NK-33

Un NK-33, rebaptisé Aerojet AJ26, sur un banc d'essai au John C. Stennis Space Center.

Le NK-33 et sa variante le NK-43 sont des moteurs-fusée de 150 tonnes de poussée conçus et construits dans les années 1960 et début des années 1970 par la société soviétique Kouznetsov. Ils étaient destinés à propulser le lanceur lourd soviétique N-1, développé dans le cadre du programme lunaire habité soviétique. Le moteur NK-33 présente le poussée/poids le plus élevé de tous les moteurs-fusées existants tout en ayant une très bonne impulsion spécifique. Le NK-33 est sur de nombreux plans le moteur-fusée utilisant le mélange oxygène liquide/kérosène le plus performant jamais créé^[1]. Le NK-43 est un NK-33 adapté pour être installé sur un étage supérieur : sa tuyère, plus longue, est optimisée pour un fonctionnement en altitude, là où la pression de l'air ambiant est faible ou nulle. Il fournit une poussée plus importante et a une meilleure impulsion spécifique, mais il est plus long et plus lourd.

À la suite de l'abandon du programme lunaire soviétique, ce moteur, dont plus de 150 exemplaires avaient été construits, est resté sans emploi malgré ses performances remarquables. À la suite de la libéralisation de l'économie russe, plusieurs sociétés occidentales ont envisagé de l'utiliser et le constructeur Aerojet a acquis plusieurs moteurs ainsi que la licence. Il est finalement prévu qu'il soit installé sur le premier étage du lanceur de moyenne capacité Taurus II d'Orbital Sciences en cours de développement. Plusieurs moteurs NK-33 ont été testés avec succès sur banc d'essais en 2010.

Technologie

Le NK-33 et le NK-43 sont issus de précédent moteurs, NK-15 et NK-15V, respectivement.

Les moteurs sont à haute pression, refroidis par régénération du cycle de combustion étagé, et utilisent des prébrûleurs riche en oxygène pour conduire les turbopompes. Ces types de brûleurs sont très inhabituels, avec leur chaleur, l'échappement riche en oxygène a tendance à attaquer le métal. De tels moteurs riche en oxygène n'ont jamais été construits avec succès en Amérique. Les Soviétiques, cependant, ont perfectionné la métallurgie derrière cette affaire. La tuyère a été construite en métal ondulé, soudé à un revêtement extérieur et intérieur, donnant une structure simple, légère mais solide. En outre, comme le NK-33 utilise les ergols LOX et kérosène, qui ont des densités similaires, un arbre rotatif unique pourrait être utilisé pour les deux turbopompes, les moteurs qui en résultent sont extrêmement légers, avec le rapport poussée/poids au vide le plus élevé de n'importe quel moteur comparable - 136.66:1^[2]. Compte tenu de sa tuyère plus longue, plus lourde, le rapport NK-43 sous vide est légèrement plus lourd avec un rapport poussée/poids d'environ-120:1^[3].

Les technologies riches en oxygène se retrouvent dans les moteurs RD-170/-171, et leurs dérivés RD-180 et RD-191, récemment développés. Ces moteurs utilisent encore la topologie chambre de combustion et tuyères multiples comme les moteurs RD-107/108 de la fusée Soyouz, les empêchant ainsi d'atteindre le haut rapport poussée/poids des NK-33 et NK-43.

Histoire

Maquette du NK-33-1 (NK-33 avec une extension de tuyère).

Un moteur-fusée Aerojet AJ26 livré au John C. Stennis Space Center.

L'administrateur de la NASA Charlie Bolden (à gauche) et le directeur du Stennis Space Center Patrick Scheuermann regardant un tir d'essai du premier moteur de vol Aerojet AJ2.

Le lanceur N-1 utilisait à l'origine des moteurs NK-15 pour son premier étage, et des moteurs modifiés, optimisés pour les hautes altitudes, les NK-15V dans son deuxième étage. Après quatre échecs consécutifs de lancement et aucun succès, le projet a été arrêté. Bien d'autres aspects de la fusée ont été modifiés ou redessinés, Kuznetsov a amélioré ses contributions dans les NK-33 et NK-43, respectivement. Le lanceur de seconde génération fut appelé N-1F. En ce point, la course à la Lune était perdue depuis longtemps, et le programme spatial soviétique développait son lanceur lourd Energia. N-1F n'a jamais été lancée.

Lorsque le programme N-1 a été arrêté, on a ordonné la destruction de tous les travaux sur le projet. Un bureaucrate a plutôt pris les moteurs, des millions de dollars chacun, et les a entreposés dans un entrepôt. On finit par entendre parler des moteurs en Amérique. Près de trente ans après leur construction, les ingénieurs de fusées mécréants ont été amenés à l'entrepôt. Plus tard, l'un des moteurs a été emmené en Amérique, et ses spécifications précises ont été démontrées sur un banc d'essai.

La question de savoir quoi faire avec le reste NK-33 se prose fréquemment. Leur conception avancée signifie qu'ils sont toujours compétitifs aujourd'hui.

Environ 150 moteurs ont survécu à l'ordre de destruction, et dans le milieu des années 1990, la Russie a vendu 36 moteurs à Aerojet General pour 1,1 million de dollars chacun. Cette société a également acquis une licence pour la production de nouveaux moteurs. Aerojet a renommé les NK-33 et NK-43 en AJ26-58 et AJ26-59, respectivement.

Kistler Aerospace, maintenant appelé Rocketplane Kistler (RpK), a conçu sa fusée K-1 autour de trois NK-33 et un NK-43. Le 18 août 2006, la NASA a annoncé que RpK avait été choisie pour développer son lanceur dans le cadre du Commercial Orbital Transportation Services pour la Station spatiale internationale. Le plan prévoyait des vols de démonstration entre 2008 et 2010. RpK aurait reçu jusqu'à 207 millions de dollars si elle avait rencontrée toutes les étapes de la NASA^[4],[5],[6], mais le 7 septembre 2007, la NASA a publié une lettre d'avertissement par défaut qu'elle mettrait fin à l'accord COTS avec Rocketplane Kistler dans 30 jours parce RpK n'a pas réuni plusieurs jalons du contrat^[7].

Des propositions existent pour rénover le lanceur Soyouz avec le NK-33. Soit un moteur NK-33 remplacerait le RD-108 central du Soyouz, soit cinq NK-33 remplaceraient le RD-108 et les quatre RD-107S des boosters. Le poids inférieur et une plus grande efficacité augmenteraient la capacité de charge utile, et la conception plus simple pourrait réduire les coûts.

Utilisations futures

Orbital Sciences est en train d'élaborer un lanceur Taurus II, de légère et moyenne capacité, devant avoir deux NK-33 (ou AJ26-58) sur son premier étage, un deuxième étage à propergol solide et un étage orbital hypergolique. Les NK-33 ont été testés avec succès en 2010^[8],[9],[8].

RKK Energia propose un lanceur Aurora-L.SK qui utilise un NK-33 pour propulser son premier étage et un Block DM-SL pour deuxième étage^[10].

TsSKB-Progress prévoit également d'utiliser le NK-33 comme le principal moteur de la version légère de la famille de fusée Soyouz en cours de développement, appelée Soyouz-1^[11].

Références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « NK-33 » (voir la liste des auteurs)

Liens externes

• NK-33's specifications
• NK-33 specifications & key components design (in Russian)

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