L’impulsion spécifique (Isp) est la mesure standard utilisée par les ingénieurs en astronautique pour évaluer l’efficacité avec laquelle un moteur transforme le propergol en poussée. Ce calculateur détermine l’Isp à partir de la poussée et du débit massique, convertit l’Isp en vitesse d’éjection et inversement, et calcule une variable manquante à partir de spécifications partielles.

Fonctionnement de l’impulsion spécifique

L’impulsion spécifique est définie par Isp = F / (ṁ × g₀), où F est la poussée en newtons, ṁ le débit massique du propergol en kg/s et g₀ = 9.80665 m/s² la gravité standard. Malgré la présence de g₀, l’Isp ne décrit pas le comportement du moteur sous l’effet de la gravité : g₀ est simplement la constante qui donne une unité en secondes. Cette convention permet aux ingénieurs de comparer les moteurs au moyen d’une valeur unique, indépendante de la gravité.

L’Isp équivaut à la vitesse d’éjection divisée par g₀ (Isp = ve / g₀), où ve est la vitesse effective des gaz à la sortie de la tuyère. Ces deux mesures décrivent exactement le même rendement physique. Les ingénieurs américains expriment généralement l’Isp en secondes, tandis que les publications européennes et certains travaux scientifiques indiquent directement ve en m/s.

Pourquoi un Isp élevé est important

Selon l’équation de la fusée, la variation totale de vitesse (delta-v) qu’un véhicule peut atteindre augmente avec la vitesse d’éjection. Un moteur à Isp élevé atteint donc le même delta-v avec moins de propergol, ou un delta-v supérieur avec la même charge de propergol. Les fusées chimiques (kérosène/oxygène liquide, hydrogène/oxygène liquide, propergols solides) fournissent généralement un Isp de 250 à 450 secondes, car elles sont limitées par l’énergie libérée lors d’une réaction chimique. La propulsion électrique — moteurs ioniques et propulseurs à effet Hall — peut dépasser 3,000 secondes en utilisant des champs électriques pour accélérer le propergol à des vitesses d’éjection bien supérieures. La poussée produite reste toutefois beaucoup plus faible : cette propulsion convient aux manœuvres de longue durée et de faible poussée, plutôt qu’au lancement.

Calculer une variable manquante

Comme l’Isp, la poussée et le débit massique sont liés par une seule équation, deux valeurs connues permettent de calculer la troisième. Cela sert notamment à comparer l’Isp publié d’un moteur à une poussée cible pour dimensionner le débit de propergol nécessaire, ou à recalculer l’Isp à partir de mesures d’essai de poussée et de débit. Toutes les entrées doivent être positives. La poussée et le débit massique se mesurent directement, tandis que l’Isp et la vitesse d’éjection se déduisent toujours l’un de l’autre à l’aide de la constante de gravité standard.