16 novembre 2004 – Nouveau record de vitesse pour l’avion hypersonique

Le X-43A Scramjet de la NASA bat un record de vitesseLes Scramjets pourraient fournir une nouvelle route vers l’espace.L’avion hypersonique expérimental X-43A a atteint ce 16 novembre la vitesse de mach 9,8 – ou environ 11 000 km/heure, ce qui équivaut à New York/Paris en 30 minutes. L’évènement a été qualifié d’historique par Vincent Rausch, directeur du programme, lors d’une entrevue sur la chaîne de télévision de la Nasa. Le X43A mesure 3,65m de long par 1,5m d’envergure. Lancé à partir de la base d’Edwards en Californie, il a terminé sa course dans le Pacifique.

C’est officiel. Le X-43A élève la barre à Mach 9,6 Guinness World Records a reconnu le scramjet X-43A de la NASA avec un nouveau record mondial de vitesse pour un avion à réaction – Mach 9,6, soit près de 7 000 mph. Le X-43A a établi la nouvelle marque et a battu son propre record du monde lors de son troisième et dernier vol le 16 novembre 2004. En mars 2004, le X-43A a établi le précédent record de Mach 6,8 (près de 5 000 mph). Le véhicule habité à respiration aérienne le plus rapide, le SR-71 de l’US Air Force, a atteint un peu plus de Mach 3,2. Le X-43A a plus que doublé, puis triplé, la vitesse de pointe du SR-71 à réaction.Le X-43A Scramjet de la NASA bat un record de vitesseLe véhicule de recherche X-43A de la NASA a de nouveau crié dans le livre des records mardi, démontrant qu’un moteur aérobie peut voler à près de 10 fois la vitesse du son. Les données préliminaires du véhicule de recherche propulsé par scramjet montrent que son moteur révolutionnaire a fonctionné avec succès à près de Mach 9,8, ou 7 000 mph, alors qu’il volait à environ 110 000 pieds. Le vol à haut risque et à haut rendement, initialement prévu pour le 15 novembre, a eu lieu dans un espace aérien restreint au-dessus de l’océan Pacifique au nord-ouest de Los Angeles. Le vol était le dernier et le plus rapide des trois tests en vol sans pilote du programme Hyper-X de la NASA. L’objectif du programme est d’explorer une alternative à la puissance des fusées pour les véhicules d’accès à l’espace. « Ce vol est une étape clé et une étape majeure vers les possibilités futures de production de boosters pour envoyer des charges utiles importantes et critiques dans l’espace de manière fiable, sûre et peu coûteuse », a déclaré l’administrateur de la NASA, Sean O’Keefe. « Ces développements nous aideront également à faire progresser la vision de l’exploration spatiale, tout en contribuant à faire progresser la technologie de l’aviation commerciale », a déclaré l’administrateur O’Keefe.Les statoréacteurs à combustion supersonique (scramjets) promettent davantage d’opérations de type avion pour une accessibilité, une flexibilité et une sécurité accrues dans les vols à très grande vitesse dans l’atmosphère et pour la première étape vers l’orbite terrestre. L’avantage du scramjet est qu’une fois qu’il est accéléré à environ Mach 4 par un moteur à réaction conventionnel ou une fusée d’appoint, il peut voler à des vitesses hypersoniques, peut-être aussi rapides que Mach 15, sans transporter de lourds réservoirs d’oxygène, comme le doivent les fusées.  La conception du moteur, qui ne comporte aucune pièce mobile, comprime l’air qui le traverse, de sorte qu’une combustion peut se produire. Un autre avantage est que les scramjets peuvent être ralentis et pilotés plus comme un avion, contrairement aux fusées, qui ont tendance à produire une poussée complète tout le temps. « Le travail de l’équipe de Langley-Dryden et de notre programme de systèmes de véhicules a été exceptionnel », a déclaré l’administrateur associé de la NASA pour la recherche aéronautique, J. Victor Lebacqz. « Cela montre tout ce que nous pouvons accomplir lorsque nous gérons le risque et travaillons ensemble vers un objectif commun. La NASA a apporté une contribution considérable à l’ensemble des connaissances en aéronautique avec le programme Hyper-X, tout en marquant l’histoire. »Le vol a été reporté d’un jour lorsque la réparation d’un problème d’instrumentation avec le X-43A a causé un retard. Lorsque la liste de contrôle avant le vol a été reprise, il ne restait pas assez de temps pour respecter la date limite de lancement de la FAA de 19 h HNE.Aujourd’hui, le X-43A, attaché à son propulseur de fusée Pegasus modifié, a décollé du Dryden Flight Research Center à Edwards Air Force Base, en Californie, caché sous l’aile du lanceur B-52B. Le booster et le X-43A ont été libérés du B-52B à 40 000 pieds et le moteur du booster s’est enflammé, amenant le X-43A à son altitude et à sa vitesse prévues. Le X-43A s’est ensuite séparé du propulseur et a accéléré sur la puissance du scramjet pour un bref vol à près de Mach 10. Le Langley Research Center de la NASA, à Hampton, en Virginie, et Dryden mènent conjointement le programme Hyper-X. La direction des missions de recherche aéronautique de la NASA, à Washington, en assure la gestion. ATK-GASL (anciennement Microcraft, Inc.) à Tullahoma, Tennessee, et Ronkonkoma, NY, a construit l’avion X-43A et le moteur scramjet, et Boeing Phantom Works, Huntington Beach, Californie, a conçu la protection thermique et les systèmes embarqués. Le propulseur est un premier étage modifié d’une fusée Pegasus construite par Orbital Sciences Corp, Chandler, Arizona.

Un avion de la NASA bat un record de vitesseLes Scramjets pourraient fournir une nouvelle route vers l’espace.

L’avion à réaction hypersonique expérimental de la NASA a volé à près de dix fois la vitesse du son hier, battant son propre record de vitesse établi plus tôt cette année.  L’avion sans pilote X-43A utilisait un statoréacteur à combustion supersonique (scramjet) pour atteindre des vitesses d’environ 11 000 kilomètres par heure, volant par ses propres moyens pendant environ 20 secondes. « Ce vol est une étape importante et une étape majeure vers les possibilités futures de production de boosters pour envoyer des charges utiles importantes et critiques dans l’espace de manière fiable, sûre et peu coûteuse », a déclaré l’administrateur de la NASA, Sean O’Keefe.  Ce test du 16 novembre était le troisième et dernier vol du programme Hyper X de 230 millions de dollars pour tester les moteurs scramjet.Le premier essai en juin 2001 s’est soldé par un désastre lorsque les ingénieurs de vol ont fait exploser le X-43A après en avoir perdu le contrôle. Mais après un deuxième lancement, le 27 mars de cette année, l’engin a atteint Mach 7, soit sept fois la vitesse du son. Cela a battu le record précédent pour un moteur à réaction, établi par le SR-71 de l’armée américaine, Blackbird, qui volait à environ Mach 3,2.Chevauchée sauvage

C’est une étape importante. Sean O’Keefe, administrateur de la NASA

Le X-43A était attaché à une fusée d’appoint Pegasus et transporté depuis la base aérienne d’Edwards, en Californie, sous l’aile d’un avion B-52B. L’avion a largué sa cargaison à une altitude d’environ 12 kilomètres et la fusée d’appoint a propulsé l’engin jusqu’à 33,5 kilomètres. À ce stade, le X43-A se déplaçait déjà à environ Mach 9, puis le booster est tombé et l’engin a accéléré jusqu’à près de Mach 10 en utilisant ses propres moteurs. Il a finalement parcouru plus de 1 000 kilomètres avant de se jeter dans l’océan Pacifique.  Son vol avait été retardé lundi alors que les ingénieurs effectuaient des ajustements de dernière minute sur les instruments de bord.Scram vers le ciel

Le X-43A n’est guère plus qu’un moteur avec des ailes et mesure 3,7 mètres de long sur 1,5 mètre de large. Contrairement aux moteurs à réaction conventionnels, un statoréacteur utilise sa propre vitesse, plutôt que des pales en rotation, pour forcer l’air dans sa chambre de combustion, où l’oxygène réagit avec l’hydrogène.  Et dans un scramjet, tel que le X-43A, cette combustion se produit lorsque l’air est forcé à des vitesses supersoniques. Cela signifie que le moteur ne commence à fonctionner qu’après Mach 4, ce qui rend les tests au sol pratiquement impossibles.  Bien que les fusées de la NASA puissent voler plus vite que le X-43A, elles doivent transporter à la fois de l’hydrogène et de l’oxygène, une combinaison qui serait trop risquée et coûteuse pour un avion commercial et qui réduit également la capacité de chargement de l’engin. Une fois allumées, les fusées ont tendance à brûler en continu à pleine poussée, mais le moteur du X-43A peut faire varier sa puissance, ce qui lui permet de voler plus comme un avion.                       Certains ingénieurs pensent que les scramjets pourraient éventuellement permettre aux avions de passagers de faire le tour du monde en quelques heures seulement, même s’il faudrait des décennies de recherches supplémentaires pour y parvenir. Pourtant, dans un avenir proche, les scramjets pourraient être adaptés pour livrer du fret en orbite terrestre basse. Le programme Hyper X lui-même a été abandonné, cependant, depuis que les efforts de la NASA ont été redirigés vers les vols spatiaux habités après que le président George W. Bush a présenté sa « Vision pour l’exploration spatiale » en janvier de cette année. Les ingénieurs vont maintenant se concentrer sur la construction d’un remplaçant pour la flotte de navettes spatiales, qui doit être supprimée en 2010.Projets antérieurs : programme de vol hypersonique X-43A

Le programme pluriannuel de recherche sur les vols hypersoniques de la NASA a été conçu pour surmonter l’un des plus grands défis de la recherche aéronautique – le vol hypersonique aérobie. Le X-43A était un petit avion de recherche expérimental conçu pour démontrer en vol la technologie du statoréacteur supersonique intégré à la cellule ou de la propulsion « scramjet » à des vitesses hypersoniques supérieures à Mach 5, soit cinq fois la vitesse du son. Son moteur scramjet est un moteur aérobie dans lequel le flux d’air à travers le moteur reste supersonique. Dépassant de loin tout avion supersonique, les trois véhicules X-43A ont été conçus pour voler à des vitesses de Mach 7 et 10. En fin de compte, les technologies révolutionnaires exposées par le programme Hyper-X promettent d’augmenter les capacités de charge utile et de réduire les coûts des futurs véhicules aériens et spatiaux.MicroCraft, Inc. de Tullahoma, TN, (maintenant ATK GASL) était le partenaire industriel choisi par la NASA pour construire les véhicules X-43. L’annonce de l’attribution du contrat a eu lieu le 24 mars 1997, la construction des véhicules commençant peu de temps après. La division des véhicules de lancement d’Orbital Sciences Corporation à Chandler, en Arizona, a construit les véhicules de lancement Hyper-X.  Le programme Hyper-X Phase I était un effort à l’échelle de l’agence, mené conjointement par Dryden et Langley, pour démontrer une technologie qui pourrait finalement être appliquée dans des types de véhicules allant des avions hypersoniques aux lanceurs spatiaux réutilisables. Chacun des véhicules mesure 12 pieds de long avec une envergure d’environ cinq pieds.Arrière-plan 

L’un des principaux objectifs de l’entreprise aéronautique de la NASA, tel que défini dans le plan stratégique de la NASA, spécifiait le développement et la démonstration de technologies pour le vol hypersonique à respiration aérienne. Suite à l’annulation du programme National Aerospace Plane (NASP) en novembre 1994, les États-Unis n’avaient pas de programme cohérent de développement de la technologie hypersonique. En tant que l’un des programmes « meilleur, plus rapide, moins cher » développé par la NASA à la fin des années 1990, Hyper-X a utilisé la technologie National Aerospace Plane et devait rapidement passer à l’étape suivante, qui était la démonstration de la propulsion hypersonique à respiration aérienne dans voyage en avion.                                        

Objectifs du projet  Les objectifs du programme Hyper-X étaient de valider en vol la propulsion clé et les technologies associées pour les avions hypersoniques aérobies. Les deux premiers véhicules X-43 devaient voler à Mach 7. C’est beaucoup plus rapide que n’importe quel avion à respiration aérienne n’a jamais volé. L’avion à respiration aérienne le plus rapide au monde, le SR-71, a navigué légèrement au-dessus de Mach 3. La vitesse la plus élevée atteinte par le X-15 propulsé par fusée de la NASA était de Mach 6,7, en 1967. Le troisième X-43A devait atteindre une vitesse de Mach 10.

Vol à des vitesses hypersoniquesLe premier X-43A a été lancé depuis le B-52B de la NASA le 2 juin 2001. Peu de temps après l’allumage du Pegasus, une panne s’est produite et le booster a dû être détruit par l’officier de sécurité du champ de tir. L’enquête qui a suivi a retracé l’incident à une défaillance du système de commande de vol. Cela était dû à une modélisation incorrecte des forces générées par un lancement à 20 000 pieds, plutôt qu’à l’altitude normale de 40 000 pieds. Cette altitude de chute inférieure était nécessaire pour atteindre la vitesse d’épuisement de Mach 7 pour la séparation du X-43. L’enquête, apporter les modifications de conception nécessaires et prouver qu’elles fonctionneraient a nécessité près de trois ans d’efforts. Le changement majeur consistait à augmenter l’altitude de lancement à 40 000 pieds, pour rendre le profil Hyper-X similaire à celui d’un booster Pegasus standard. Pour maintenir la vitesse de séparation de Mach 7, quelque trois mille livres de propulseur de fusée solide ont été retirés du Pegasus. (Les fusées solides comme le Pegasus ne peuvent pas être arrêtées en vol, mais doivent plutôt brûler tout leur carburant.) D’autres modifications des systèmes Pegasus et X-43A ont également été apportées pour corriger les problèmes potentiels découverts par l’enquête.Le deuxième X-43A a volé avec succès le 27 mars 2004. Après la séparation du Pegasus, le scramjet du X-43A s’est enflammé. Le moteur a pu développer plus de poussée que la traînée du véhicule, et il a accéléré. C’était l’un des objectifs de recherche du vol. Le X-43A a établi une vitesse record de Mach 6,83 ou environ 4 900 mph. C’était la première fois qu’un moteur scramjet fonctionnait en vol. Une fois la combustion du moteur terminée, le X-43A a effectué des manœuvres pour les données aérodynamiques hypersoniques. Il est finalement tombé dans l’océan Pacifique dans la zone d’impact prévue.Le troisième vol X-43A était prévu pour atteindre Mach 10. Ce vol impliquait considérablement plus d’inconnues que la mission Mach 7. Alors qu’une combustion complète d’un moteur Scramjet Mach 7 pouvait être simulée dans une soufflerie, il n’en était pas de même à Mach 10. À cette vitesse plus élevée, les souffleries ne pouvaient créer les conditions appropriées que pendant 1/1000 de seconde au cours d’une seule course. Avec un temps de combustion d’environ dix secondes, le troisième vol du X-43A renverrait des ordres de grandeur de plus de données à cette vitesse que quelque quatre décennies d’essais au sol.Le vol a été effectué le 16 novembre 2004 et a atteint une vitesse de Mach 9,6, soit près de 7 000 mph. Le X-43A était capable de naviguer à cette vitesse, ce qui signifie que la poussée du moteur correspondait à la traînée. C’était la vitesse de croisière pour la conception du véhicule, et démontrer cette capacité était un objectif de la mission. Le scramjet a fonctionné comme prévu, montrant que les simulations au sol étaient exactes. Comme pour le vol précédent, le X-43A a effectué des manœuvres pendant le vol plané pour les données aérodynamiques, avant de toucher le Pacifique.Le programme X-43A/Hyper-X a atteint plusieurs objectifs importants. Il a fourni les premières données de vol libre sur les moteurs scramjet. Il a également montré que les outils prédictifs utilisés pour concevoir le moteur étaient précis. Ils pourraient ensuite être utilisés pour concevoir des scramjets plus avancés avec des temps de combustion plus longs. Le X-43A a transformé un concept prometteur mais non prouvé en réalité. L’Hyper-X a également formé une nouvelle génération d’ingénieurs, de scientifiques et de chercheurs au vol hypersonique. Enfin, il a fourni un aperçu de l’avenir. Le moteur du X-43A avait fonctionné pendant une dizaine de secondes. 101 ans auparavant, les frères Wright ont piloté un véhicule plus lourd que l’air pendant 12 secondes.Le X-43A et la technologie Scramjet

Le 16 novembre 2004, l’avion hypersonique expérimental sans pilote NASA X-43A a établi un nouveau record de vitesse de 10 617 km/h ou Mach 9,65. Avec ce vol, le X-43A est devenu l’avion aérobie en vol libre le plus rapide au monde. Le X-43A était propulsé par un soi-disant scramjet, c’est une variante d’un statoréacteur à réaction aérobie dans lequel la combustion a lieu dans un flux d’air supersonique.

Programme Hyper X de la NASA 

Après que la DARPA, en collaboration avec Rockwell, ait achevé sans succès le projet X-30 NASP (National Aero Space Plane) en 1993, la NASA a lancé le développement du X-43A, un véhicule sans pilote et hypersonique, sept ans plus tard avec le « Hyper-X » programme. Le programme Hyper-X de la NASA, impliquant l’agence spatiale américaine et des sous- traitants tels que Boeing, Micro Craft Inc, Orbital Sciences Corporation et General Applied Science Laboratory, comprenait également le projet X-43. Le projet Hyper-X Phase I a été mené conjointement par le Langley Research Center, Hampton, Virginie, et le Dryden Flight Research Center, Edwards, Californie. Langley était le centre principal et est responsable du développement de la technologie hypersonique. Dryden était responsable de la recherche en vol.

Conception X-43A

Le X-43A était relativement petit avec seulement 3,7 m de long et pesait environ 1 300 kg. Il a été conçu pour que le corps de l’avion fournisse une quantité significative de portance pour le vol, plutôt que de compter sur les ailes . L’avion sans pilote a été conçu pour être complètement contrôlable pendant son vol à grande vitesse mais pas pour atterrir et être récupéré. On pense que tous les véhicules d’essai se sont écrasés dans l’ océan Pacifique. Un problème majeur que les ingénieurs ont dû résoudre lors de la conception du X-43Aétait la chaleur produite à des vitesses de Mach. Il est possible qu’en raison des ondes de choc de compression impliquées dans la traînée supersonique, la chaleur puisse devenir si intense que des parties métalliques de la cellule fondent. Les ingénieurs ont essayé de surmonter ce problème en faisant circuler l’eau derrière le capot moteur et les bords d’attaque des flancs, refroidissant ces surfaces.

Technologie Scramjet

Le célèbre statoréacteur, ou «scramjet» a été conçu pour que la combustion externe ait lieu dans l’air qui circule à des vitesses supersoniques. Il est conçu comme un moteur à réaction à respiration d’air dans lequel l’air fourni à la chambre de combustion n’est pas comprimé par des pièces mobiles telles que des compresseurs, mais uniquement en exploitant la vitesse d’écoulement élevée du gaz lui-même dans une entrée fixe et rétrécie. Les statoréacteurs ne peuvent donc pas générer de poussée statique et ne fonctionnent qu’au-delà d’une vitesse minimale ; selon la conception exacte, souvent uniquement à une vitesse supersonique. Pour le lancement, on utilise principalement des fusées auxiliaires largables (boosters). Les statoréacteurs ont été décrits dès le début du XXe siècle par René Lorin, mais ils restent rares et ont été principalement utilisés dans les missiles anti-aériens. Les développeurs du X-43A ont conçu la cellule de l’avion pour qu’elle fasse partie du système de propulsion : l’avant-corps fait partie du flux d’air d’admission, tandis que la section arrière fonctionne comme une tuyère d’échappement. Le moteur était principalement alimenté en hydrogène et les véhicules propulsés par scramjet ne transportent pas d’oxygène à bord pour alimenter le moteur. De cette façon, la taille et le poids du véhicule peuvent être considérablement réduits.

Premier vol d’essai 

Le premier vol d’essai du X-43A a eu lieu en 2001, mais a échoué car le booster Pegasus a perdu le contrôle environ 13 secondes après avoir été libéré du porte-avions. Le deuxième vol d’essai a eu lieu en mars 2004. Le Pegasus a tiré avec succès et a largué le véhicule d’ essai à une altitude d’environ 29 000 m. Après la séparation, la prise d’air du moteur a été ouverte, le moteur s’est allumé et l’ avion a ensuite accéléré loin de la fusée pour atteindre Mach 6,83. Le carburants’écoulait vers le moteur pendant 11 secondes, un temps pendant lequel l’avion a parcouru plus de 24 km. Suite à la séparation du booster Pegasus, le véhicule a subi une légère baisse de vitesse mais le moteur scramjet a ensuite accéléré le véhicule en vol ascensionnel.

Avec ce vol, le X-43A est devenu l’avion aérobie en vol libre le plus rapide au monde. Le troisième et donc dernier exemplaire du démonstrateur Hyper-X 3 a de nouveau pu atteindre une vitesse record de Mach 9,66 (10 617 km/h) et une altitude de 34 kilomètres dès le 16 novembre 2004. L’avion supersonique maintenait la vitesse d’enregistrement pendant une dizaine de secondes. Le moteur a fonctionné pendant environ douze secondes, après quoi le statoréacteur a fondu en raison du manque de refroidissement actif du moteur en raison de sa conception. Il a ensuite effectué des manœuvres de vol prédéfinies pendant quelques minutes avant de s’écraser dans l’océan Pacifique comme prévu.

Héritage

Après la fin du projet X-43, l’US Air Force a poursuivi ses recherches hypersoniques avec le X-51A. Le premier vol a eu lieu le 26 mai 2010.

https://www.nasa.gov/centers/dryden/history/pastprojects/HyperX/index.html

https://www.nasa.gov/missions/research/x43-main.html

https://www.nature.com/articles/news041115-6

http://scihi.org/x-43a-scramjet-technology/