ne grève plus beaucoup la performance globale, une accélération aérobie nécessite de voler dans les couches suffisamment denses afin d'obtenir un débit d'air suffisant, ce qui augmente les pertes par traînée. De plus, le rapport poussée sur surface de captation du statomixte est faible et conduit donc à un très gros moteur aérobie dont la masse va augmenter la masse sèche. Il faut par conséquent concevoir un système aérobie de grande dimension, assurant de bonnes performances dans un très large domaine (de Mach 2 à plus de Mach 10), tout en minimisant sa masse en l'intégrant au mieux au fuselage du lanceur pour obtenir la meilleure efficacité structurale possible.

Avions de transport

La possibilité d'une croisière hypersonique à très long rayon d'action, à Mach 7 à 8, permettrait de réduire très sensiblement les temps de vol des avions long-courriers (le voyage Paris-Sydney, qui prend aujourd'hui une vingtaine d'heures, ne durerait que trois heures).

Cependant, au-delà des doutes sur le réalisme économique d'une telle application, liés à la taille limitée de la Terre (seuls quelques points de chaque continent pourraient être desservis), les difficultés techniques sont extrêmes : véhicule de grande dimension, missions se comptant en dizaines de milliers, nécessité d'une sécurité absolue, opérations au sol (embarquement et débarquement des passagers, avitaillement) très rapides malgré une structure de l'avion chaude à l'atterrissage (plusieurs centaines de degrés), respect des contraintes environnementales de bruit, bang sonique, pollution et insertion dans le trafic des avions plus classiques. Un avion de transport hypersonique grand public ne peut donc être envisagé que plusieurs décennies après les applications précédentes. Ce délai pourrait toutefois être réduit si l'on considère un avion plus petit (business jet) et un Mach de croisière réduit à 6 voire 5.

Des actions de recherche dans le monde entier

Les bases de la propulsion aérobie hypersonique ont été établies dans les années 1960 mais le développement de celle-ci a fortement ralenti dans les années 1970 avant de reprendre dans les années 1980, aux États-Unis (X-30 National Aerospace Plane, ou N.A.S.P.), en Union soviétique puis en Europe (Sänger II allemand, Hotol – Horizontal Take-off and Landing Satellite L [...]

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Principe de fonctionnement d'un statomixte

Principe de fonctionnement d'un statomixte
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X-51A Waverider

X-51A Waverider
Crédits : C. Bellay/ U.S. Air Force

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Écrit par :

  • : coordinateur du groupe de recherches et technologies Propulsion et énergie embarquée au sein d'E.A.D.S.

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François FALEMPIN, « PROPULSION HYPERSONIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 12 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/propulsion-hypersonique/