2.3.1. Pas de tir

Le pas de tir vénusien a la particularité (comme toute la base) d’être en flottaison dans l’atmosphère. Au moment de son arrivée sur Vénus, il emporte seulement l’hydrogène pour supporter son propre poids, l’hydrogène pour supporter le lanceur sera produit par le module ISRU. Il est constitué d’un tube central isolé thermiquement afin de limiter la puissance nécessaire au refroidissement des ergols déjà à l’intérieur des réservoirs. Le tube et le lanceur sont tenus par trois bras télescopiques, composés de trois segments de 20 m supportés par les ballons de gaz portant. Le pas de tir peut se mettre en 3 configurations.

Configuration réception : pendant l’assemblage du lanceur, les bras se rétractent (afin de minimiser le moment de flexion) et se placent à l’horizontale afin de laisser un espace entre les ballons pour faire descendre les étages dans le tube. Les étages portés par leurs ballons se placent au-dessus du pas de tir, un système de drone équipé de câbles s’arrime au bas de l’étage afin de le treuiller vers l’intérieur du tube, un système de pliage des ballons est installé au sommet du tube. Le remplissage du premier étage peut commencer dans cette configuration (dans les limites de ce que supportent les bras en position horizontale) en attendant les autres éléments.

Configuration remplissage :  pour compenser l’apport de masse des ergols, les ballons se gonflent pour stabiliser l’ensemble mais les bras ne supportent plus le moment de flexion. Ils se déploient et se placent à la verticale, pour travailler en traction pure et mieux supporter la charge.  

Configuration de tir : peu de temps avant le tir, les parois du tube s’ouvrent pour ne pas être arrachées par le souffle du moteur et les câbles reliant l’ensemble de lancement aux autres modules sont déroulés pour lui laisser du mou. Au moment de l’allumage du moteur du premier étage, les ballons gonflés pourraient faire monter rapidement (accélération de 10g contre 0,5g) le pas de tir brutalement délesté du poids du lanceur. Pendant les premiers secondes, du gaz portant s’échappe pour que les deux éléments (pas de tir et lanceur) s’élèvent à la même vitesse sur la première dizaine de mètres (d’où le mou dans les câbles). Ce délai permet de passer les bras à l’horizontale et donc d’écarter les ballons de la trajectoire du lanceur avant qu’il ne remonte dans le tube et exerce une poussée sur le pas.

Pas de tir Remarque Masse (kg)
Ballons   1 500
Hydrogène de portance Uniquement pour l’arrivée sur Vénus 750
Structure   2 500
Systèmes divers   750
Pièces de rechange lanceur   2 000
??? Réserve de conception   500
Pas de tir L = 21 m, D = 2,5 m 8 000

2.3.2 Module ISRU : In-Situ Resource Utilisation

Il serait inconcevable de transporter la totalité du carburant du lanceur depuis la Terre. Heureusement pour le projet, à 54 km d’altitude, la base se trouve dans une couche de nuages d’acide sulfurique. Or, cet acide, une fois collecté, peut par pyrolyse à 300°C se décomposer en trioxyde de soufre (rejeté) et en eau, d’où sont extraits l’oxygène et l’hydrogène du VHP, du RCR et du 2ème étage. Le méthane du premier étage est quant à lui produit, grâce à la réaction de Sabatier, de l’hydrogène provenant de l’acide et du CO2 atmosphérique. Le module ISRU est séparé du pas de tir, pour éviter les dommages lors du lancement, et est relié par un ombilical. En plus des ergols, le module ISRU devra produire les gaz porteurs de la base, surtout pour le pas de tir pendant le remplissage. La production des ergols produit un excès d’oxygène qui est plus léger que le CO2 de l’atmosphère, il est donc injecté dans un compartiment séparé des ballons du pas de tir pour réduire les besoins en hydrogène. 

Voici la présentation des procédés chimiques pour produire un kg de chaque type d’ergol, l’oxygène en excès est affiché avec la portance qu’il crée.

Schémas de production d’un kilogramme de methalox et d’hydrolox
Schéma de production d’un kilogramme d’hydrogène liquide pour la récupération des modules
Schéma de production de gaz de gonflage de ballon pour 1 kg de portance

Le lanceur demandant le plus d’ergols est celui surmonté d’un RCR, il nécessite 75 t de methalox, 28 t d’hydrolox, 0,825 t d’hydrogène de récupération et du gaz portant pour 99,51 t de charge.

Il faut donc 658 t d’acide sulfurique, 42,9 t de CO2 et environ 2 606 GJ d’énergie. Pour pouvoir effectuer 2 tirs par mission (pour le RCR et le VHP), le remplissage doit se faire en 200 jours terrestres. Pour ne pas avoir à stocker trop d’énergie, le processus d’ISRU ne se fait que pendant les périodes d’ensoleillement. Le besoin théorique est donc de 302 kW, mais le projet est dimensionné pour 500 kW par sécurité, et prend en compte la déperdition thermique des ergols à travers les parois du pas de tir. Au vu de la proximité avec le soleil, Vénus reçoit 2620 W/m² d’énergie solaire en dehors de l’atmosphère. On peut estimer que cette valeur chute à 1750 W/m² à 54 km d’altitude, ce qui implique 1143 m² de panneaux solaires avec un rendement de 25%. De plus, le module profite de la réflexion de la lumière sur les couches basses de l’atmosphère et crée un éclairage omnidirectionnel non pris en compte et qui sert de marge de sécurité.

ISRU Remarque Masse (kg)
Ballons   300
Hydrogène de portance   500
Energie   2 300
Structure   1 000
Ombilicaux Reliés au pas de tir 500
ISRU   2 700
??? Réserve de conception   700
Total   8 000
Module ISRU en vol libre

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