Un moteur
cryogénique est typiquement un moteur-fusée conçu soit échapper à la gravité de
la Terre à envoyer des sondes en interligne ou à soulever des satellites en
orbite. Ils utilisent des combustibles liquides qui sont refroidis à des
températures très basses et qui, autrement, seraient à l'état gazeux à la
pression atmosphérique normale et à la température, tels que l'hydrogène et
l'oxygène. Ces carburants sont utilisés dans l'une des deux principales
conceptions pour produire la force de propulsion. Soit l'hydrogène est vaporisé
comme le carburant et allumé par le comburant de l'oxygène pour produire de la
poussée de la fusée chaude standard, ou ils sont mélangés pour créer de la
vapeur super chaud qui sort de la tuyère du moteur et crée poussée.
Cinq pays
possèdent actuellement des systèmes de propulsion à moteurs cryogénique succès
testés à partir de 2011. Ce sont les États-Unis, la Russie et la Chine, ainsi
que la France et le Japon. Travailler au Centre aérospatial allemand à
Lampoldshausen, en Allemagne, est en cours pour développer la propulsion
cryotechnique. L'Inde a également testé sur le terrain un design cryogénique de
la fusée récemment, en 2009, produit à l'Organisation indienne de recherche
spatiale (ISRO), qui a abouti à l'échec catastrophique du véhicule d'essai.
L'ingénierie
cryogénique pour les carburants de fusée a été autour depuis au moins la
conception des années 1960 de l'ère de la fusée Saturn V, utilisé par les
missions lunaires Apollo Etats-Unis. Les États-Unis de la navette spatiale
moteurs principaux de l’utilisent également des combustibles cryogénique
stockées, comme le font plusieurs premiers modèles de missiles balistiques
intercontinentaux (ICBM) utilisés comme moyens de dissuasion nucléaire de la
Russie et de la Chine. Les fusées à carburant liquide ont une plus grande
poussée et, par conséquent, la vitesse que leurs homologues à combustible
solide, mais sont stockés avec des réservoirs de carburant vides, comme les
combustibles peuvent être difficiles à maintenir, et détériore les soupapes du
moteur et accessoires au fil du temps. Utilisation de carburant cryogénique
comme propulseur a exigé des installations de stockage pour le carburant, de
sorte qu'il peut être pompé dans le moteur-fusée des cuves de rétention en cas
de besoin. Depuis le temps de lancement de missiles qui sont alimentés par un
moteur cryogénique peut être retardée jusqu'à plusieurs heures, et le stockage
du combustible est risqué, les États-Unis converti à tous les missiles
balistiques intercontinentaux nucléaires alimentée solides dans les années
1980.
L'hydrogène
liquide et d'oxygène liquide sont stockés au niveau de -423 ° Fahrenheit (253 °
Celsius) et -297 ° Fahrenheit (-183 ° C), respectivement. Ces éléments
s'obtiennent facilement et offrent un des plus grands taux de conversion de
l'énergie des combustibles liquides à la propulsion des fusées, de sorte qu'ils
sont devenus les carburants de choix pour toutes les nations à travailler sur
la conception des moteurs cryogéniques. Ils produisent également un des taux
d'impulsion spécifique plus élevé connus pour la propulsion des fusées chimique
de jusqu'à 450 secondes. Impulsion spécifique est une mesure de la variation de
quantité de mouvement par unité de carburant consommée. Une fusée générer 440 impulsions
spécifiques, comme une navette spatiale motrice cryogénique dans le vide,
permettrait d'atteindre une vitesse d'environ 9,900 miles par heure (15840 km
par heure), ce qui est juste assez pour maintenir sur une orbite de décomposition
autour de la Terre pour une période de temps prolongée.
Une nouvelle
variation sur les moteurs cryogéniques est la Extensible cryogénique moteur
commun (CECE) mis au point par la National Aeronautics and Space Administration
(NASA) des États-Unis. On utilise de l'oxygène liquide et du combustible
typique d'hydrogène, mais l'ensemble du moteur lui-même est également
refroidie. Le carburant se mélange pour créer 5000 ° Fahrenheit (2760 degrés
Celsius) de la vapeur surchauffée comme une forme de fusée de poussée qui peut
être étranglé haut et en bas d'un peu plus de 100% à des niveaux de poussée de
10%, pour les manœuvres dans des environnements d'atterrissage par exemple sur
la surface de la lune. Le moteur a subi des tests de succès aussi tard que
2006, et peut être utilisé sur les deux futures missions habitées Mars et la
Lune.