Articles Tagués ‘Hypersonique’

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Nous avions déjà parlé des armes hypersoniques ou hypervéloces, dont, je le rappelle, l’objectif est de pouvoir frapper n’importe quel point du globe en moins de 1h. Pour rappel, on désigne par hypersonique une charge militaire pouvant être propulsée à une vitesse comprise entre Mach 5 et Mach 10 – une vitesse de l’ordre de 10 000 km/h. Nos amis chinois avaient récemment testé avec succès leur arme DF-ZF, une charge militaire propulsée par un missile balistique jusqu’à la stratosphère. Le DF-ZF est lâché, entre dans l’atmosphère, puis se rétablit et remonte avant de contrôler son altitude et sa vitesse, et de planer vers sa cible. Cette trajectoire semble erratique, et est très difficile à anticiper pour un système de défense, principalement en raison de sa vitesse.

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Mais une telle arme est complexe à mettre au point, notamment parce que ses composants (charge militaire mais aussi système de guidage) sont soumis à de très fortes contraintes (accélération, frottements, température). Il est donc nécessaire de pouvoir disposer de moyens d’essais conséquents.

Pour ce faire, la Chine vient d’annoncer qu’elle était en train de bâtir la soufflerie la plus puissante du monde, permettant de simuler des vitesses de l’ordre de 12km/s, concurrençant ainsi directement la soufflerie LENS-X située au Nevada, jusqu’alors le tunnel hypersonique le plus puissant du monde (Mach 30), et plus puissante que la soufflerie hypersonique chinoise actuelle, appelée JF 12 (et rebaptisée HyperDragon) – le reportage ci-dessous permet d’en découvrir les images.

Il ne s’agit pas d’un problème simple : construire une soufflerie hypersonique nécessite de surmonter différents défis : la capacité de reproduire sans danger des situations de surchauffe, sans détruire l’installation elle-même, la reproduction de conditions extrêmes de températures et de pression pendant une durée longue, avec un système d’instrumentation et de mesure lui-même hyper-rapide, et sans oublier les contraintes liées à l’alimentation en électricité d’une telle installation.

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La génération d’un flux d’air aussi puissant ne peut reposer sur une hélice, aussi grosse soit-elle. Il a fallu trouver un autre moyen, en l’occurrence, une détonation. Dans le cas de la soufflerie hypersonique chinoise, le principe repose sur une série de détonations contrôlées. Des tubes d’oxygène, d’hydrogène et d’azote permettront de faire détoner un mélange de gaz, créant ainsi une série d’explosions, donc d’ondes de choc. Ces ondes seront canalisées par un tunnel métallique, jusqu’à la chambre de test ; selon l’un des ingénieurs responsables du projet, elles généreront l’équivalent de 1 GW de puissance en 0,5 s, soit la moitié d’une centrale nucléaire classique. Elles permettront de créer une température de 7700 degrés au sein de la chambre de test (oui, oui, plus chaud que la surface du soleil) afin de pouvoir tester les revêtements et systèmes de dissipation de l’énergie thermique du véhicule hypersonique, lors de sa rentrée dans l’atmosphère.

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On rappelle que la vitesse EV (escape velocity ou vitesse de libération en français) correspondant à la vitesse nécessaire pour échapper à l’attraction terrestre, est de 11 km/s. Même si la soufflerie chinoise ne bat que de 2km/s l’installation LENS-X, il s’agit de pouvoir tester des vecteurs dans toutes les phases du vol hypersonique (ce que les américains ne peuvent aujourd’hui faire).

La nouvelle installation permettra de tester des modèles assez volumineux (on parle d’une envergure de 3m). Elle devrait être mise en service d’ici 2020, ce qui montre l’importance que la Chine accorde à son programme hypersonique, et à la course aux armements dans laquelle elle prend aujourd’hui la tête vis-à-vis des USA et de la Russie.

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A une semaine du SIAE, salon international de l’aéronautique et de l’espace au Bourget, voici un article sur l’aéronautique, dont le sujet n’est pas un avion, mais une véritable légende. Car avant de parler du SR-72, je fais bien évidemment référence au SR-71 « Blackbird », un avion mythique retiré du service depuis 19 ans, mais qui était capable de performances hallucinantes. Vous pouvez d’ailleurs le voir au musée Udvard-Hazy Center de l’aéroport de Dulles, à Washington DC (ci-dessous).

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Cet avion de reconnaissance mis en service en 1968 pouvait en effet voler à 3500 km/h, et à 25 km d’altitude distançant ainsi les missiles sol-air soviétiques de la guerre froide. Muni de deux turbo-statoréacteurs, l’avion était ravitaillé juste après son décollage. En effet, et pour l’anecdote, les réservoirs n’étaient pas remplis au sol, car ils fuyaient de manière intrinsèque. Ce n’est qu’après avoir atteint la vitesse de Mach 3 que les réservoirs devenaient étanches (en raison de la dilatation de la structure de l’avion), permettant ainsi leur remplissage à plein.

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Un avion mythique, donc, que l’US Air Force compte bien remplacer. Son successeur (également sorti de l’imagination de la division SkunkWorks de Lockheed Martin) ? Le SR-72 – bon, pour l’originalité, on repassera. Et son constructeur vient d’en dévoiler quelques caractéristiques.

Le SR-72 sera un avion de reconnaissance et d’attaque, capable d’atteindre… Mach 6 (oui, vous avez bien lu). A cette vitesse, on ne parle plus de supersonique, mais bien d’hypersonique (pour information, le domaine hypersonique débute à Mach 5). Pour ce faire, il sera muni d’un moteur à cycle combiné de type RBCC pour Rocket Based Combined Cycle, a priori conçu par Aerojet Rocketdyne.

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Le principe d’une telle propulsion est de combiner une propulsion à base de fusée, avec un statoréacteur. Pour mémoire, et pour les non spécialistes, je me permets de rappeler qu’un statoréacteur, inventé par le Français René Lorin en 1912, est un tube ouvert dans lequel le carburant injecté se mélange à l’air voyageant à haute vitesse, enflammé grâce à un système d’allumage. Si vous visitez le superbe musée de l’air et de l’espace au Bourget (bon attendez la fin du SIAE si vous voulez être tranquille), vous verrez les avions à statoréacteurs Leduc conçus à partir des travaux de Lorin (ici le Trident).

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Dans un statoréacteur, la poussée est donc produite par les gaz de combustion qui sont expulsés à très haute vitesse dans la tuyère – mais un tel moteur doit, pour pouvoir fonctionner, être déjà en mouvement : impossible de démarrer avec le seul statoréacteur. Le principe du RBCC est donc de déclencher la propulsion fusée pour le décollage, amener l’avion jusqu’à Mach 3 et ensuite déclencher le statoréacteur.

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Dit comme cela, ça a l’air simple, mais pour y parvenir, il faut travailler considérablement sur le design de l’avion, afin d’intégrer le moteur à cycle combiné dans la structure sans risquer de disloquer l’engin, et sans offrir trop de vulnérabilité à la détection radar. En fait, c’est même encore plus complexe, puisque le système envisagé pour un statoréacteur hypersonique serait du type « statomixte » : le statoréacteur serait lui-même combiné à un superstatoréacteur – ne va pas à Mach 6 qui veut. Et cela pose de sérieux problèmes de conception, notamment en ce qui concerne les prises d’air.

Bref, tout cela laissait à penser qu’un démonstrateur de RBCC ne serait disponible qu’autour de 2025/ 2030. Mais la semaine dernière, Rob Weiss, photo ci-dessous, VP de Lockheed Martin, et directeur de Skunkworks (oui, il y a des métiers de rêve) a annoncé à AviationWeek que la technologie était finalement plus mature que prévu, et laissait présager qu’un démonstrateur pouvait être envisagé dès 2018.

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Bon, on ne parle pas d’un démonstrateur complet du SR 72 mais d’un système sans pilote (on comprend pourquoi) de type FRV (Flight Research Vehicle) de la taille d’un F22 Raptor, et muni d’un moteur à cycle combiné. Tout ceci a en fait été rendu possible par un programme de recherche ayant mené au développement d’un démonstrateur de moteur hypersonique au sol, le Air Force/Darpa HTV-3X reusable hypersonic demonstrator.

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Lockheed Martin table donc sur un premier vol du démonstrateur en 2020, suivi par le développement d’une version en taille réelle d’un prototype de SR-72 muni de deux engins RBCC. Celui-ci serait à peu près de la même taille que le SR-71 Blackbird, et pourrait voler avant 2030. La propulsion hypersonique n’est donc plus du domaine de la science-fiction, mais uniquement de la science!

 

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DF-ZF pour les chinois, WU-14 pour le Pentagone américain : ce sont les petits noms du nouveau planeur hypersonique chinois, capable de voyager entre Mach-5 et Mach-10. Pour être précis, il s’agit d’une charge militaire hypersonique, lancée à partir d’un missile balistique, ce que l’on appelle en anglais « high-speed maneuvering warhead » ou « hypersonic glider », et capable de percer tout système d’interception.

Pour être tout à fait concret, cela représente des vitesses de l’ordre de 10 000 km/h, même si la notion de véhicule hypersonique doit être modulée et précisée en tenant compte de l’altitude de l’engin (dans la haute atmosphère). Mais l’idée est d’être en position de frapper n’importe quelle cible sur la surface de la Terre en moins d’une heure. Ou de neutraliser un satellite en orbite basse.

Le missile propulsant le système DF-ZF a été tiré la semaine dernière à partir de la base de lancement de Wuzhai, en Chine centrale. Officiellement, il s’agit d’un tir d’essai « pour une mission scientifique » (!), qui fait d’ailleurs suite à un tir russe (le 22 avril dernier) d’essai d’un véhicule hypersonique analogue, à la frontière du Kazakhstan.

Le film ci-dessous illustre bien le concept.

Cette charge hypersonique est compatible avec plusieurs types de missiles balistiques chinois, comme le DF21 (moyenne portée) ou DF31 (ICBM ou missile balistique intercontinental). Le principe est de permettre au missile de lâcher le véhicule dans la stratosphère. Celui-ci retombe alors dans l’atmosphère, et voyage à haute vitesse. Bien que générant une trainée importante, cette solution permet de « planer » plus longtemps que si le véhicule était relâché dans l’espace, tout en minimisant le risque d’interception. En l’espèce, neutraliser un tel engin nécessiterait une arme à énergie dirigée (laser ou « railgun »). Bien que la trajectoire soit prévisible au début (car balistique), c’est donc bien la vitesse qui permet de percer les défenses ennemies. De plus, la trajectoire du DF-ZF est dite « up and down » : le véhicule est lâché, entre dans l’atmosphère, puis se rétablit et remonte avant de contrôler son altitude et sa vitesse, et de planer vers sa cible. Cette trajectoire semble erratique, et est très difficile à anticiper pour un système de défense.

La DARPA cherche également à développer un tel programme, et l’US Air Force anticipe une mise en service vers 2020 (notamment sur la base du X51 Waverider, ci-dessous).

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Comme le DF-ZF, le principe est également de « surfer » sur l’onde de choc créée par le véhicule lui-même (et créant une portance dite de compression). Cependant, à la différence du système chinois, le X51 repose sur une propulsion de type statoréacteur, sans aucune pièce mobile, mais qui est lancé à partir d’un bombardier B52. Le tableau ci-après présente les différents concepts.

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Les russes ne sont pas en reste, avec notamment leur missile Zircon (ci-dessous) à base de combustible liquide, et capable de voler à 6000 km/h et tiré à partir d’un sous-marin de cinquième génération (classe Husky).

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Il s’agit donc bien d’une course à l’hypervélocité. Au-delà de se doter de capacités de frappe nucléaire hypervéloce (comme le suggèrent de nombreux article un peu trop racoleurs sur Internet), la Chine cherche surtout à pouvoir montrer (et prouver) ses capacités à percer une défense antimissile régionale, comme le pensent les chercheurs de la Potomac Foundation.

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La carte ci-dessus montre bien les enjeux dans la maîtrise de la région. Une arme hypersonique pourrait jouer un rôle soit dissuasif, soit offensif dans des zones comme Taiwan, ou la mer de Chine méridionale. A suivre, donc.