Le projet de fusée Soyouz-5

montmein69 a écrit:
Merci d'avoir relevé mon erreur dans mon calcul (le facteur 2 s'était fait la malle  )

Il n'y a pas de quoi  :) 

Sinon effectivement les discussions risquent de devenir trop techniques pour le sujet en cours  qui concerne plus des aspects de politique spatiale  commerciale .

Il nous faudrait analyser plus en détail : METHANE DUAL EXPANDER AEROSPIKE NOZZLE ROCKET ENGINE où l'on doit trouver trouver tout ce côté technique ... et cela demande du temps.

J'ai relu le communiqué transmis par Patchfree (en haut de cette page) annonçant les études sur la Soyuz-5, et un passage qui ne m'avait pas attiré l'oeil, m'a fait tilter.
Mais comme la traduction automatique peut réserver des surprises .... je transmet mon interrogation :

"This is a very interesting machine working on the components of liquefied natural gas. 16-ton vehicle, but without the side blocks ─ 8-ton", ─ Kirilin said,

Ces "side-bloks" sont-ils les 4 boosters qu'on trouve sur les Soyouz normales (baptisés 1er étage chez les russes) ? Ou bien s'orienterait-on vers un design consistant à accoler des cores identiques (comme pour l'Angara) ??????

Auquel cas ... la version lègère de la Soyouz-5 n'en aurait pas (et ce serait le design d'une 2-1v ?????) et aurait une capacité de payload de 8 t
Et la version qui en serait équipée (que ce soit en design classique de la Soyouz avec 4 boosters, ou en version multi-cores) serait seule  à avoir la capacité de lancer le PTS NG ? (capacité de payload de 16 t) ?

Par ailleurs des moteurs NK 33 peuvent-ils être "adaptés" pour brûler du méthane ? Ou faut-il développer des moteurs spécifiques à cet ergol ?

On peut consulter de nouveau le site d’Anatoly Zak  déjà cité par Patchfree :
 
Plusieurs moteurs-fusées existants ont été déjà testés en version méthane.
Pour le premier étage les moteurs seraient des RD-0164 et pour l’étage supérieur à un RD-0142
 

three variations of the Soyuz-5 rocket. Each module of the first stage would be equipped with a single RD-0164 engine burning liquid methane. An upper stage would feature RD-0124 engine modified for methane fuel and developing a thrust of 30 tons.
 

La forme adoptée s’écarterait de la forme traditionnelle des Soyouz pour adopter pour les versions lourdes des formes multicores cylindriques.
 


                                                                      

Oh...

Un "Rebirth" de la Rus-M 

Est-ce que ce design commence à être assez finalisé ou alors en sont-ils encore aux études préliminaires?

J'avais cru comprendre (peut-être extrapolais-je) que cette Soyouz 5 conserverait la ligne traditionnelle de la famille mais additionnée d'une nouvelle motorisation simplement.

Le changement de carburant a-t-il pu avoir une influence sur la configuration? Je pense à des problèmes de volume de carburant utile.

javi.solidsnake a écrit:Oh...

Un "Rebirth" de la Rus-M 

Est-ce que ce design commence à être assez finalisé ou alors en sont-ils encore aux études préliminaires?

J'avais cru comprendre (peut-être extrapolais-je) que cette Soyouz 5 conserverait la ligne traditionnelle de la famille mais additionnée d'une nouvelle motorisation simplement.

Le changement de carburant a-t-il pu avoir une influence sur la configuration? Je pense à des problèmes de volume de carburant utile.

J'ai consulté sur Wiki pour les masses volumiques du kérosène , du méthane liquide et accessoirement celui de LH2.
On trouve respectivement en g.cm^-3 : 0,8 ; 0,67 et 0,07

Effectivement- à masses égales-, le volume d'un réservoir à méthane est donc d'un peu plus de 10 % supérieur à celui d'un -équivalent-  pour le kérosène : est-ce suffisant pour adopter une nouvelle géométrie pour les réservoirs? Amha d'autres considérations en plus  ont  du être prise en compte ? Lesquelles ??
 
Sinon la très faible masse volumique pour LH2  rappelle que les volumes des réservoirs pour le contenir-toujours à masse égale - est environ 10 fois supérieure   aussi bien par rapport au méthane liquide que pour le kérosène  et réduit l'avantage que l'on peut tirer de son ISP supérieure aux autres ergols, surtout pour les premiers étages.

javi.solidsnake a écrit:
J'avais cru comprendre (peut-être extrapolais-je) que cette Soyouz 5 conserverait la ligne traditionnelle de la famille mais additionnée d'une nouvelle motorisation simplement.

C'est aussi ce que j'avais cru ... à tort visiblement.
La maquette a été présentée au Bourget. La photo de la maquette est dans le n° 17 d'Espace et Exploration (p 29) que j'ai reçu en début de semaine .... mais je n'avais pas encore lu cet article.

Ce qui m'a aussi induit dans l'erreur c'est que l'accent était porté sur la ré-utilisation des pads construits pour les Soyouz 2-1a et 2-1b. D'ailleurs cela ne me parait pas évident que cela puisse se faire avec ce lanceur tri-cores ????

Le changement de carburant a-t-il pu avoir une influence sur la configuration? Je pense à des problèmes de volume de carburant utile.

Je ne sais pas répondre. Mais je crois que l'intérêt c'est d'avoir 3 cores identiques comme premier étage. Donc simplification et réduction des coûts de fabrication.
C'est un concept qui se développe (la Delta IV Heavy, la Falcon Heavy, les Angara 3 et 5 etc ...) et cela avec des ergols différents. On note aussi que c'est la proposition pour l'Ariane 6 avec ses 3 cores à poudre.

Les pads seront réutilisés. Mais évidemment des modifications de la ferraille alentour (structures métalliques) auront lieu.

Une chose est de modifier les structures métalliques (et autres) une autre est de créer un nouveau pad complet. L'économie est monstrueuse. Bien évidemment quand même il y a des adaptations à faire.

Je rappelle tout de même que cela reste un projet à moyen terme: rien à voir avec la Soyouz 2.1v qui va voler dans quelques semaines ou mois, ni avec l'Angara qui volera en 2014 depuis Plesetsk, ou même avec l'Amour (dérivé de l'Angara pour Vostochny). Il s'agit là de projets en réalisation. L'Amour reste mêm encore incertain. Le reste des projets, si intéressants qu'ils soient, sont à l'état de proposition globale sans études poussées et sans financement.

Avec ce projet développé sur fonds propres par TsSKB, qui avait perdu le contrat du Rus-M (abandonné par Roscosmos en 2011) on comprend qu'avec un lanceur clasiqque kerolox ... cela n'aurait  aucune chance d'aboutir puisque le choix final a favorisé la famille Angara..
Donc pas de retour du Rus-M .... mais utilisation des études menées pour proposer un concept innovant.

En misant sur la propulsion méthane/lox ..... c'est une nouvelle technologie qui peut-être précurseur d'une nouvelle filière de moteurs et de lanceurs.
On verra bien si le spatial russe reste dans le traditionnel .... bien maitrisé (kerolox) ... ou si il mise un ticket sur une nouveauté qui peut avoir de l'avenir.
La mise au rencart du projet Kliper (qui avait fait pas mal discuter sur le FCS) pour conserver une capsule PTS NG/PTK NP montre que le classicisme a généralement le dernier mot.

A ce propos quand on parle de gaz naturel liquéfié comme ergol, je suppose que c'est pour insister sur "l'origine" du carburant mais que finalement ce serait bien du méthane (donc process de purification du gaz naturel) ????

montmein69 a écrit:

A ce propos quand on parle de gaz naturel liquéfié comme ergol, je suppose que c'est pour insister sur "l'origine" du carburant mais que finalement ce serait bien du méthane (donc process de purification du gaz naturel) ????

Là je suis incompétent. J'ai juste lu très souvent "méthane" donc je pense que c'est vraiment du méthane à partir du gaz naturel. Je pense que derrière tout ça il y a aussi une vision de l'avenir avec un pétrole se renchérissant et les réserves importantes de gaz russe qui permettraient d'avoir un carburant significativement moins cher et en tout cas disponible en Russie.

patchfree a écrit:

montmein69 a écrit:

A ce propos quand on parle de gaz naturel liquéfié comme ergol, je suppose que c'est pour insister sur "l'origine" du carburant mais que finalement ce serait bien du méthane (donc process de purification du gaz naturel) ????

Là je suis incompétent. J'ai juste lu très souvent "méthane" donc je pense que c'est vraiment du méthane à partir du gaz naturel. Je pense que derrière tout ça il y a aussi une vision de l'avenir avec un pétrole se renchérissant et les réserves importantes de gaz russe qui permettraient d'avoir un carburant significativement moins cher et en tout cas disponible en Russie.

D’après cet extrait du site  d’ Anatoly Zak le carburant, qui serait utilisé, est bien du GNL  et non du méthane absolument pur.




Mais la différence entre les deux est infime car le composant principal du gaz naturel est le méthane  et le procédé de liquéfaction conduit à sa purification.
En effet, il faut d’abord avant refroidissement retirer le dioxyde de carbone qui en se solidifiant à basse température endommagerait les tuyauteries en les obstruant ; puis lors de ce refroidissement, on récupère  du GPL   et aussi un peu d’hélium  que l’on récupère aussi vu sa grande valeur marchande. (le gaz naturel est un mélange qui contient principalement du méthane, mais aussi- entre autres -du dioxyde de carbone, du propane  et à très faible teneur de l’hélium)
On peut consulter Wiki :Gaz Naturel Liquéfié

Spoiler:

Il me semble aussi qu'un gaz "naturel" peut avoir une composition qui varie légérement lors de son extraction.
Pour optimiser le fonctionnement d'engins aussi pointus que des moteurs de lanceur .... une composition précise et toujours reproduite me parait indispensable.

Comme le signale Giwa, la liquéfaction permet de déjà éliminer des composants "parasites" pour se rapprocher du méthane pur. Et AMHA .... on rajoutera quelques "étapes" dans le processus (si nécessaire) pour avoir du méthane bien purifié.
Citer le GNL ... c'est un argument politico-économique à n'en pas douter.

PS : pour le kérosène aussi .... il faut une composition chimique bien précise. D'ailleurs à Kourou, les russes livrent le kérosène (qu'ils fabriquent eux-mêmes) pour les Soyouz ST.

montmein69 a écrit:Il me semble aussi qu'un gaz "naturel" peut avoir une composition qui varie légérement lors de son extraction.
Pour optimiser le fonctionnement d'engins aussi pointus que des moteurs de lanceur .... une composition précise et toujours reproduite me parait indispensable.

Comme le signale Giwa, la liquéfaction permet de déjà éliminer des composants "parasites" pour se rapprocher du méthane pur. Et AMHA .... on rajoutera quelques "étapes" dans le processus (si nécessaire) pour avoir du méthane bien purifié.
Citer le GNL ... c'est un argument politico-économique à n'en pas douter.

PS : pour le kérosène aussi .... il faut une composition chimique bien précise. D'ailleurs à Kourou, les russes livrent le kérosène (qu'ils fabriquent eux-mêmes) pour les Soyouz ST.

Effectivement !

A ce sujet un document intéressant du CEE
( Center for Energy Economics) … mais "curieusement " aucune indication concernant les sites russe. ;) 
...Tiens du côté de Vostochny,  il y a les gisements du Kamchatka

Ce que l’on peut constater c’est que  le GNL contient plus de Méthane que le GN (gaz naturel), jusqu’à plus de 99% pour les gisements de l’Alaska.
Mais au-delà de 99% il n’y a pas intérêt à purifier plus sauf à gaspiller et perdre des dollars ou des roubles (cela serait de l’acharnement "purificatoire" … car nous n’avons pas affaire à un produit pharmaceutique) - du moment que les produits  gênants comme les composants soufrés  ont été éliminés  - car l’éthane C₂H₆ et le propane C₃ H₈ sont des hydrocarbures proches du méthane CH₄ (même famille chimique, celle des alcanes) en ce qui concernent leur combustion avec O₂

Giwa a écrit:
Mais au-delà de 99% il n’y a pas intérêt à purifier plus sauf à gaspiller et perdre des dollars ou des roubles (cela serait de l’acharnement "purificatoire" … car nous n’avons pas affaire à un produit pharmaceutique) - du moment que les produits  gênants comme les composants soufrés  ont été éliminés  - car l’éthane C₂H₆ et le propane C₃ H₈ sont des hydrocarbures proches du méthane CH₄ (même famille chimique, celle des alcanes) en ce qui concernent leur combustion avec O₂

Il faudrait le point de vue de motoristes pour répondre.
Si on n'a aucun risque lié à l'effet de ces 1% d'autres composés sur les réservoirs, les canalisations, les turbo-pompes (par exemple fragilisation du métal) on pourra faire "l'économie d'un acharnement purificatoire". Même problématique pour ce qui est de contrôler le plus finement possible la combustion (donc la poussée).
De toute façon, un tir de lanceur ce sont au maximum quelques dizaines de tonnes d'ergols .... . Et le surcoût d'une purification poussée (si elle s'avère nécessaire of course) ne pèsera pas lourd .... si elle garantit un vol optimal.

montmein69 a écrit:

Giwa a écrit:
Mais au-delà de 99% il n’y a pas intérêt à purifier plus sauf à gaspiller et perdre des dollars ou des roubles (cela serait de l’acharnement "purificatoire" … car nous n’avons pas affaire à un produit pharmaceutique) - du moment que les produits  gênants comme les composants soufrés  ont été éliminés  - car l’éthane C₂H₆ et le propane C₃ H₈ sont des hydrocarbures proches du méthane CH₄ (même famille chimique, celle des alcanes) en ce qui concernent leur combustion avec O₂

Il faudrait le point de vue de motoristes pour répondre.
Si on n'a aucun risque lié à l'effet de ces 1% d'autres composés sur les réservoirs, les canalisations, les turbo-pompes (par exemple fragilisation du métal) on pourra faire "l'économie d'un acharnement purificatoire". Même problématique pour ce qui est de contrôler le plus finement possible la combustion (donc la poussée).
De toute façon,  un tir de lanceur ce sont au maximum quelques dizaines de tonnes d'ergols .... . Et le surcoût d'une purification poussée (si elle s'avère nécessaire of course) ne pèsera pas lourd .... si elle garantit un vol optimal.

Ce qui compte ce n'est pas d'obtenir du méthane à 100%  ce qui est d'ailleurs irréalisable car il y a aura toujours quelques ppm d'autres produits, mais que l'ergol soit stable en composition pour donner toujours les mêmes caractéristiques pour la combustion.


 De plus comme déjà dit l'éthane et le propane sont proches pour leurs propriétés chimiques du méthane et pour des teneurs de l'ordre de 1% les propriétés de ce GNL seront très proches de celle du méthane pur liquide .
 
Quoi qu'il en soit c'est bien du GNL - même si son composant principal sera du méthane - qui est envisagé pour le Soyouz - 5, mais bien sûr produit à partir d'un gisement particulier du côté de la Sibérie ou du Kamtchatka ... et probablement pas à partir de ceux de l'Alaska malgré leur grande pureté en méthane à près de 99,9 %  ;) 

PS  : en chimie cela coûte  souvent bien plus cher de passer 99% à 99,9 % que de 98 % à 99 %   et même si le prix de l'ergol n'est pas le facteur principal du coût d'un lancement , on comprend pourquoi les russes s'en tiennent au GNL et non au propane pur dont l'ISP serait très proche.

Giwa a écrit:
Ce qui compte ce n'est pas d'obtenir du méthane à 100%  ce qui est d'ailleurs irréalisable car il y a aura toujours quelques ppm d'autres produits, mais que l'ergol soit stable en composition pour donner toujours les mêmes caractéristiques pour la combustion.

On est bien d'accord puisque je disais (cf la citation)

Montmein69 a écrit:Si on n'a aucun risque lié à l'effet de ces 1% d'autres composés sur les réservoirs, les canalisations, les turbo-pompes (par exemple fragilisation du métal) on pourra faire "l'économie d'un acharnement purificatoire". Même problématique pour ce qui est de contrôler le plus finement possible la combustion (donc la poussée).

La simple différences, c'est que tu es sûr que ce GNL à 99 % remplit parfaitement ces critères ... et que moi je n'en sais rien. Je n'ai vu aucun article spécialisé d'origine russe là-dessus.

Giwa a écrit:
PS  : en chimie cela coûte  souvent bien plus cher de passer 99% à 99,9 % que de 98 % à 99 %  

Oui .... bien sûr, tu prêches un convaincu  . Mais si dans les 1% il y a un composé vraiment très embêtant pour l'usage qu'on veut en faire ... alors il faudrait s'y résoudre.
Je veux bien te croire qu'il n'y aurait que de faibles quantités d'autres alcanes (et rien d'autre) et que leur présence n'aurait aucune incidence sur le fonctionnement des moteurs. En avoir confirmation permettrait de lever mes doutes :suspect:

L’utilisation du GNL ne date pas d’hier et il y a bien longtemps que l’on connait ses propriétés en fonction des variations de sa teneur en alcanes de masses moléculaires supérieures à celui du méthane ( éthane, propane, butane, etc)

Pas besoin d’aller rechercher notre documentation en  Russie : on peut se "contenter "du site américain du CEE  (Center for Energy Economics)
http://www.beg.utexas.edu/energyecon/lng/LNG_introduction_10.php


On y apprend que voilà belle lurette que l’on manipule les GN,  GNL , GPL, etc

Spoiler:

Pas besoin de se lancer dans des études de recherches appliquées pour en savoir plus… sauf sur un point le comportement des GNL  dans la chambre de combustion et la tuyère des moteurs –fusées : tests déjà en partie effectués en Russie .

Côté  obstruction, corrosion et fragilisation des métaux de tuyauterie, une fois le CO₂, H₂O et éventuellement les produits soufrés comme H₂S retirés dans le procédé qui conduit par liquéfaction du GN au GNL, il n’y a plus de risque particulier.
La composition du GNL se résume alors au composant largement majoritaire  le méthane vers les 99% avec un peu d’éthane et de propane. Les alcanes de masses moléculaires supérieures comme le butane et le pentane ont été retirés (même si en soient ils n’auraient pas été gênants en faible quantité)

Spoiler:

OK .... on ne va pas continuer une discussion sans fin.
Le GNL pour des applications de motorisation spatiale ... çà me parait une nouveauté. Mais chacun voit midi à sa porte  
Si tu estimes que ce qui vaut pour une utilisation comme combustible ou carburant terrestre, peut s'appliquer ... je n'y vois aucun inconvénient. Pour autant ... ces arguments n'ont pas à mes yeux (et cela n'engage que moi) valeur d'universalité et c'est pourquoi je faisais référence à une publication de motoristes du spatial et russes parce qu'à ma connaissance ce sont si ce n'est les seuls (le Japon travaille aussi ce domaine) parmi les rares à se lancer dans l'utilisation de cet ergol.

Il y a un FIL ouvert sur la motorisation méthane/LOX dans la partie Technique du forum
http://www.forum-conquete-spatiale.fr/t14267-du-methane-dans-les-moteurs-fusees

Une documentation très complète de la Société Chimique de France sur le gaz naturel et ses dérivés , en particulier sur le GNL et les procédés conduisant à sa purification et sa liquéfaction.
Concernant la Russie, le gisement principal  - actuellement - se trouve en Sibérie occidentale à Urengoï et possède  une forte teneur en méthane : 98%  .
On peut supposer que le GNL obtenu à partir de ce GN  contient très majoritairement du méthane et que probablement les tests sur les moteurs-fusées ont du être menés à partir de ce GNL

http://www.societechimiquedefrance.fr/extras/donnees/orga/gaznat/texgnat.htm

Urengoï (Russie)

Méthane (%)                98
Éthane (%)
Propane (%)
Butane (%)
Diazote (%)                1,2
Dioxyde de carbone (%) 0,3
Sulfure d'hydrogène (%) -

Merci pour le document.
Le gaz extrait d'Urengoï parait effectivement très pur et avoir toutes les "qualités requises" - une fois éliminés le CO₂ et le N₂ - pour être utilisé comme ergol.