Le moteur SABRE doit être capable de fonctionner comme un turboréacteur, un statoréacteur ou un moteur-fusée. Il reste de nombreux défis techniques à résoudre pour fonctionner. Il a notamment besoin d’un échangeur de chaleur ultra-performant, capable de refroidir en un vingtième de seconde de l’air entrant à 1000 degrés Celsius.
L’échangeur de chaleur du moteur SABRE vient d’être testé avec succès en soufflerie au Colorado. Le dispositif conçu par Reaction Engine Limited a encaissé sans problème un flux d’air chaud à Mach 5. Il l’a suffisamment refroidi pour qu’il puisse être utilisé par un moteur. C’est donc un des éléments les plus critiques du projet d’avion spatial Skylon qui vient de démontrer sa viabilité. Il reste encore beaucoup de travail avant de voir un avion SSTO atteindre l’orbite terrestre, mais l’entreprise britannique avance clairement dans la bonne voie.
Pourquoi le moteur SABRE a une forme courbée ?
— Actualités du 24 mars 2019
La forme du moteur SABRE peut étonner. Sur l’ensemble de sa longueur, il a une inclinaison totale de 14 degrés. En réalité, le réacteur n’a pas besoin d’être courbé. Cette par contre nécessaire au fonctionnement de l’avion spatial Skylon qui volera avec un petit angle d’incidence pour conserver sa portance. Dans cette configuration, il faut que les entrées d’air du moteur SABRE se situent en face du flux d’air, tandis que la propulsion en sortie doit se faire dans la direction du centre de masse de l’avion.
C’est également pour cela que les réacteurs du Lockheed SR-71 Blackbird pointent légèrement vers le bas. A grande altitude, il devait lui aussi volé avec un petit angle d’incidence. De manière générale, on peut aussi observer ces petits angles sur des avions commerciaux. La courbure du moteur SABRE paraît très grande car il doit voler à très grande vitesse et à très haute altitude.
Une fois que le réacteur sera mis au point, il y aura encore beaucoup de travail à faire pour passer du projet SABRE à l’avion spatial Skylon. L’avion est par exemple pensé pour pouvoir rentrer dans l’atmosphère sans avoir besoin de tuiles thermiques. Sa forme a pour objectif de réduire les températures sur les points chauds. La surface extérieure de Skylon doit tout de même être conçue dans un céramique spéciale. L’avion spatial Skylon aura besoin d’une piste d’au moins 5 km pour atterrir, qu’il faudra probablement construire.
L’ESA vient de valider le design préliminaire du moteur SABRE
— Actualités du 19 mars 2019 —
L’objectif de l’avion spatial Skylon est d’atteindre l’orbite d’un seul coup, sans larguer d’étage en cours de route. Ce type de plan de vol n’a encore jamais pu être mis au point. Cela permettrait pourtant de beaucoup faciliter la réutilisation totale des lanceurs orbitaux. Pour y parvenir, Skylon veut utiliser un moteur d’un genre unique appelé SABRE.
Le moteur SABRE est pensé pour utiliser l’atmosphère terrestre au décollage et pendant le début de l’ascension de l’avion spatial. Le moteur puise son oxygène directement dans l’atmosphère. Arrivé à 25 kilomètres d’altitude et à Mach 5,4, l’avion spatial Skylon bascule sur des réservoirs internes et finit son trajet comme une fusée classique.
Cela doit permettre à Skylon d’économiser quelques tonnes d’ergols et ainsi de rendre viable la stratégie SSTO (Single-Stage-To-Orbit). Cela est cependant très difficile à mettre au point. Cela fait plusieurs décennies que Reaction Engines, l’entreprise qui travaille sur SABRE et sur Skylon, essaye de développer cette technologie. La principale difficulté est qu’il faut concevoir un échangeur de chaleur très performant. Il doit être capable de refroidir l’air entrant dans le réacteur à -150 degrés en une fraction de seconde.
Mais SABRE et Skylon intéressent beaucoup de monde, y compris de gros investisseurs comme Rolls Royce et Boeing, qui ont injecté 38 millions de dollars dans Reaction Engines il y a un an. L’ agence spatiale européenne suit aussi le développement du moteur de près. L’ESA et l’agence spatiale britannique viennent de valider le design préliminaire de SABRE. Mark Ford, le directeur du bureau d’ingénierie propulsif de l’ESA, a parlé d’une étape majeure dans le développement du moteur. L’agence spatiale européenne est impliquée dans le projet depuis 2010. Elle a aidé à financer des tests de l’échangeur thermique en 2012. En validant le design du moteur, l’ESA ouvre la voie à la construction de son premier prototype.
Mais avant cela, il y a encore deux tests majeurs à effectuer. Dans un mois environ, l’échangeur thermique sera mis à rude épreuve sur un site de test aux Etats-Unis. Pour simuler les conditions rencontrées à Mach 5 dans la haute atmosphère, il devra refroidir de l’air entrant à 1000 degrés en un vingtième de seconde. Pour y parvenir, l’échangeur thermique est parcouru de milliers de petits tubes qui offrent une grande surface d’échange thermique dans une masse très convenue.
Le coeur du réacteur sera testé au Royaume-Un. C’est la partie centrale du moteur, sans l’échangeur thermique et la tuyère. Pendant une série d’essais qui doivent démarrer cette année jusqu’en 2020, il devra prouver qu’il est capable d’accélérer de 0 à Mach 5 en n’utilisant que l’air ambiant.
Si Reaction Engines réussit à mettre au point le moteur SABRE, il pourrait avoir de nombreuses applications. Dans un avion spatial, le moteur SABRE pourrait ouvrir la voie vers un véhicule orbital entièrement réutilisable et d’une seule pièce. Peut-être que cela permettra de réduire fortement le coût de l’accès à l’espace. Il pourrait aussi être utilisé comme mode de propulsion suborbital. Avoir un réacteur capable de gérer toutes les phases propulsives de 0 à Mach 5 pourrait aussi beaucoup intéresser l’aviation civile et militaire. Mais avant d’en arriver là, il y a encore beaucoup de travail. Développer le moteur SABRE n’est qu’une partie du problème pour mettre au point un avion orbital facilement réutilisable.
Image by Science Museum London / Science and Society Picture Library
Sources
