Bien que la compagnie ARCA existe depuis un bon moment, on peut dire qu'elle a un style bien à elle, appartenant aux originaux parmi les nombreuses entreprises spatiales privées.
Le docteur Freeman n'avait pas tort sur leur côté ludique ; cette compagnie n'a jamais vendu du rêve pour appâter l'argent des investisseurs, ni développé de projets commerciaux. Au lieu de cela, ils aiment s'essayer à des choses peu orthodoxes.
Hormis les projets financés par la NACA le siècle dernier, ce sont probablement les seuls à avoir aussi investi des efforts considérables dans la recherche sur le moteur aerospike, et ils ont même fini par pondre le moteur à eau hérétique.
Quant à la raison pour laquelle ils ont été ciblés par la NACA et que Pratt & Whitney a été poussée à les racheter, elle remonte à la CZ-18.
Avant qu'elle ne devienne officielle, la NACA avait déjà formellement confirmé que XAP avait réellement lancé le projet et réalisé des progrès substantiels, ce qui avait capté l'attention maximale de John.
Que ce soit le directeur actuel, Robert, ou l'ancienne, Claire, tous deux avaient clairement expliqué à John que la praticité et l'investissement de la CZ-18 étaient complètement disproportionnés. Elle ne pouvait servir que pour des missions spéciales comme le Chapitre 9, et la NACA avait des centaines de façons d'obtenir les mêmes effets, il n'y avait donc pas lieu de forcer la concurrence.
Mais John ne comprenait rien à l'aérospatiale, pas plus que les membres du Congrès, et ils savaient que beaucoup de citoyens n'y comprenaient rien non plus. En revanche, ils avaient bien saisi que les critères pour juger de la supériorité d'une fusée étaient de voir qui était la plus grosse, la plus lourde et la plus impressionnante.
Même si les experts techniques ne cessaient de l'expliquer, une fois que les gens comparaient les tailles des fusées, une impression intuitive indélébile se formait dans leurs esprits.
Par conséquent, un grand nombre de sénateurs exigeaient fortement la construction d'une fusée encore plus puissante pour surpasser la CZ-18, et ils ont ressorti la « Sea Dragon », exerçant une pression immense sur la NACA.
Robert a dû aussi étudier sérieusement la faisabilité de la fusée Sea Dragon, mais il l'a vite écartée pour les mêmes raisons que le harcelé Comité de développement aérospatial — le soutien au lancement était trop compliqué, et même si on pouvait la construire, il serait très difficile de la lancer.
Rappelons que le premier étage de la Sea Dragon était un moteur kérosène-oxygène liquide, qui seul devait atteindre une poussée de 30 000 tonnes, et il a été vite mis au rebut.
Mais regrouper plusieurs moteurs était encore plus difficile. Même avec les moteurs F1 de 680 tonnes de poussée, il en aurait fallu 44 pour atteindre la même poussée. La résonance à la base et les conduites de carburant suffisaient à donner mal à la tête. Les 39 moteurs de 280 tonnes classe hydrogène-oxygène de la CZ-18 étaient déjà la limite pour le regroupement multi-moteurs ; en ajouter davantage augmenterait exponentiellement la difficulté de contrôle, et les ennuis du regroupement de F1 étaient bien plus grands.
Existe-t-il donc un moteur de fusée à poussée extrêmement élevée, à faible difficulté de fabrication, et surtout, à faible coût ?
C'est à ce moment que la compagnie ARCA est entrée dans le champ de vision de la NACA. Leur moteur LAS 25DI atteignait une poussée de 7 000 tonnes en chauffant simplement de l'eau pressurisée à 250 degrés Celsius par chaleur électrique jusqu'à l'état supercritique à l'éjection, profitant du poids moléculaire élevé de l'eau. De plus, ce moteur était assez compact ; il n'était pas beaucoup plus gros que le F1 mais affichait dix fois la poussée.
Bien que le LAS 25DI ait un impulsion spécifique ridiculement bas et un temps de fonctionnement court, il était effectivement extrêmement bon marché et avait une valeur d'application pratique.
Pendant le trajet d'une fusée vers l'espace, la phase qui demande de surmonter la plus grande force gravitationnelle est l'accélération depuis zéro, particulièrement dans la région en dessous de 10 000 mètres d'altitude.
Durant cette phase, la plus grande énergie est consommée, et la résistance de l'air affrontée est la plus forte. Après cela, la pression sur la fusée diminue substantiellement.
Prenons la fusée Saturn V, par exemple, avec une masse au lancement d'environ 3 000 tonnes et une capacité de charge utile en orbite basse de 118 tonnes, le rendement global de charge utile est de 3,93 % ; mais si on soustrait la masse du premier étage, la partie restante n'est que de 788 tonnes, et le rendement de charge utile de cette partie atteint un étonnant 16,4 %.
L'indicateur clé pour le premier étage d'une fusée est le rapport poussée/poids, pour les étages supérieurs c'est l'impulsion spécifique, donc ça ne pose pas de problème si l'impulsion spécifique du premier étage n'est pas terrible, tant que le rapport poussée/poids est suffisant pour emporter les étages supérieurs à l'altitude prédéterminée et atteindre une certaine vitesse.
La NACA a alors approché la compagnie ARCA, leur demandant de concevoir un moteur avec une poussée excédant 40 000 tonnes, et une impulsion spécifique d'au moins 150 secondes en utilisant de l'eau.
Selon les calculs de la NACA, un moteur à eau avec une poussée excédant 40 000 tonnes nécessiterait une masse de propergol et de corps de fusée d'environ 16 000 tonnes. Le poids total des étages supérieurs serait de 5 000 tonnes en utilisant l'hydrogène et l'oxygène pour la propulsion, avec seulement 3 300 tonnes de poussée nécessaires. Dix moteurs RS68 existants suffiraient, réduisant grandement la complexité de conception.
Et ARCA n'a pas déçu, proposant le LAS88N encore plus agressif (88 millions de livres de poussée, puissance atomique).
Le LAS88 est composé d'une structure très simple avec seulement trois parties : la chambre de combustion, le réacteur, et le réservoir d'eau.
Le réservoir d'eau est toujours pré-rempli d'eau chauffée à 250 degrés Celsius. En raison de l'ultra-haute pression à l'intérieur même du réservoir d'eau, le LAS88 omet le mécanisme de turbopompe et laisse l'eau surchauffée entrer directement dans le cœur du réacteur.
Sous la haute pression du réservoir d'eau et la haute température dans le cœur du réacteur, l'eau surchauffée devient instantanément de la vapeur supercritique à plus de 700 K et une pression excédant 22 MPa, se détendant rapidement et s'éjectant dans la chambre de combustion en forme de cloche, produisant ainsi la poussée.
La capacité de chauffage d'un réacteur nucléaire est bien plus puissante que le chauffage électrique, atteignant facilement un doublement de l'impulsion spécifique et résolvant aussi le problème de la masse des batteries puisque le réacteur peut être plus léger.
Puisque la nouvelle fusée Sea Dragon a un rapport poussée/poids excédant 1,9, elle créera inévitablement un effet de coup de bélier massif au décollage. L'eau dans le réservoir sera forcée vers le bas plus violemment du fait de l'accélération, résultant en une pression plus élevée. Cette pression accrue augmentera au fur et à mesure que la fusée continue d'accélérer, maintenant la pression s'écoulant vers le cœur malgré la baisse du niveau d'eau.
Le temps de fonctionnement total du LAS88N n'est que de 52 secondes, mais il peut accélérer la fusée à 1 690 mètres par seconde et une altitude de séparation de 40 kilomètres. Les étages supérieurs restants peuvent au moins placer une charge utile de 600 tonnes sur une orbite d'attente de 300 kilomètres.
Un avantage majeur du premier étage de la nouvelle fusée Sea Dragon est son faible coût. Stocker de l'eau surchauffée à 250 degrés est bien plus facile que de gérer les propergols hydrogène et oxygène liquides. De l'acier inoxydable ordinaire (non qualité aérospatiale) peut facilement gérer la pression, et une fois utilisé, il n'y a aucune charge à le jeter.
La chambre de combustion peut aussi être jetée, et seul le réacteur central doit être modularisé pour l'éjection et la séparation, suivie d'une descente par parachute en mer pour récupération. Hormis le précieux réacteur, le reste des composants du premier étage pourrait ne même pas totaliser 5 millions de dollars.
Quant au problème de la pollution de l'eau par la chambre de combustion ? Puisqu'il ne faut que les hautes températures du réacteur, la NACA pense que le docteur Freeman peut faire en sorte que la vapeur éjectée respecte les normes d'émission atmosphérique en matière de radioactivité.
Ces vapeurs d'eau deviendront essentiellement des nuages dans la zone de vol de la fusée. Le niveau de radioactivité est bien inférieur à celui d'un essai de bombe H, et comme la Sea Dragon est lancée sur l'eau, il y a plein de zones inhabitées dans les vastes océans.
Le moteur LAS88N a finalement été approuvé par la NACA, et ARCA a ainsi été « formellement recrutée » pour servir la NACA. Ces chercheurs, dont le travail était once considéré comme de simple divertissement, étaient aussi aux anges, croyant qu'ils avaient enfin été « découverts » pour leur génie reclus.
Une fois cela compris, Freeman ne put s'empêcher d'être saisi par l'imagination extraordinaire de la NACA, pourtant il trouva le projet LAS88N inhabituellement sensé. Il incarnait vraiment le concept de « réaliser des merveilles avec un grand effort ». Hormis le réacteur, il ne pouvait relever aucun autre aspect injuste de la conception.
« Très bien, je m'occupe de la partie réacteur, mais par pitié, ne lancez pas ce truc sur la côte Est ou la côte Ouest, et le golfe du Mexique est hors de question », dit-il.
Sterling répondit : « Si possible, il vaudrait mieux encore le lancer dans le Pacifique Sud, près de Tuvalu ce serait assez bien. »