[USA] Vaya Space

https://www.nasaspaceflight.com/2022/07/vaya-space-star-3d/

Vaya Space, une entreprise de technologie et de petits satellites en développement (anciennement Rocket Crafters), est en plein développement de son moteur hybride à vortex STAR-3D qui sera utilisé sur la fusée Dauntless de l'entreprise.

La société a récemment annoncé la signature d'un accord à plusieurs volets avec la NASA pour l'utilisation des installations du Centre spatial Kennedy et du Centre spatial Stennis pour la démonstration et les essais du moteur, ainsi que la signature d'un contrat de lancement exclusif avec la société brésilienne All2Space pour le lancement de sa constellation de CubeSat dès 2023.


Les missions annoncées pour All2Space seront lancées par la fusée Dauntless de Vaya Space, un petit lanceur de satellites capable d'emporter 610 kg vers une orbite héliosynchrone de 500 km ou jusqu'à 1 000 kg vers une orbite terrestre basse de 200 km.

Dauntless mesure 35 m de haut. Le premier étage a un diamètre de 2,5 m, tandis que le deuxième étage n'a que 2,15 m de diamètre. La coiffe fait également 2,15 m de diamètre.

Les deux étages seront propulsés par le nouveau moteur hybride à vortex de Vaya Space, le STAR-3D. Ce moteur à propergol solide-liquide imprimé en 3D utilise des thermoplastiques comme combustible solide qui n'est inflammable/combustible qu'en présence d'oxygène liquide (LOX) et d'une source d'allumage.

Le moteur a été mis à feu de manière statique plus de 100 fois et a effectué avec succès une mission de démonstration suborbitale en janvier 2022 depuis le Mojave Air & Space Port en Californie.

Contrairement à toutes les autres fusées à combustible solide, la nature du moteur hybride STAR-3D, qui a besoin de LOX pour entretenir sa combustion, signifie que le moteur peut être étranglé ou même "éteint" en modulant le flux d'oxygène liquide.
" Nous pourrions arrêter le flux d'oxygène liquide dans le moteur ", a raconté Brent Willis, PDG de Vaya Space, dans une interview accordée à NASASpaceflight. "Vous pouvez également moduler l'oxygène liquide à travers le cycleur expanseur d'oxygène supercritique. Vous pouvez donc avoir cette possibilité d'étranglement ou simplement l'éteindre, l'éteindre et l'allumer."

Il s'agit d'un changement assez important par rapport à la façon dont la technologie standard des fusées à poudre est généralement utilisée et perçue. Avec les moteurs à propergol solide, une fois que vous l'avez allumé, vous ne pouvez pas l'éteindre - et vous ne pouvez qu'étrangler un solide en modifiant la forme de l'alésage du propergol pour ajouter ou enlever de la surface brûlable pendant le processus de construction.

Avec le moteur hybride STAR-3D, Vaya Space vise à accroître la sécurité - en permettant au moteur d'être régulé pendant le vol en fonction des conditions du jour et en l'arrêtant en cas de problème grave.

Cette capacité découle de la façon dont le moteur est construit.

Le propergol solide du STAR-3D est fabriqué à partir de l'équivalent de deux millions de bouteilles en plastique par moteur... plus précisément, des thermoplastiques.

Comme l'a expliqué M. Willis, "Est-ce réel ou s'agit-il simplement d'une sorte de gadget marketing ? Et la réponse est que c'est réel. C'est vraiment réel. C'est l'équivalent de deux millions de thermoplastiques recyclés."

M. Willis poursuit en expliquant : "Il faut du polyéthylène haute densité, et c'est donc en fait le haut, le bouchon des bouteilles, qui est le meilleur."

D'autres types de plastiques que les bouteilles - comme les déchets médicaux - peuvent également être utilisés.

Les thermoplastiques sont transformés en granulés - tout comme ceux utilisés pour souffler, ou créer, des bouteilles en plastique pour les sodas - qui sont ensuite introduits dans une imprimante 3D. Les granulés sont ensuite déposés sur une couche cylindrique chaude selon un motif ou un grain breveté.

Ensuite, un tube en fibre de carbone est imprimé autour du propergol solide déposé, complétant ainsi l'impression 3D du moteur - un processus qui prend environ huit heures par moteur.

Une fois le grain de propergol solide en place, comment fonctionne exactement un moteur hybride à vortex comme STAR-3D ?

"Nous prenons ce moteur imprimé en 3D", explique M. Willis, "et ce que nous faisons, c'est que nous prenons ce moteur et [nous utilisons un système d'allumage laser breveté pour enflammer] les gaz chauds et le LOX qui sont ensuite entraînés dans le [moteur à propergol solide]".

"Et nous créons ce flux tourbillonnaire. Donc c'est comme une tornade qui traverse ce moteur."

Le flux tourbillonnaire de LOX enflammé et de gaz chauds crée les conditions pour enflammer et brûler le grain de combustible thermoplastique solide tout en maintenant une forte combustion qui n'entraîne pas d'instabilité sous la forme de turbulences dans le flux - un problème important dans le développement précédent du moteur de fusée hybride.

La combustion créée dans le moteur STAR-3D par l'écoulement tourbillonnaire assure une combustion douce et régulière pour maintenir la performance globale que Vaya Space vise pour le moteur.

Tout au long de sa campagne d'essais, le moteur STAR-3D a produit une poussée maximale fiable de 110 kN avec un ISP de "jusqu'à 350 secondes", selon M. Willis.

À titre de comparaison avec un autre petit lanceur de satellites, chacun des moteurs Rutherford de Rocket Lab pour sa fusée Electron produit seulement 26 kN de poussée dans le vide. Deux moteurs STAR-3D seulement produiraient un peu moins de la même poussée que les neuf moteurs Rutherford de la fusée Electron au décollage.
Les performances de poussée du moteur STAR-3D sont conformes à celles du moteur d'étage supérieur RL-10B-2 d'Aerojet Rocketdyne, utilisé sur la gamme de fusées Delta IV et qui sera utilisé sur l'étage intermédiaire de propulsion cryogénique (ICPS) de la fusée lunaire SLS de la NASA. Le RL-10B-2, cependant, atteint cette poussée à une impulsion spécifique beaucoup plus élevée.

"Ce que nous avons créé avec ce moteur hybride à vortex résout tous ces problèmes de fiabilité, de sécurité, de combustibilité, de complexité et de coût. Il s'agit là d'éléments réels et perturbateurs que nous avons maintenant."

Mais comment cela se traduit-il pour un autre élément important des vols spatiaux : le coût ?

"Si je regarde les concurrents, leur prix moyen par kilogramme est d'environ 19 000 ou 20 000 dollars par kilogramme. Mon coût est inférieur à 7 000 dollars [par kilogramme]. Et si vous êtes un petit client de satellite, et qu'il vous coûte 10 millions de dollars pour envoyer votre satellite dans l'espace, vous vous tournerez vers le coût le plus bas", a déclaré M. Willis.

"C'est donc un élément de transformation qui va perturber cette industrie en raison de la structure et de ce que nous avons résolu sur le plan technologique."

Un autre avantage que M. Willis voit dans cette conception globale est l'évolutivité.
"Contrairement aux moteurs bipropulseurs liquides où si vous voulez changer la conception, cela va vous prendre un an, quelques années ici et là. Pour nous, je peux le mettre à l'échelle, et donc je pourrais faire quelque chose de la taille de la fusée Falcon 9 si je le voulais ou tout ce que ULA fait. Et je peux faire cette mise à l'échelle tout de suite."

"C'est donc une partie de la véritable puissance de cette technologie : pas seulement l'évolutivité, mais le genre de fraîcheur et d'unicité de celle-ci, qui résout tous les problèmes historiques, et c'est tout nouveau d'un point de vue technologique."

Un autre élément relevé par M. Willis est la simplicité de la conception, qui contient "un dixième des pièces mobiles" d'un moteur bipropulseur liquide standard ou d'autres moteurs hybrides qui ont été ou sont en cours de développement.

De plus, le moteur lui-même est assez respectueux de l'environnement, non seulement parce qu'il élimine les plastiques de l'environnement, mais aussi parce que ses gaz d'échappement sont principalement de la vapeur d'eau avec des traces de sous-produits de carbone.

En outre, en raison des thermoplastiques utilisés, le propergol solide est non toxique et non combustible à température ambiante. Puisqu'il repose sur le LOX et une source d'allumage, il peut être transporté et manipulé en toute sécurité après avoir été imprimé.

Cela crée un filet de sécurité lors du déplacement de la fusée vers les différents sites de lancement prévus.

À l'instar d'autres petites entreprises de lancement de satellites, le système de Vaya Space est suffisamment petit pour pouvoir se présenter avec très peu d'architecture au sol. Cela permet un large éventail d'options de sites de lancement - le Centre spatial Kennedy et le Brésil étant les principaux candidats actuels pour le premier vol.

Mais avant que Vaya Space ne soit prête à lancer sa fusée Dauntless pour son premier vol orbital, prévu pour l'année prochaine, il reste encore beaucoup de tests à effectuer.

Plusieurs essais de démonstration de moteurs simples et groupés sont prévus au centre spatial Stennis de la NASA, dans le sud du Mississippi, ainsi que d'autres essais et événements de préparation au lancement au centre spatial Kennedy.

"Nous disposons d'un diagramme de Gantt intégré et d'éléments de chemin critique qui décrivent tout ce que nous devons faire et tous les lancements et clients que nous allons prendre en charge", a déclaré M. Willis.

Le PDG s'est fixé l'objectif impressionnant de passer à 50 lancements par an d'ici 2024, un an seulement après le début des opérations aériennes.

"Il y a tellement de choses qui changent dans l'industrie, en termes de concurrents qui ne répondent pas à leurs attentes et de la Russie qui sort de l'équation, que [les opérateurs de satellites] changent leurs modèles pour dire 'je dois sécuriser ma chaîne d'approvisionnement si mes revenus en tant que petit fournisseur de satellites dépendent de l'envoi dans l'espace'."

"Et nous voyons ces clients graviter vers nous juste au cours des deux dernières semaines et des derniers mois."

Vaya Space a été fondée en 2017 par Sid Gutierrez, ancien astronaute de la NASA et commandant et pilote de la navette. L'entreprise a son siège social à Cocoa, en Floride, et possède des filiales au Brésil.

Un projet à suivre. Toutefois la propulsion hybride est un type de propulsion qui a été envisagé pour de nombreux projets de lanceur au cours des dernières décennies sans jamais aboutir à un résultat opérationnel (les fusées amateurs et l'avion spatial SpaceShipOne/Two sont hors catégorie).

En effet pour l'instant c'est un projet il faudra prouver que techniquement ça fonctionne! Mais le concept est intéressant c'est le moins qu'on puisse dire.

https://www.bizjournals.com/orlando/inno/stories/fundings/2023/01/20/florida-2023-jobs-space-tech-rocket-vc-launch.html

La société a levé 12 millions de $ et vise toujours un lancement en 2024.

Je reviens  sur un aspect de l'interview de présentation reproduit par J-B en début de ce Fil, du moins un passage concernant la motorisation choisie :

source : https://www.nasaspaceflight.com/2022/07/vaya-space-star-3d/

Interview de "Vaya Space CEO Brent Willis"

De plus, le moteur lui-même est assez respectueux de l'environnement, non seulement parce qu'il élimine les plastiques de l'environnement, mais aussi parce que ses gaz d'échappement sont principalement de la vapeur d'eau avec des traces de sous-produits de carbone.

Cela mériterait de creuser un peu plus cet argument mettant en avant le "respect de l'environnement" en éliminant les plastiques de l'environnement.
Le recyclage de bouchons de bouteille est invoqué ,  sont-ils effectivement la source des "pellets" utilisés ? c'est probable, mais de toute façon il avait fallu les fabriquer auparavant, puis ensuite intégrer ces "thermoplastiques" à la "gomme" combustible* : ce matériau n'existait pas dans la nature auparavant.
* à confirmer qu'il n'y a que des "thermoplastiques", dans cette gomme ? et aucun additif ..... Il n'est cité que du LOX  comme comburant.

Dans cet article d'une autre tentative de fabriquer un ergol solide de fusée (en Europe, daté de 2021) la simplicité est plus mesurée :

https://www.euronews.com/next/2021/12/01/fuel-made-from-recycled-plastic-bottles-is-being-tested-to-propel-rockets-into-space
interview de : CEO Richard Dinan (UK-based start-up Pulsar Fusion)
Bouchons de bouteille , mais aussi de l'oxyde nitreux

It uses a hybrid fuel of high-density polyethylene (HDPE) and oxidising nitrous oxide N2O.

Il faut donc être prudent sur les arguments "flatteurs". Et le "non-dit" puisque la composition précise fait souvent l'objet d'un "secret de fabrication".

Quant aux gaz d'échappement si la vapeur d'eau - souvent citée : c'est un produit "green friendly" - cela parait moins évident en parlant de la composition des sous-produits du carbone**  générés par la combustion.
** qui ne sont pas cités

Ce qui est abordé cependant c'est l'aspect pratique et "sécuritaire" des "gommes" fabriquées et de leur mise en forme :
à nouveau : "Vaya Space CEO Brent Willis"

Also, because of the thermoplastics used, the solid propellant is non-toxic and non-combustible at ambient temperatures. Because it relies on LOX and an ignition source, it is safe to transport and handle after being printed.

En outre, en raison des thermoplastiques utilisés, le propergol solide est non toxique et non combustible à température ambiante. Puisqu'il repose sur le LOX et une source d'allumage, il peut être transporté et manipulé en toute sécurité après avoir été imprimé.

Ce qui explique que la propulsion utilisant ces gommes (propulsion solide ou "à poudre" ) reste encore testée et utilisée : pour des start-up comme ci-dessus, mais aussi pour des étages principaux par les chinois notamment pour certains de leurs lanceurs, ou les propulseurs auxiliaires (solid rocket booster) par exemple d'Ariane 6 ou du lanceur H3 japonais.[/quote]

L’oxydant utilisé est le  dioxygène liquide que l’on peut extraire par distillation fractionnée à partir de l’air liquide et qui n’a pas la toxicité des produits nitreux et nitriques 
Et puis fusée ou pas , les bouteilles plastiques et leurs bouchons sont là. Autant les utiliser , même si on produit du dioxyde de carbone - ce qui ce serait produit quand même avec d’autres carburant -l’exception du dihydrogène…encore faut-il qu’il soit produit de façon vertueuse (écologique) …et là..hum 
! 
Ce projet me semble très intéressant 🤨

https://www.intelligence360.news/vaya-space-has-filed-a-notice-of-an-exempt-offering-of-securities-to-raise-9000000-00-in-new-equity-investment/

La société lève 9 millions de $.