Moteur de l'étage de remontée (Ascent Stage Engine)

Le sous-système de propulsion principal (Main Propulsion Subsystem ou MPS) se compose de deux sections de propulsion distinctes, complètes et indépendantes : la section de propulsion de descente et la section de propulsion de montée.

Au cours de toutes les missions lunaires habitées Apollo, un seul moteur était considéré comme si critique que même les modifications les plus insignifiantes ou mineures devaient être approuvées par la plus haute direction de la NASA.

Le rôle du moteur de remontée (ou d'ascension), aka Ascent Propulsion System pour APS ou LMAE pour Lunar Module Ascent Engine, est de renvoyer en toute sécurité les membres d'équipage vers le vaisseau mère à partir de la surface lunaire. Il est primordial qu'il fonctionne de façon satisfaisante à cet effet. Les moteurs (8096, 8247) de l'étage de fusée RM-81 Agena sont à son origine. Le système doit être aussi simple que possible pour renforcer sa fiabilité. Ainsi, la conception et le développement de l'APS sont principalement axés sur la simplicité et la fiabilité, tandis que les performances et la masse sont des considérations secondaires.

Le moteur ascentionnel est installé dans la section centrale de l'étage supérieur du LM. Son sommet, envellopé d'un capot, dépasse dans la cabine pressurisée. Construit par Bell Aerospace, c'est un moteur relativement simple : son alimentation en propergol est assurée par de l'hélium gazeux à haute pression stocké à température ambiante, ce qui signifie qu'il n'y a pas de pompe, de pièces mobiles et les commandes correspondantes. Il possède une chambre de combustion refroidie par ablation et non par régénération, ce qui permet d'éliminer la compléxité et la masse supplémentaire qui y sont liées. En utilisant une chambre de combustion refroidie par ablation il est possible également d'étendre les limites opérationnelles du rapport de mélange, de la température du propergol et de la pression de la chambre.

Une approche de conception extrêmement fiable, basée sur un seul moteur, sans accélérateur et sans cardan, a simplifié les exigences du système de contrôle du véhicule, ce qui améliore la fiabilité globale du système. Selon les premières études, la plupart des pannes du système de propulsion étaient causées par des problèmes de commandes, de vannes et de solénoïdes, plutôt que par des problèmes d'injecteur ou de chambre de poussée. Par conséquent, la redondance des composants sujets aux défaillances a été employée, dans la mesure du possible, afin d'accroître la fiabilité.

Toutefois Bell Aerospace rencontra des difficultés avec l'instabilité de combustion. Rocketdyne a été finalement mis à contribution pour développer un injecteur qui ne souffre pas de ce problème. La société entra en scène un peu tard, et il faudra attendre août 1968, après le vol du LM-1, pour que le moteur de Bell avec l'injecteur de Rocketdyne ne soit complet. Cela signifie que ce moteur sera testé dans l'espace pour la première fois sur le module lunaire du vol Apollo 9.

La sélection des propergols repose en fonction de l'expérience acquise avec d'autres programmes, des points communs avec la conception du LM, des exigences en matière de stockage, de l'hypergolicité, des performances et de la densité.

DESCRIPTION DU LMAE

Chambre de combustion et extention de la tuyère

La chambre de combustion se compose du carter moteur et de l'ensemble support ainsi que d'un ensemble de matériau ablatif (plastique), qui comprend l'extension de buse. Les deux ensembles sont collés et verrouillés ensemble pour former une unité intégrale. L'ensemble plastique, qui assure le refroidissement ablatif de la chambre de combustion, se compose du matériau ablatif de la chambre, de l'isolant de la chambre, du matériau ablatif de l'extension de buse et d'un enroulement filamentaire structurel. Le matériau ablatif de la chambre s'étend de l'injecteur jusqu'à l'emplacement du taux d'expansion 4.6:1. L'isolant de la chambre, situé entre le matériau ablatif et le boîtier, permet de maintenir la température de la peau de la chambre dans les limites de conception.
Le matériau ablatif de l'extension de la tuyère s'étend du taux d'expansion de 4.5:1 au plan de sortie de 45.6:1 et assure un refroidissement ablatif dans cette région. L'enroulement structurel de filaments de fibre de verre fourni un support structurel à l'assemblage en plastique et lie les sections de la chambre et de l'extension de la tuyère ensemble.