Série sur l'ingénierie des fusées de l'UBC : Coups de feu et grandes étapes

Dans notre recherche collective de points positifs pendant cette crise mondiale, l'engagement de la communauté scientifique se distingue. Nous sommes fiers de mettre en lumière leur travail.

Nous avons récemment partagé les détails de notre participation avec UBC Rocket Engineering Design Team, leur programme de conception, et la raison pour laquelle ils ont choisi Haskel comme fournisseur de propulseurs à gaz. Lors d'une réunion sur ses dernières réalisations, l'équipe s'est montrée très enthousiaste à propos des essais à chaud qu'elle a menés à bien. Il s'agit d'une étape importante pour n'importe quelle équipe de fusée, mais surtout pour l'UBC, qui a été la première équipe d'étudiants canadiens à franchir cette étape.

Bien que l'équipe travaille actuellement à distance en raison de la fermeture de COVID-19, nous nous sommes entretenus avec le responsable des essais de propulsion de l'équipe, Griffin Peirce, afin d'en savoir plus sur les réalisations du feu chaud et sur les objectifs qu'ils poursuivent même en travaillant à distance.

Comment vous êtes-vous impliqué dans le programme Rocket de l'UBC ?

La plupart des membres s'inscrivent par le biais de notre recrutement annuel, qui est ouvert à tous les étudiants de l'université. Les capitaines de l'équipe m'ont croisé en passant et m'ont demandé si je pouvais les aider à reconstruire un tour. Pendant les quelques mois où j'ai aidé l'équipe, je me suis rapprochée d'un grand nombre de personnes extraordinaires au sein du programme. Au fil du temps, mes responsabilités se sont accrues et j'ai commencé à travailler dans le groupe d'essais de propulsion. Cela m'a conduit à mon poste actuel, qui consiste à diriger nos opérations de tir à chaud, où je supervise le développement d'équipements, tels que des bancs d'essai et des logiciels, pour évaluer les prototypes de l'équipe. C'est un honneur de faire partie de l'UBC Rocket et de travailler avec des collègues brillants issus de tous les horizons et de tous les domaines d'études. Notre équipe a réalisé des choses extraordinaires au cours de la courte période d'existence de notre programme. Depuis notre création il y a trois ans, nous sommes devenus un leader parmi les universités qui ont plus de 10 ans d'expérience.

Votre équipe a pour objectif d'envoyer une fusée dans l'espace (300 000 pieds). Quels sont les objectifs immédiats de l'équipe pour 2020 qui vous prépareront au lancement final ?

Pour envoyer notre fusée dans l'espace, notre équipe de propulsion s'efforce de développer un système de propulsion fiable et de construire une grande partie de la fusée. La conception du système de propulsion prend beaucoup de temps et même un petit oubli peut entraîner la destruction de notre matériel lors d'un test, c'est pourquoi la planification joue un rôle crucial lors de l'exécution des tests. Ces objectifs constituent un défi intéressant car, bien qu'il existe une abondante littérature sur le fonctionnement des moteurs de fusée, les contraintes d'équipement, de budget et de temps font que le véritable défi consiste à concevoir un moteur dont la fabrication est à la portée de tous. Cela signifie que nous nous attachons à évaluer les différentes techniques de fabrication pour construire le moteur le plus simple possible qui réponde à nos spécifications de performance. Les tests précoces, les changements rapides et l'adaptation des plans sont autant d'éléments essentiels pour minimiser les risques du projet.

Pouvez-vous nous en dire plus sur les succès des essais à chaud et sur ce qu'ils signifient pour les lancements futurs ?

Pour chaque modèle que nous construisons et testons, nous caractérisons les performances en fonction de la pression, des débits massiques, de la poussée et de la température du moteur, pour ne citer que quelques-uns des paramètres clés. Plusieurs tests précurseurs sont effectués sur le matériel avant qu'il n'atteigne le stade de l'essai à chaud. Ainsi, lorsque nous effectuons un essai à chaud, le matériel que nous évaluons est l'aboutissement d'efforts considérables en matière de fabrication et d'essais. Le tir à chaud est un test important du système de propulsion qui permet de s'assurer que chaque partie du moteur fonctionne correctement.

Le type de performance que nous recherchons est similaire à celui d'un moteur de voiture. Par exemple, nous voulons un moteur qui utilise efficacement notre carburant et notre oxydant afin de ne pas transporter d'ergols supplémentaires et d'augmenter la masse de la fusée, nous voulons un moteur qui fournit une poussée suffisante pour lancer notre fusée en toute sécurité, et nous voulons nous assurer qu'il ne surchauffera pas et ne tombera pas en panne pendant qu'il fonctionne. Il ne s'agit là que de quelques-unes des principales considérations et, naturellement, ces caractéristiques de performance s'accompagnent de compromis qui influencent la conception et, comme je l'ai mentionné, la fabrication d'un système permettant d'atteindre ces objectifs est difficile. Les moteurs que nous développons sont conçus pour être simples, robustes et fiables. Pour reprendre l'analogie avec les voitures, vous pouvez considérer que notre moteur se situe à l'extrémité du spectre des tracteurs, alors que les moteurs utilisés pour les vols spatiaux commerciaux  sont, en comparaison, des voitures de sport.

Notre banc d'essai est essentiellement une structure mobile de la taille d'un véhicule utilitaire sport qui simule le système d'alimentation en propergol d'une fusée. Il fournit une interface fiable sur laquelle nous pouvons attacher et tester un moteur. Nous disposons de plus de 50 capteurs différents pour surveiller les pressions, les températures et la poussée du système, ce qui nous permet de confirmer que le moteur fonctionne comme prévu.

Nous en sommes actuellement aux premières phases des essais sur un seul moteur. Lors de la préparation d'une journée de test, une semaine est consacrée à s'assurer que tous les systèmes sont prêts pour le jour du test. Une journée entière de fonctionnement est nécessaire pour réaliser nos essais de feu à chaud, qui ne durent que quelques secondes. Une fois le test terminé, il faut à l'équipe un peu moins d'une heure pour se réinitialiser afin d'effectuer un autre test. En continuant à tester et en devenant plus efficaces, nous pouvons réduire le temps de cycle des essais de moteurs et passer à des essais plus longs au fur et à mesure que nous devenons plus confiants dans le matériel.