L'Hydyne est une substance hygroscopique, claire à température ambiante, et incolore, dégageant une odeur ammoniacale, miscible en toute proportion à l'eau et à d'autres substances. Les propriétés de l'Hydyne sont semblables à celles de l'UDMH.
L'Hydyne fait partie de la série de carburant Mixed amine fuel, il est désigné sous le nom de code « Mixed amine fuel 4 », abrégé en MAF-4, ou par « U-DETA », contraction de UDMH-DETA.
Le mot Hydyne vient probablement du mot Hydrazines, classe de composés chimiques de l'UDMH et le DETA, les constituants de l'Hydyne, donnant le préfixe Hy-, et du mot dyne, une unité de mesure de puissance, le complétant comme suffixe[9]. Le carburant peut aussi être écrit « Hydine », mais aucune source précise l'origine de la variante d'écriture.
Wernher von Braun a proposé en 1954 l'idée de mettre un satellite en orbite lors d'une réunion du comité de vol spatial de l'américain Rocket Society. Il baptisait son projet « Orbiter », et son plan était d'utiliser une fusée de recherche et développement, dérivée du PGM-11 Redstone, le Jupiter-C, avec des grappes de petits propulseurs à propulsion solide au sommet[10].
En pleine année géophysique internationale, qui doit s'étaler de à , Les États-Unis et l'Union des républiques socialistes soviétiques déclarent vouloir chacun placer un satellite artificiel en orbite terrestre basse. Aux États-Unis, deux camps de recherches voient le jour, pour réussir la mise en orbite d'un satellite avant les Soviétiques. Le premier, est le projet Orbiter, dirigé par Wernher von Braun et son équipe d'ingénieurs allemands, avec une étroite collaboration de l'US Army. L'autre camp est celui du Naval Research Laboratory, travaillant sur le programme Vanguard, une fusée-sondeViking modifiée qui permettra l'envoi d'un petit satellite d'un kilogramme. Pour se charger de sélectionner le vainqueur, le comité scientifique suit les directives présidentielles qui stipulent que le projet doit conserver un caractère civil.
Le , au détriment d'Orbiter pourtant plus abouti, le président Eisenhower approuve le programme Vanguard.
Le , les Soviétiques réussissent la première mise en orbite d'un satellite, Spoutnik 1, suivie par Spoutnik 2 un mois plus tard, contenant la chienne Laïka. Les Américains répliquent le , avec un vol d'une fusée Vanguard, volant seulement deux secondes avant d'exploser en se crashant sur le pas de tir[11]. Après cette défaite, les États-Unis se tournent vers Wernher von Braun et ses fusées Redstone, plus particulièrement son Jupiter-C, pour les transformer en lanceurs. Mais un problème apparait : tel que conçu, le Jupiter-C n'avait pas une capacité de levage suffisante pour atteindre l'orbite. Wernher von Braun avait calculé que si on augmentait l'efficacité du carburant de 8 %, la fusée serait capable de mettre un satellite en orbite. Avant la création de l'Hydyne, les fusées de la famille Redstone utilisaient de l'éthanol coupé à 25 % d'eau comme carburant, et de l'oxygène liquide comme comburant (oxydant)[12]. Pour la conception d'un nouveau carburant, mais aussi un oxydant, l'armée insiste pour que la NAA mette à la tête du projet une personne. Ainsi, lorsqu'un colonel vient au bureau de la NAA avec des nouvelles du contrat, la NAA lui répondit sans hésiter que Mary Sherman Morgan sera à la tête du projet. Le colonel s'en oppose, car elle ne possède pas de diplôme universitaire, et se trouvait également être une femme. Mais après insistance, Mary Sherman Morgan est mise à la tête du projet, pour la conception du nouveau carburant, mais aussi d'un nouvel oxydant.
Lancement du satellite Explorer 1 par une fusée Juno I le , dont le premier étage était propulsé à l'Hydyne avec de l'oxygène liquide (LOx).
Durant le développement d'Hydyne, Mary Sherman Morgan est aidée dans ses calculs par Bill Weber et Toru Shimizu, qui venaient d'obtenir une maîtrise en génie chimique et avaient été embauchés lors d'un salon de l'emploi. Travaillant jour et nuit, ils ont essayé de faire des suppositions éclairées sur les combinaisons qui fonctionneraient, puis de faire les calculs pour prouver les résultats. Outre le carburant, la NAA et l'armée avaient également demandé à Mary Sherman Morgan de concevoir une alternative à l'oxygène liquide, mais sachant qu'il y avait des centaines de combinaisons de carburant, mais peu d'options pour les oxydants, elle a continué avec le développement du carburant, car elle savait qu'il y avait une bien meilleure chance de trouver une alternative pour ce dernier.
Le lendemain, les trois chercheurs trouvent la masse volumique, et Mary Sherman Morgan commande quatre tonnes de diéthylènetriamine, mais le ratio n'est pas encore établi. En peu de temps, Mary Sherman Morgan suppose que le ratio UDMH/DETA est 60/40, confirmé par calcul. Elle baptise sa substance « Bagel ». Le choix de ce nom est un jeu de mots avec l'oxydant utilisé, l'oxygène liquide, abrégé en « LOx », qui porte le même nom qu'un filet de saumon baptisé Lox(en), servi avec du bagel. Mais l'armée, n'acceptant pas ce nom, le renomme « Hydyne ». Grâce à ce nouveau carburant, le gain est augmenté de 8 % au minimum, et le moteur devrait pouvoir être en fonctionnement pendant 155 s dans trois tests distincts. Dans les premiers temps, des suppositions ont été établies. Un jour, la manière dont l'Hydyne est introduit et mélangé dans le moteur-fusée est légèrement modifié. Après trois essais, le moteur-fusée consommait le carburant pendant parfaitement 155 s. Le carburant est alors validé[13]. L'Hydyne pouvait produire une poussée de 83 000 lbf (369 kN) mélangé à de l'oxygène liquide, avec un ratio de 1,73[14], plus que l'alcool éthylique. De plus, son impulsion spécifique est supérieure à celui de l'éthanol, et est aussi plus dense, ce qui permettait une charge propulsive accrue.
Cette section est vide, insuffisamment détaillée ou incomplète. Votre aide est la bienvenue ! Comment faire ?
Jupiter-A CC-43 décollant de la base de Cap Canaveral, le 27 février1958. Comme d'autre Jupiter-A, il utilise l'Hydyne comme carburant.Vol sur le Jupiter-A (CC-15) — 19 novembre 1956 : -
Vol sur le Jupiter-A (RS-22) — 19 décembre 1956 : L'Hydyne fut utilisé pour la première fois le [15] sur Jupiter-A #RS-22, un missile Redstone reconverti en une fusée expérimentale[16]. Son objectif était de tester le contrôle d'une configuration de missile instable en utilisant un compteur d'angle d'attaque dans la phase ascendante. Le point de visée est manqué de 157 200 m. Cependant, l'impulsion spécifique a dépassé les valeurs prévues[17],[18].
Vol sur le Jupiter-A (CC-45) — 14 janvier 1958 : Le Jupiter-A #CC-45 décolle le au pas de tir LC-6 de Cap Canaveral. Le vol a permis de démontrer le système de guidage complet. Le vol a également permis de réaliser le cinquième essai en vol complet de l'ogive inerte et du système d'allumage. L'Hydyne a été utilisé lors de ce vol pour améliorer les performances, et des nacelles de télémétrie détachables ont été testées au cours du vol. Tous les objectifs de la mission ont été atteints, et l'amerrissage à 142,4 milles nautiques de la cible s'est produit à 370 mètres au-dessus et à 86 mètres à droite du point d'impact prédéterminé[19].
Jupiter
Vols sur les Jupiter-C — (15 mai 1957 à 8 août 1957) : -
Vols sur les Juno I : -
Vol sur le Jupiter-A (CC-43) — 27 février 1958 :- Le Bell X-1E (1955).
Vol sur le X-1E — 6 novembre 1958 : Le , le pilote John B. McKay prend le contrôle du Bell X-1modèle E, un avion expérimental à moteur-fusée pour effectuer un vol de recherche afin de tester les changements du moteur. Sur ce vo à basse altitude, les ingénieurs de la NACA du High-Speed Flight Research Center proposent de faire passer la vitesse maximale de l'engin de Mach 2,7 à Mach 3, en augmentant la pression dans le moteur-fusée LR-8-RM-5, mais aussi en remplaçant l'alcool éthylique faisant office de carburant par de l'Hydyne. Décembre de cette même année, une inspection au rayon-X a dévoilé des fissures dans le réservoir de carburant. À cause du coût de réparation et de la prochainement mise en service du X-15, le X-1E — et les X-1 en général — ont été mis hors service après ce dernier vol[20],[21].
Pour le programme Mercury, la NASA doit trouver un missile pour le reconvertir en lanceur spatial, pour lancer une capsule Mercury avec un astronaute à son bord. L'agence choisit le missile SM-65 Atlas pour l'envoi de l'astronaute, mais les essais en vols sont peu satisfaisants : au premier vol, il subit une défaillance structurelle peu après le lancement, elle n'a donc pu atteindre sa trajectoire prévue. Un autre échec a eu lieu lors du lancement en vol orbital de Mercury-Atlas 3. Par précaution, la NASA est forcée de désigner un nouveau lanceur pour le programme, en attendant que l'Atlas devienne opérationnel. La NASA se tourne alors vers le missile PGM-11 Redstone, et sa famille de fusée comprenant Jupiter-C et Juno I, fusées ayant fait leurs preuves grâce à l'Hydyne. Mais le carburant présente un défaut majeur : l'Hydyne est extrêmement toxique et corrosif. De plus, l'A-7, le moteur-fusée du Redstone, n'avait jamais volé avec l'Hydyne[12]. Si l'Hydyne est utilisé sur les vols habités du programme Mercury, cela pourrait mettre en danger l'astronaute en cas de défaillances. Les deux premiers vols habités ont bien eu lieu sur une fusée Redstone, renommé pour le programme Mercury-Redstone, sans l'utilisation de l'Hydyne, mais avec de l'alcool éthylique[22]. Après que les Atlas, alors renommés Atlas LV-3B pour le programme, deviennent opérationnels, la Mercury-Redstone est mise hors service.
Un AQM-37A sur un A-6E Intruduer. L'AQM-37A utilise de l'Hydyne et de l'IRFNA.
Cette section est vide, insuffisamment détaillée ou incomplète. Votre aide est la bienvenue ! Comment faire ?
En 1975 sur l'île de Vieques, à Porto Rico, des AQM-37A remplis d'Hydyne et d'IRFNA commencèrent à fuir dans une zone militaire américaine. Ainsi, 805 kg d'Hydyne et 2 393 kg d'IRFNA ont dû être versés par le personnel dans un canal de drainage naturel se déversant dans un détroit, grâce à l'aide de 25 bidons.
Rocketdyne rapporte un point de fusion de l'Hydyne à −84,4 °C, mais cette valeur, du fait de l'aspect visqueux et vitreux que l'Hydyne prend à cette température, présente une incertitude considérable[2].
La pression de vapeur a été mesurée et rapportée par Food Machinery and Chemical Corporation (FMC) et Rocketdyne. Cependant, la pureté et les données de composition faisaient défaut et relativement peu de points de données avec une dispersion considérable ont été obtenus. Basée sur les données disponibles, la pression de vapeur peut être décrite[3] :
La masse volumique a été mesurée par FMC et Reaction Motors Division (RMD) en trois ensembles de données, mais les ensembles de données comprennent des erreurs, des variations de composition, des impuretés de la DETA allant jusqu'au 9 %, faussant les données. Aucune tentative de correction des données n'a été effectuée, à cause du manque de savoir sur les conditions et les méthodes utilisées sur les mesures. Toutes les données disponibles, à l'exception d'un point manifestement en désaccord avec le reste, ont été utilisées pour dériver l'équation de masse volumique suivante[4] :
Deux valeurs de l'indice de réfraction de l'Hydyne ont été reportées. La première, mesurée par le Bureau des mines des États-Unis, a donné une fourchette entre 1,443 et 1,446 à 13 °C, alors qu'une autre étude a obtenu 1,438 à 25 °C[8].
Les propriétés chimiques de l'Hydyne peuvent être déterminées grâce à ses deux composants : l'UDMH et la DETA. Ce mélange basique peut être lentement oxydé par le CO2, contenu par exemple dans l'atmosphère terrestre. L'hydyne attaque le cuivre et le laiton, grâce à l'UDMH. Bien qu'aucune donnée spécifique sur les réactions chimiques de l'Hydyne n'ait été reportée, on peut supposer que l'Hydyne possède les mêmes propriétés que l'UDMH[26].
L'enthalpie standard de formation de l'Hydyne peut être calculée à partir de l'enthalpie standard de formation des deux ingrédients et de la fraction molaire. Sachant que la composition massique exacte de l'Hydyne est de 60 % en UDMH et de 40 % en DETA, l'enthalpie standard de formation (à 298,15 K) de l'Hydyne est de 3,70 kcal/mol. La mole est définie comme 72,149 8 g avec la formule brute[27] :
Les valeurs critiques de température et de pression, également mesurées par Rocketdyne, rapportaient respectivement 285 °C et 784 livres par pouce carré (5 410 000 Pa). Les méthodes utilisées pour obtenir ces résultats ne sont pas connues car la source originale des données n'était pas disponible, rendant ces valeurs invérifiables. De plus, comme l'Hydyne est un mélange, les données se réfèrent très probablement à un point « pseudocritique », de sorte que ces valeurs doivent donc être traitées comme provisoires[6].
La décomposition radiolytique de l'Hydyne a été reportée à 149,4 mL de gaz d'échappement radiolytique, mesurée à 25 °C et 1 atm, lorsqu'il est irradié à 8,5 × 106 rads avec des rayons gamma. Cette étude fut réalisée pour déterminer s'il est possible de supprimer la génération de gaz non condensables lorsque les carburants liquides Hydrazine, RP-1 et Hydyne sont soumis à un rayonnement gamma au cobalt 60. Plus la suppression de cette génération de gaz d'échappement est élevée, plus la capacité de stockage des combustibles par rapport aux rayonnements ionisants dans l'espace et des moteurs-fusées nucléaires est élevée[28].
L'oxygène liquide était le plus récent, le moins cher, le plus sûr et finalement l'oxydant de préférence des lanceurs spatiaux. C'est l'unique comburant qui était utilisé avec l'Hydyne avec l'IRFNA.
En absence d'informations détaillées pour des mélanges spécifiques, on peut déterminer la toxicité de l'Hydyne à partir de celle de ses deux composants. L'UDMH est le composant ayant la pression de vapeur la plus élevée, il est donc de considération primordiale. L'UDMH et la famille de combustibles aminés mixtes (MAF), comprenant l'Hydyne, représentent un danger humain par[35] :
contact avec les yeux à l'état liquide ou gazeux ;
L'UDMH est inflammable dans l'air sur une très large gamme de concentrations mais la plage d'inflammabilité pour les MAF, comprenant l'Hydyne, peut être légèrement plus étroite que pour l'UDMH. Toutes ces substances sont hypergoliques avec certains oxydants, tels que les acides nitriques fumants, le tétroxyde d'azote, le peroxyde d'hydrogène, le trifluorure de chlore et le fluor. Les chiffons, déchets de coton, chutes de bois, excelsior et autres matériaux de grande surface, provoquent une inflammation spontanée à l'absorption de l'UDMH ou des MAF. Ils ne doivent en aucun cas être stockés dans des conditions qui empêchent la dissipation de la chaleur qui s'accumule lors de l'oxydation progressive. Lorsqu'ils entrent en contact avec de telles matières organiques, des incendies peuvent être provoqués. Deux types d'incendies se produisent : les feux supportés librement dans l'air et les feux supportés par un oxydant (ex. : combustion de type torche). Dans les espaces clos, le personnel se trouvant dans un environnement où la limite inférieure d'explosivité (LIE) atteint 20 % doit être évacué[36].
Les propriétés de l'UDMH et des combustibles aminés mixtes sont presque similaires, puisque la vapeur est principalement de l'UDMH. Une teneur d'UDMH supérieure à 2 % dans l'air peut initier une inflammation par une étincelle électrique ou une flamme nue. En raison de la pression de vapeur élevée et d'une large plage d'inflammabilité, la possibilité qu'un mélange explosif se forme sur le liquide est très élevée. L'UDMH doit être stockée et manipulée sous une atmosphère d'azote[37].
La substance est ensuite purifiée et distillée, donnant ainsi l'UDMH presque anhydre.
Une autre méthode de fabrication est le procédé de Olin Raschig, utilisé pour la production de l'hydrazine et de la méthylhydrazine. Pour l'UDMH, le procédé est modifié par la substitution de la diméthylamine à l'ammoniac dans la réaction de deuxième étape avec la chloramine[39].
La DETA est quant à elle disponible dans le commerce, fabriquée par Dow Chemical et Carbide and Carbon Chemicals Company ; elle est obtenue en traitant le dichlorure d'éthylène avec de l'ammoniac. Les conditions de réaction varient, mais dans tous les cas, un mélange est obtenu. À basse pression et température, elle est principalement produite avec un faible rendement ; si la pression et la température sont plus élevées, une plus grande proportion de diéthylènetriamine et d'autres polyéthylènepolyamines est produite[40].
Le fils de Mary Sherman Morgan, George D. Morgan, dramatise la création de l'Hydyne dans une pièce de théâtre intitulée « Rocket Girl », qui raconte une fiction historique de Mary Sherman Morgan et de sa création, l'Hydyne[44]. Cette pièce fut diffusée au California Institute of Technology, en [45].
: document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.
[Bate, Mueller et White 1971] (en) Roger R. Bate, Donald D. Mueller et Jerry E. White, Fundamentals of astrodynamics, New York, Dover Publications, , 455 p. (ISBN9780486600611, OCLC948854108, lire en ligne).
[Liquid Rocket Propellants] (en) Forrest S. Forbes, Peter A. Van Splinter, Liquid Rocket Propellants (lire en ligne), p. 741 - 777
[Bullard 1965] (en) John W. Bullard, Army Missile Command Redstone Arsenal AL, History of the redstone missile system, États-Unis, , 199 p. (OCLC834285704, présentation en ligne, lire en ligne), p. 170.
[Heflin 1966] (en) Woodford Agee Heflin, Air University (U.S.). Aerospace Studies Institute. Documentary Research Division, The Second Aerospace Glossary, Alabama, Maxwell Air Force Base, coll. « Air University documentary research study », , 146 p. (OCLC1309184, lire en ligne).
[Marsh et Knox 1970] (en) Walter R. Marsh et Bruce P. Knox, USAF Propellant Handbooks. Hydrazine Fuels, vol. 1, , 543 p. (OCLC26798687, lire en ligne).
[Morgan 2013] (en) George D. Morgan, Rocket Girl: The Story of Mary Sherman Morgan, America's First Female Rocket Scientist, Prometheus Books, , 334 p. (ISBN978-1616147396). — Ce livre, écrit par le fils de Mary Sherman Morgan, retrace toute la vie de sa mère, de sa naissance à sa mort, et de ses exploits, comme la création de l’Hydyne.
[Pan American World Airways 1958] (en) Pan American World Airways, Manual for Handle : Missile Propellants (no AD0710179), (lire en ligne), p. 456
[Shelberg 1966] (en) W. E. Shelberg, The radiolytic decomposition of Hydrazine, RP-1 and Hydyne rocket fuels, , 17 p. (OCLC831897227, lire en ligne).
[Lerner 2009] (en) Preston Lerner, Soundings: She Put The High In Hydyne, vol. 23, no 6, Air & Space Smithsonian Magazine, (ISSN0886-2257).
[Space chronicle 2019] (en) Space chronicle, a british interplanetary society publication, vol. 72, no 3, , 40 p. (ISBN978-0-9567382-2-6, lire en ligne).
[United States. Department of the Air Force 1973] (en) United States. Department of the Air Force, Air Force Manual, vol. 1 à 2 ; vol. 161, (lire en ligne).
[Winter 2017] (en) Frank H. Winter, America’s First Rocket Company: Reaction Motors, Inc, American Institute of Aeronautics & Astronautics, coll. « Library of Flight », , 301 p. (ISBN978-162410-441-1, OCLC1039138599, lire en ligne).
(en) Dieter K. Huzel et David H. Huang, Design of Liquid Propellant Rocket Engines, NASA, coll. « Series Publications » (no SP-125), , 472 p. (lire en ligne)
(en) Dieter K. Huzel et David H. Huang, Modern Engineering for Design of Liquid-Propellant Rocket Engines, AAIA, 467 p. (lire en ligne)
La première date est celle du lancement du lancement (du premier lancement s'il y a plusieurs exemplaires). Lorsqu'elle existe la deuxième date indique la date de lancement du dernier exemplaire. Si d'autres exemplaires doivent lancés la deuxième date est remplacée par un -. Pour les engins spatiaux autres que les lanceurs les dates de fin de mission ne sont jamais fournies.