Le moteur-fusée BE-4 de Blue Origin

Il me paraît nécessaire d’ouvrir un sujet à part pour le BE-4 comme c’est le cas du Raptor de SpaceX.
En effet ce moteur-fusée ne sera pas utilisé que par Blue Origin, mais aussi par ULA.
Sa principale caractéristique est d’utiliser un pré brûleur utilisant un mélange riche en oxygène, ce qui augmente les performances par rapport à un pré brûleur riche en carburant, mais est plus difficile à gérer.
Le sujet est ouvert et sera à compléter au fur et à mesure

Blue Origin
Le moteur-fusée BE-4 de Blue Origin BlueOrigin_BE4_Diagram

En examinant cette image, on remarque en premier que le pré brûleur fonctionne avec un mélange riche en comburant LOx et pauvre en carburant méthane. Les gaz de précombustion actionnent ensuite la turbine qui par l’intermédiaire d’un arbre unique fait fonctionner les deux pompes de carburant et de comburant. Le comburant,le méthane liquide sert à refroidir les parois du moteur-fusée en se gazéifiant avant d’être injecté dans la chambre de combustion avec les gaz riches en dioxygène en provenance du pré brûleur.

BO a écrit:
The first ox-rich staged combustion engine made in the U.S. will power two vehicles in the next generation of American orbital rockets.

L'avantage de cette méthode est d'avoir très peu de suie au prix il me semble d'un risque d'oxydation à chaud de la chambre de combustion, et à moins que l'intérieur de cette dernière ne soit en céramique il est possible qu'elle ne se consume petit à petit.

Anovel a écrit:L'avantage de cette méthode est d'avoir très peu de suie au prix il me semble d'un risque d'oxydation à chaud de la chambre de combustion, et à moins que l'intérieur de cette dernière ne soit en céramique il est possible qu'elle ne se consume petit à petit.

Effectivement ce choix interpelle car souvent le pré brûleur utilise un mélange riche en carburant et non en comburant, l’oxydant. Mais si ce choix est plus risqué et demande des matériaux résistant à l’oxydation il augmente les performances du moteur.

Pour revenir sur le risque d’oxydation de la turbopompe et des tuyauteries, il paraît évident que les ingénieurs de Blue Origin y ont réfléchi.
Quels moyens ont-ils employés pour s’en prémunir?
On peut penser à des céramiques qui sont déjà des oxydes et donc ne peuvent plus être oxydées. Mais on peut exploiter aussi la passivation des tuyauteries métalliques au moyen d’une couche d’oxydes en surface.

Giwa a écrit:
BO a écrit:
The first ox-rich staged combustion engine made in the U.S. will power two vehicles in the next generation of American orbital rockets.

Les deux lanceurs dont il parle sont bien le New Glenn et le Vulcan ?

montmein69 a écrit:
Giwa a écrit:

Les deux lanceurs dont il parle sont bien le New Glenn et le Vulcan ?

Effectivement! https://www.generation-nt.com/blue-origin-moteur-ula-vulcan-centaur-actualite-1957821.html

Je reprends l’information par montmein69 sur le test à pleine poussée du BE-4 qui est importante .
Cela indique qu’après les déboires du test de Mai 2017.le BE-4 est maintenant de nouveau sur les rails
https://www.geekwire.com/2019/jeff-bezos-touts-full-power-firing-blue-origins-next-generation-4-rocket-engine/

L'un des commentaires de l'article indique que le carburant qu'utilise BO pour le BE-4 ne serait pas exactement le même que celui avec lequel fonctionne le Raptor de Space X

BE-4 is LNG/LOX, which has interesting properties that can be challenging to manage. The Raptor is purified CH4 methalox, more costly to procure but easier to manage

.

Le Liquefied Natural Gas (LNG) serait plus délicat à utiliser

Effectivement ce commentaire est informatif et met en évidence que Blue Origin a fait un choix différent que SpaceX sur le choix du carburant.
Le commentaire qui suit, explique que ce choix différent est une conséquence que Blue Origin n’a pas opté pour un surrefroidissement comme le fait SpaceX pour minimiser les pertes par ébullition et densifier le plus possible les ergols. Par contre le LNG contient un peu d’éthane (pourcentage qui peut atteindre 10% : GNL ) qui augmente un peu le rapport C/H...donc l’optimisation pour la combustion doit différer de celle du méthane pur...chaque option de BO et SpaceX doit avoir ses avantages et ses inconvénient

Perilun a écrit:it appears that Raptor will use a more purified form of LNG than common ... but getting this commercial grade of NG or LNG to a state of high purity seems to be a mostly result of of the cryogenic process anyway to pack as much fuel as possible into the rocket. Perhaps there is an additional step as well to make it even more pure than that to remove Ethane. Perhaps BO BE-4 is running everything at a higher temp that purifies it less or omits the Ethane extraction

BO doit quand même avoir besoin d'un approvisionnement en LNG avec une teneur constante en autres constituants (éthane .... et y-en-a-t'il d'autres ?) .
A moins qu'ils n'aient aussi maitrisé la gestion de combustion avec un carburant avec des teneurs légèrement différentes ?

Il est vrai aussi qu'ils ne seront pas - à priori - dépendant d'une production par ISRU alors que le Starship est conçu comme un engin pouvant accéder à au moins une autre planète donc qui aura besoin de se ravitailler avec la production extra-terrestre.

Un tableau des compositions des LNG suivant leur origine. La provenance de Trinidad & Tobago parait la plus intéressante.

Le moteur-fusée BE-4 de Blue Origin Compos10

Effectivement le GNL provenant de Trinidad & Tobago

serait le plus approprié si on recherche à s’approcher du méthane pur.
Toutefois on peut se poser la question si l’emploi d’un GNL contenant une certaine proportion d’éthane pourrait conduire à un premier étage plus performant. En effet pour un premier étage, il n’y a pas que l’ISP qui compte, mais aussi la poussée (c’est d’ailleurs bien pour ça qu’Ariane utilise des EAP autour de l’étage central à l’hydrolox ).
En y réfléchissant un carburant avec un peu d’éthane en C2 dans le méthane en C1va augmenter le rapport CO₂ /H₂0 dans les gaz de combustion et le gain en poussée augmentera peut-être la performance malgré la perte en ISP...qui sait si le GNL algérien à 9% d’éthane ne serait pas au final plus performant pour un premier étage?

D'accord que mettre d'autres gaz genre éthane aide à la poussée mais ça ne simplifie pas la mise au point !
De plus ça peut augmenter la quantité de calamine dans le générateur de gaz riche en carburant, il me semble.

Comme BO semble opter pour du GNL qui n’est pas du méthane pur, reste à savoir quel GNL va être choisi ? En effet comme le tableau de montmein69 le montre,la variété est grande et pour les réglages, un choix devra être faite. Concernant l’éthane, après le méthane, c’est le plus hydrogéné avec 3 H pour 1 C d’après sa formule brute C₂H₆ tandis que pour les alcanes supérieurs de formule générique C_nH_2n+2 le rapport tend vers 2H pour 1 C .
Sa combustion- même incomplète dans le pré- brûleur - ne doit pas produire beaucoup de dépôt de carbone, mais surtout du monoxyde de carbone comme pour le méthane.
Il serait intéressant de connaître l’avis des consommateurs de GNL algérien...Bon, c’est seulement pour dire qu’il n’est pas évident de choisir le GNL qui serait le plus performant...Tout ça serait à tester !

Blue Origin a écrit:
LNG also possesses clean combustion characteristics even at low throttle, simplifying engine reuse compared to kerosene fuels.

Ce qui devrait rassurer : combustion propre même avec débit étranglé.
De plus le pré-brûleur utilise un mélange riche en oxygène, donc pour ce pré-brûleur, aucun risque de dépôt de carbone à son niveau.

Tiens tiens, les BE-4 avaient des problèmes de pompes, et c'est résolu '( ? ).

il semblerait que les nouveaux moteurs US, sensé remplacer les fameux RD-180 sont pas vraiment au point, quelques problèmes de turbopompes. tiens tiens c'est nouveau ça, on nous a bien caché ce point. Mais voila , notre cher Bruno, oui Bruno , Tory Bruno, le big boss de ULA a laché un pti morceau sur le sujet . Extrait traduit :

" Le chef de United Launch Alliance, Tory Bruno, a déclaré vendredi que le problème était «réglé» et que le moteur BE-4, prêt pour la production à grande échelle et configuré en vol accumule maintenant une variété de temps sur le stand. Bruno a fait ses commentaires environ une heure dans The House Present avec David Livingston.

Faut-t-il le rappeler, ULA, achète le moteur BE-4 pour offrir une poussée pour le premier étage de sa prochaine fusée Vulcan-Centaur. Ce booster pourrait faire ses débuts l'année prochaine, bien que l'ULA reste en attente de fourniture de BE-4 pour le vol principal. Deux de ces moteurs massifs - chacun offrant une poussée supplémentaire d'environ 25 p.c par rapport aux RS-25 utilisés sur la navette House - alimenteront chaque fusée Vulcan. "

https://www.universalpersonality.com/with-turbopump-issues-sorted-out-be-4-rocket-engine-moves-into-production/

Quand je pense que les ricains avaient des moteurs pour aller sur la Lune , en mode "human rated" (bon pour les vols habités). c'est à se taper le crane sur un mur. Mais on est pas à une aberration prés ..ULA / et Blue Origin, comment un grand constructeur de l’aérospatial US , Boeing et lockheed passent par un livreur de pizza et autres boites en carton '(Bezos et Amazon) pour leur fournir des moteurs, ????
Enfin, l'aerospatial a trop vouloir réduire les couts, sombre un peu dans une zone trouble.
Les turbopompes ne marchent pas bien, normal. toute l'industrie déconne un max chez les Yankees.

on continue ...

" Blue Origin teste à chaud le moteur BE-4 depuis environ trois ans, mais il y a eu des rumeurs de problèmes d'amélioration. Bruno lui-même a confirmé lors d'un entretien il y a deux mois que les turbopompes, qui alimentent le propulseur sous contrainte excessive dans la chambre de combustion du BE-4, nécessitaient néanmoins un dépannage. «Ce n’est pas simple, mais nous savons tous que nous sommes capables de le faire», a-t-il déclaré au Denver Enterprise Journal en août."

Réduire les coûts, encore et encore, sujet central pour l'industrie US du spatial : vous en doutez ?
" il peut sembler étrange que des fusées concurrentes utilisent le même moteur, mais comme Bruno l'a défini, il était moins cher pour ULA d'obtenir ses moteurs prédominants de Blue Origin que d'Aerojet Rocketdyne."

La course pour remplacer les RD180 :
The race to replace the RD-180 goes full throttle
https://www.pinterest.com/pin/434315957795723262/

Bladerunner2020 a écrit:Tiens tiens, les BE-4 avaient des problèmes de pompes, et c'est résolu '( ? ).

il semblerait que les nouveaux moteurs US, sensé remplacer les fameux RD-180 sont pas vraiment au point, quelques problèmes de turbopompes. tiens tiens c'est nouveau ça, on nous a bien caché ce point. Mais voila , notre cher Bruno, oui Bruno , Tory Bruno, le big boss de ULA a laché un pti morceau sur le sujet . Extrait traduit :

" Le chef de United Launch Alliance, Tory Bruno, a déclaré vendredi que le problème était «réglé» et que le moteur BE-4, prêt pour la production à grande échelle et configuré en vol accumule maintenant une variété de temps sur le stand. Bruno a fait ses commentaires environ une heure dans The House Present avec David Livingston.

Faut-t-il le rappeler, ULA, achète le moteur BE-4 pour offrir une poussée pour le premier étage de sa prochaine fusée Vulcan-Centaur. Ce booster pourrait faire ses débuts l'année prochaine, bien que l'ULA reste en attente de fourniture de BE-4 pour le vol principal. Deux de ces moteurs massifs - chacun offrant une poussée supplémentaire d'environ 25 p.c par rapport aux RS-25 utilisés sur la navette House - alimenteront chaque fusée Vulcan. "

https://www.universalpersonality.com/with-turbopump-issues-sorted-out-be-4-rocket-engine-moves-into-production/

Quand je pense que les ricains avaient des moteurs pour aller sur la Lune , en mode "human rated" (bon pour les vols habités). c'est à se taper le crane sur un mur. Mais on est pas à une aberration prés ..ULA / et Blue Origin, comment un grand constructeur de l’aérospatial US , Boeing et lockheed passent par un livreur de pizza et autres boites en carton '(Bezos et Amazon) pour leur fournir des moteurs, ????
Enfin, l'aerospatial a trop vouloir réduire les couts, sombre un peu dans une zone trouble.
Les turbopompes ne marchent pas bien, normal. toute l'industrie déconne un max chez les Yankees.

on continue ...

" Blue Origin teste à chaud le moteur BE-4 depuis environ trois ans, mais il y a eu des rumeurs de problèmes d'amélioration. Bruno lui-même a confirmé lors d'un entretien il y a deux mois que les turbopompes, qui alimentent le propulseur sous contrainte excessive dans la chambre de combustion du BE-4, nécessitaient néanmoins un dépannage. «Ce n’est pas simple, mais nous savons tous que nous sommes capables de le faire», a-t-il déclaré au Denver Enterprise Journal en août."

Réduire les coûts, encore et encore, sujet central pour l'industrie US du spatial : vous en doutez ?
" il peut sembler étrange que des fusées concurrentes utilisent le même moteur, mais comme Bruno l'a défini, il était moins cher pour ULA d'obtenir ses moteurs prédominants de Blue Origin que d'Aerojet Rocketdyne."

La course pour remplacer les RD180 :
The race to replace the RD-180 goes full throttle
https://www.pinterest.com/pin/434315957795723262/

Le moins qu'on puisse dire, c'est que ces remarques ne sont pas pertinentes.
La conquête de la lune a pratiquement été faite à coût et effort infini. On ne saura jamais exactement à quel prix les américains ont construit les saturn 5 mais on sait que le congrès à annulé toutes les misions au delà d'Apollo 17.

Aujourd'hui, on essaye de rendre l'espace commercialement compatible. Cela demande quelques ajustements et pas mal de tâtonnements. Pour moi, le fait que BluOrigin ai des problèmes de mise au point de ses turbo pompes est juste une information. Ils vont revoir leur copie et sortir une turbopompe qui fonctionne. Personnellement, je suis plus inquiet sur nos capacité à faire brûler de façon stable un mélange oxygène méthane. J'ai une connaissance qui bosse sur l'optimisation de la combustion du Prométhéus et ce n'est pas une sinécure.

Je rejoindrais Bladerunner sur un point, c'est qu'il est difficilement compréhensible qu'un cador du spatial fasse confiance pour un composant aussi crucial que la motorisation, en un partenaire comme blue origin, une entreprise qui existe depuis 20 ans et qui n'a jamais rien produit qui soit allé en orbite. C'est allucinant.

@Taolanglais

Sur ce point, je suis partiellement d'accord. La solution du BE-4 semble un peu inconsidéré mais ULA avait-il vraiment le choix ?
Le RD-180 a mauvaise presse car pas américain du tout => ULA devait trouver une autre solution à moyen terme.
Le Raptor est la propriété de SpaceX => Pas certain qu'en demander une licence d'exploitation soit couronné de succès.
Du coup que reste-t-il comme alternative à Blue Origin ?

Et bien, je ne sais pas, moi, par exemple en développer un eux-même ? C'est pas exactement comme si ce n'était pas la plus grosse entreprise du spatial aux USA... Non, vrai ment, je ne vois pas ce qui permet aujourd'hui de prendre Blue Origin au sérieux. Je ne dit pas qu'ils ne sont que fumisterie, ce serait un peu gros, mais la confiance et la fiabilité, ça s'acquiert.

GNU Hope a écrit:@Taolanglais

Sur ce point, je suis partiellement d'accord. La solution du BE-4 semble un peu inconsidéré mais ULA avait-il vraiment le choix ?
Le RD-180 a mauvaise presse car pas américain du tout => ULA devait trouver une autre solution à moyen terme.
Le Raptor est la propriété de SpaceX => Pas certain qu'en demander une licence d'exploitation soit couronné de succès.
Du coup que reste-t-il comme alternative à Blue Origin ?

Il y avait une alternative : l'AR1 d'Aerojet Rocketdyne, avec lequel le BE-4 a été en compétition.

taolanglais a écrit:Je rejoindrais Bladerunner sur un point, c'est qu'il est difficilement compréhensible qu'un cador du spatial fasse confiance pour un composant aussi crucial que la motorisation, en un partenaire comme blue origin, une entreprise qui existe depuis 20 ans et qui n'a jamais rien produit qui soit allé en orbite. C'est hallucinant.

Le secteur de l’aérospatial US est plein de contradictions, et cela depuis les missions Apollo sur lequel y a bcp à dire (tous ces avancements en technologie abandonnés ???, et là je ne parle que des moteurs) mais là n'est pas le sujet.

Le New Space est aussi bourré de zones d'ombres. SpaceX est un cas d'école, malgré leur jeux de transparence et le communication pour passer pour la boite cool et branchée, bcp d’éléments sont souvent en contradiction avec leur narratif officiel. Ici, C'est Blue Origin et le géant du spatial ULA. oui, encore une aberration.

Mais comme cela se fait dans le métier, il faudra attendre 10 ou 20 ans pour voir parler les principaux protagonistes du secteur dans un entrevue ou un article. comme c'est le cas de Aldridge et sa commission (il dit tout sur un long entretien publié sur le site de la NASA), un ancien de l'Aerospace Corp, et un des fondateurs de la politique spatiale US, un ancien manager de la NRO (du lourd, très lourd ) c'est aussi un élément clé à l'apparition de Spacex...mais ceci est une autre histoire.

Pour les moteurs BE-4, ULA et Blue Origin, il faudra attendre un moment pour voir les vrais enjeux des évolutions en cours. Patience.

GNU Hope a écrit:
Bladerunner2020 a écrit: lTiens tiens, les BE-4 avaient des problèmes de pompes, et c'est résolu '( ? ).

il semblerait que les nouveaux moteurs US, sensé remplacer les fameux RD-180 sont pas vraiment au point, quelques problèmes de turbopompes. tiens tiens c'est nouveau ça, on nous a bien caché ce point. Mais voila , notre cher Bruno, oui Bruno , Tory Bruno, le big boss de ULA a laché un pti morceau sur le sujet . Extrait traduit :

" Le chef de United Launch Alliance, Tory Bruno, a déclaré vendredi que le problème était «réglé» et que le moteur BE-4, prêt pour la production à grande échelle et configuré en vol accumule maintenant une variété de temps sur le stand. Bruno a fait ses commentaires environ une heure dans The House Present avec David Livingston.

Faut-t-il le rappeler, ULA, achète le moteur BE-4 pour offrir une poussée pour le premier étage de sa prochaine fusée Vulcan-Centaur. Ce booster pourrait faire ses débuts l'année prochaine, bien que l'ULA reste en attente de fourniture de BE-4 pour le vol principal. Deux de ces moteurs massifs - chacun offrant une poussée supplémentaire d'environ 25 p.c par rapport aux RS-25 utilisés sur la navette House - alimenteront chaque fusée Vulcan. "

https://www.universalpersonality.com/with-turbopump-issues-sorted-out-be-4-rocket-engine-moves-into-production/

Quand je pense que les ricains avaient des moteurs pour aller sur la Lune , en mode "human rated" (bon pour les vols habités). c'est à se taper le crane sur un mur. Mais on est pas à une aberration prés ..ULA / et Blue Origin, comment un grand constructeur de l’aérospatial US , Boeing et lockheed passent par un livreur de pizza et autres boites en carton '(Bezos et Amazon) pour leur fournir des moteurs, ????
Enfin, l'aerospatial a trop vouloir réduire les couts, sombre un peu dans une zone trouble.
Les turbopompes ne marchent pas bien, normal. toute l'industrie déconne un max chez les Yankees.

on continue ...

" Blue Origin teste à chaud le moteur BE-4 depuis environ trois ans, mais il y a eu des rumeurs de problèmes d'amélioration. Bruno lui-même a confirmé lors d'un entretien il y a deux mois que les turbopompes, qui alimentent le propulseur sous contrainte excessive dans la chambre de combustion du BE-4, nécessitaient néanmoins un dépannage. «Ce n’est pas simple, mais nous savons tous que nous sommes capables de le faire», a-t-il déclaré au Denver Enterprise Journal en août."

Réduire les coûts, encore et encore, sujet central pour l'industrie US du spatial : vous en doutez ?
" il peut sembler étrange que des fusées concurrentes utilisent le même moteur, mais comme Bruno l'a défini, il était moins cher pour ULA d'obtenir ses moteurs prédominants de Blue Origin que d'Aerojet Rocketdyne."

La course pour remplacer les RD180 :
The race to replace the RD-180 goes full throttle
https://www.pinterest.com/pin/434315957795723262/
Le moins qu'on puisse dire, c'est que ces remarques ne sont pas pertinentes.
La conquête de la lune a pratiquement été faite à coût et effort infini. On ne saura jamais exactement à quel prix les américains ont construit les saturn 5 mais on sait que le congrès à annulé toutes les misions au delà d'Apollo 17.

Aujourd'hui, on essaye de rendre l'espace commercialement compatible. Cela demande quelques ajustements et pas mal de tâtonnements. Pour moi, le fait que BluOrigin ai des problèmes de mise au point de ses turbo pompes est juste une information. Ils vont revoir leur copie et sortir une turbopompe qui fonctionne. Personnellement, je suis plus inquiet sur nos capacité à faire brûler de façon stable un mélange oxygène méthane. J'ai une connaissance qui bosse sur l'optimisation de la combustion du Prométhéus et ce n'est pas une sinécure.

Les turbopompes sont des sous-systemes critiques dont le développement et la production connaissent des aleas majeurs , explosions au banc d’essai , pertes de missions, sur de nombreux programmes de lanceurs ( USA, Russie, Europe, Chine ...).
Les ressources humaines et les connaissances antérieures des USA , industriels, universites, experts , moyens d’essais, sont mobilisées par la NASA, aux côtés de l’industriel US lorsque un tel aleas intervient, car la propulsion de Vulcan est stratégique...pour la sécurité des Etats Unis.
Les USA ont imperativement besoin de ne pas dependre d’une puissance étrangère , pour l’acces à l’espace.

Paire de moteurs BE-4, twittée par Tory Bruno :

Sam 9 Fév 2019 - 10:54

Sam 9 Fév 2019 - 14:53

Sam 9 Fév 2019 - 15:36

Sam 9 Fév 2019 - 20:28

Sam 9 Fév 2019 - 23:38

Dim 10 Fév 2019 - 8:22

Dim 10 Fév 2019 - 12:32

Dim 10 Fév 2019 - 13:16

Mer 18 Sep 2019 - 19:52

Mer 18 Sep 2019 - 20:57

Mer 18 Sep 2019 - 23:45

Jeu 19 Sep 2019 - 11:18

Ven 20 Sep 2019 - 16:19

Ven 20 Sep 2019 - 18:55

Ven 20 Sep 2019 - 20:00

Ven 20 Sep 2019 - 21:54

Mar 27 Oct 2020 - 18:39

Mer 28 Oct 2020 - 19:43

Mer 28 Oct 2020 - 20:02

Mer 28 Oct 2020 - 21:01

Mer 28 Oct 2020 - 21:35

Mer 28 Oct 2020 - 22:14

Jeu 29 Oct 2020 - 18:38

Jeu 29 Oct 2020 - 22:35

Lun 7 Déc 2020 - 19:16