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 Le voilier solaire protonique EST Cube-1

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Giwa
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MessageSujet: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Mer 8 Mai 2013 - 22:17

http://www.forum-conquete-spatiale.fr/post?p=286691&mode=quote
Astro-notes a écrit:
En marge de ce sujet, j'ai réussi à capter, brièvement comme prévu, le picosat estonien Estcube-1 lancé le 7 mai dernier lors du vol V-02 du lanceur VEGA (VV-02). J'ai capté qqs faibles signaux sur un petit émetteur récepteur talki walki tenu à la main en extérieur dans mon jardin. Le petit satellite est passé vers 13:30, heure locale, avec une très bonne élévation (70°)...
Ces faibles signaux méritent que l’on ouvre un nouveau sujet … certes ce ne sont pas les bips bips de Spoutnik I, mais qui sait ce picosat ouvre la voie à un nouveau type de voiliers solaires n’utilisant pas la pression photonique de la lumière solaire, mais la pression protonique du vent solaire : une autre voie que celle défrichée par Ikaros.
Cela n’empêche d’imaginer dans le futur un voilier spatial utilisant simultanément ces deux modes de propulsion.
Consulter les sites : http://en.wikipedia.org/wiki/ESTCube-1
http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_sail

Spoiler:
 
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lambda0


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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Jeu 9 Mai 2013 - 7:27

J'avais vu ça.
Voir aussi le site officiel :
http://www.estcube.eu/en/mission/what-is-estcube-1
Et quelques explications et schéma :
http://www.estcube.eu/en/mission/electric-solar-wind-sail

La poussée est quand même assez faible, avec une pression 5000 fois plus faible que la pression photonique, qui n'est déjà pas très musclée, mais comme on peut plus facilement déployer des cables sur des km qu'une voile, ça peut être intéressant.
Je pense que dans la magnétosphère terrestre, ESTcube ne verra pas directement le vent solaire, surtout des flux de particules suivant les lignes du champ terrestre, mais il s'agit surtout de tester le déploiement et le principe physique.

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cosmos99


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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Jeu 9 Mai 2013 - 9:31

j'ai un peu de mal à comprendre comment s'applique la force par rapport au champ électrique créé ( E, perpendiculaire aux fils ? )
Les panneaux solaires alimente le canon à électron ( qui sert à quoi ? )
Solar Wind ( flux de protons + electrons )
la rotation ne sert qu'à maintenir les fils électriques tendus ( masselottes au bout )



et aussi, d'après le site,
http://electric-sailing.fi/theory.html
Traduction google :"..un fil de voile électrique long de 20 km ne pèse que quelques centaines de grammes et tient dans une petite bobine, mais lorsqu'il est ouvert dans l'espace et relié au canon à électrons de l'engin spatial, il peut produire une "voile" de plusieurs kilomètre carré capable d'extraire une force de 10 mN. Par exemple, en équipant un engin spatial 1000kg avec 100 de ces fils, on peut produire une accélération d'environ 1 mm/s^2. Après un an, cette accélération produirai à la fin une vitesse finale significative de 30 km/s. Les charges plus petites pourraient être déplacés assez rapidement dans l'espace en utilisant la voile électrique, un survol de Pluton pourrait se produire en moins de cinq ans, par exemple."

un survol de pluton en 5 ans ?
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montmein69


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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Jeu 9 Mai 2013 - 9:57

Sur leur site ils parlent de déployer un fil (tether au singulier) et il faudra le faire en entier sans "embrouillamini" façon ouverture de la pêche par un débutant. C'est déjà un challenge.
Je crains aussi que les "poussées" mesurées soient très faibles ... mais il y a certes des capteurs sensibles. Il faut espérer que cela ne soit pas noyé dans d'autres phénomènes puisqu'on ne sera qu'à environ 700 km d'altitude.

Mais ce premier essai réel, augure peut-être d'expérimentations ultérieures plus ambitieuses. Déjà déployer une centaine de fils en ombrelle de 1 km de long, sans que cela s'emmêle .... je crains que cela soit un sérieux casse-tête.
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montmein69


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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Jeu 9 Mai 2013 - 10:18

cosmos99 a écrit:

Les panneaux solaires alimente le canon à électron ( qui sert à quoi ? )
Solar Wind ( flux de protons + electrons )




Le canon à électrons va charger les fils en particule négatives. Le canon à électrons va charger les fils positivement.
Le vent solaire est composé essentiellement d'électrons s'échappant de la couronne solaire (à vérifier mais les charges positives présentes aussi doivent être moindres) Les protons contenus dans le vent solaire sont chargés positivement.
Il y aura répulsion électrique .... donc force propulsive
Edit : Je corrige mes bêtises .... puisque c'est une propulsion "protonique"


Dernière édition par montmein69 le Jeu 9 Mai 2013 - 19:27, édité 2 fois
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lambda0


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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Jeu 9 Mai 2013 - 10:29

Les fils sont chargés positivement et ce sont les protons du vent solaire qui créent la poussée. Le canon à électron évacue les électrons du vent solaire qui sont attirés.

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cosmos99


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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Jeu 9 Mai 2013 - 12:18

merci pour vos explications. :)
mais encore une chose que je comprends pas : le canon expluse les électrons à l'opposé du déplacement.
est-ce négligeable par rapport à la poussée du vent solaire ? sinon, pourquoi on ne dirige pas le canon dans le sens du déplacement ?
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moonvie1


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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Jeu 9 Mai 2013 - 12:54

cosmos99 a écrit:
merci pour vos explications. :)
mais encore une chose que je comprends pas : le canon expluse les électrons à l'opposé du déplacement.
est-ce négligeable par rapport à la poussée du vent solaire ? sinon, pourquoi on ne dirige pas le canon dans le sens du déplacement ?

Le "canon" expulse les électrons à l'opposé du déplacement, exactement comme le ferais la tuyère d'une fusée puisque çà fonction (du dit canon) est bien de propulser...
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lambda0


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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Jeu 9 Mai 2013 - 13:10

moonvie1 a écrit:
cosmos99 a écrit:
merci pour vos explications. :)
mais encore une chose que je comprends pas : le canon expluse les électrons à l'opposé du déplacement.
est-ce négligeable par rapport à la poussée du vent solaire ? sinon, pourquoi on ne dirige pas le canon dans le sens du déplacement ?

Le "canon" expulse les électrons à l'opposé du déplacement, exactement comme le ferais la tuyère d'une fusée puisque çà fonction (du dit canon) est bien de propulser...

Non, ces électrons éjectés n'apportent quasiment aucune contribution à la poussée, ce sont les protons du vent solaire réagissant avec les fils qui apportent l'essentiel de la poussée.

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montmein69


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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Jeu 9 Mai 2013 - 19:17

Merci d'avoir corrigé mes erreurs.

Est-il envisageable avec cette propulsion de "remonter" le vent solaire ? Par exemple pour aller vers Venus, ou pour revenir de zones extérieures du système solaire vers la Terre ? En "tirant des bords" ?
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Giwa
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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Ven 10 Mai 2013 - 0:07

montmein69 a écrit:
Merci d'avoir corrigé mes erreurs.

Est-il envisageable avec cette propulsion de "remonter" le vent solaire ? Par exemple pour aller vers Venus, ou pour revenir de zones extérieures du système solaire vers la Terre ? En "tirant des bords" ?
Oui, c'est possible http://www.electric-sailing.fi/
Spoiler:
 

de la même manière que pour un voilier photonique en plaçant le voilier protonique en vent de travers inverse pour ralentir dans un premier temps le vaisseau spatial et le faire "plonger " vers l'astre attracteur (ensuite, il reprend de la vitesse jusqu'au périgée sur l'orbite devenue elliptique ) .
Dans ce type de navigation, c'est le champ gravitationnel qui tient un rôle - un peu analogue - à celui de l'eau sur lequel s'appuie la quille ou la dérive*(plutôt un para dérive ) d'un voilier "aquatique" et non "spatial" Wink ... mais là il y a de nouvelles allures inverses : au vent de travers qui permet de s'éloigner du centre attracteur correspond un vent de travers inverse qui permet de s'en rapprocher.

Deux schémas à ce sujet :


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Giwa
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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Mer 15 Mai 2013 - 8:34

Un article de New Scientist à propos de ESTCube-1 :
http://www.newscientist.com/article/dn23498-new-satellite-sail-is-propelled-by-solar-protons.html
Extrait : "a 10-metre-long wire just half the width of a human hair."

Donc le fil de 10m de long qui devrait être déployé, est deux fois plus fin qu’un cheveu !

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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Mer 15 Mai 2013 - 10:03

Giwa a écrit:
Un article de New Scientist à propos de ESTCube-1 :
http://www.newscientist.com/article/dn23498-new-satellite-sail-is-propelled-by-solar-protons.html
Extrait : "a 10-metre-long wire just half the width of a human hair."

Donc le fil de 10m de long qui devrait être déployé, est deux fois plus fin qu’un cheveu !

Hum .. ce serait donc un satellite capillotracté Very Happy

Accessoirement, dans le champ magnétique terrestre, il y aura aussi une force de Lorentz, peut-être même dominante.

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cosmos99


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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Mer 15 Mai 2013 - 11:44

Giwa a écrit:
un fil de 10m de long qui devrait être déployé, est deux fois plus fin qu’un cheveu !
un matériau assez souple pour être déployé, assez résistant et conducteur : qu'est ce qui pourrait convenir ?
les nanotubes en carbone, c'est pas conducteur je crois, les fils d'araignées synthétique non plus :)

la force de lorentz, si je me souviens bien : f = q( v ^ B )


pour que la force agisse, il faut que les particules chargés se déplacent dans le champ magnétique de la terre.
comment peut-il y avoir un courant électrique s'il n'y a pas de circuit ( les fils sont juste chargé ? ) il y a quelque chose qui m'échappe
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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Mer 15 Mai 2013 - 12:26

Le satellite se déplace à 7 km/s par rapport au champ magnétique terrestre. S'il a une charge électrique, il sera dévié par la force de Lorentz, plus ou moins suivant l'angle entre la vitesse et le champ.

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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Mer 15 Mai 2013 - 15:13

cosmos99 a écrit:
Giwa a écrit:
un fil de 10m de long qui devrait être déployé, est deux fois plus fin qu’un cheveu !
un matériau assez souple pour être déployé, assez résistant et conducteur : qu'est ce qui pourrait convenir ?
les nanotubes en carbone, c'est pas conducteur je crois, les fils d'araignées synthétique non plus :)

Effectivement il serait intéressant de connaitre la nature du matériau constituant ce fil conducteur.
La résultante des forces électriques étant faible sur 10m de fil, malgré sa petite section, il ne doit pas être nécessaire d’utiliser un matériau hyper-résilient comme le graphène des nanotubes de carbone.
Toutefois ce matériau est très conducteur
http://fr.wikipedia.org/wiki/Nanotube_de_carbone#Propri.C3.A9t.C3.A9s_.C3.A9lectriques
Spoiler:
 

lambda0 a écrit:
Le satellite se déplace à 7 km/s par rapport au champ magnétique terrestre. S'il a une charge électrique, il sera dévié par la force de Lorentz, plus ou moins suivant l'angle entre la vitesse et le champ.
Effectivement aussi on doit sans doute aussi en tenir compte - en plus de la répulsion électrostatique des protons – de la force magnétique de Lorentz :
Toutes ses interactions seront à "démêler" pour ce nano-satellite " sans que ce soit trop "capillotracté " Wink

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Astro-notes
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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Mer 15 Mai 2013 - 15:45

"capillotracté " Wink nous dit giwa ; normal pour du nanotube...mais pour du vulgaire fil (?).
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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Mer 15 Mai 2013 - 15:58

B=50 µT
v=7000 m/s.
Ptit calcul de coin de table : avec une orbite à peu près perpendiculaire aux lignes du champ terrestre, ça fait une force de Lorentz de 0.35 N/C, dirigée verticalement.
Pour comparer à la force due à la répulsion par les protons (qui ne sont quasiment pas du vent solaire direct, le vent direct n'atteint pas l'orbite basse - ce serait plutôt des protons piégés le long des lignes de champ), il faudrait connaitre le courant de protons. Force parallèle aux lignes de champ.
Ils doivent bien avoir déjà fait tous ces calculs, mais je n'ai pas trouvé d'article.
Excellent exercice de colle pour taupin et autre étudiant en physique tongue

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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Mer 15 Mai 2013 - 19:06

lambda0 a écrit:
...
Hum .. ce serait donc un satellite capillotracté Very Happy

Astro-notes a écrit:
"capillotracté " Wink nous dit giwa ; normal pour du nanotube...mais pour du vulgaire fil (?).

Je n'ai fait que reprendre le terme de lambda0 ... après la tétracapillotomie (couper les cheveux en quatre ) d'Argyre, le vocabulaire de FCS s'enrichie avec lambda0 avec capillotracté (tiré par les cheveux) :)
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Aldebarande


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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Mer 15 Mai 2013 - 19:30

Pardon mais je n'ai pas compris à quoi sert le déploiement de ce fil...
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cosmos99


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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Mer 15 Mai 2013 - 21:47

lambda0 a écrit:
Le satellite se déplace à 7 km/s par rapport au champ magnétique terrestre. S'il a une charge électrique, il sera dévié par la force de Lorentz, plus ou moins suivant l'angle entre la vitesse et le champ.
euh oui, j'avais oublié que la sonde se déplace Very Happy

aldébarande, regarde le début du sujet, tu auras la réponse.
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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Mer 15 Mai 2013 - 22:09

cosmos99 a écrit:
lambda0 a écrit:
Le satellite se déplace à 7 km/s par rapport au champ magnétique terrestre. S'il a une charge électrique, il sera dévié par la force de Lorentz, plus ou moins suivant l'angle entre la vitesse et le champ.
euh oui, j'avais oublié que la sonde se déplace Very Happy

aldébarande, regarde le début du sujet, tu auras la réponse.
Un schéma en complément du site officiel: http://www.estcube.eu/en/mission/what-is-estcube-1

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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Mer 15 Mai 2013 - 22:31

lambda0 a écrit:
B=50 µT
v=7000 m/s.
Ptit calcul de coin de table : avec une orbite à peu près perpendiculaire aux lignes du champ terrestre, ça fait une force de Lorentz de 0.35 N/C, dirigée verticalement.
Pour comparer à la force due à la répulsion par les protons (qui ne sont quasiment pas du vent solaire direct, le vent direct n'atteint pas l'orbite basse - ce serait plutôt des protons piégés le long des lignes de champ), il faudrait connaitre le courant de protons. Force parallèle aux lignes de champ.
Ils doivent bien avoir déjà fait tous ces calculs, mais je n'ai pas trouvé d'article.
Excellent exercice de colle pour taupin et autre étudiant en physique tongue

Ce site donne la capacité d'un fil cylindrique (bien moins simple que celle d'une sphère ou d'un disque circulaire)
http://en.wikipedia.org/wiki/Capacitance



Si on arrête le développement au premier terme , l'expression est : C ≈ 2 π ε l / ln (l/r)
Pour l = 10 m et r= 22µm , on obtient C ≈ 9 pF
On en déduit alors une charge Q pour V = 500 V de 4,5 nC

La force de Lorentz est alors au maximum: F = Q v B de 1,6 nN ( nN : nanonewton : milliardième de newton)

(ce qui correspond bien au 0.35 N/C que tu indiques puisque 0,35 X 4,5 = 1,575 # 1,6 )

Pour les protons du plasma , comment circulent-t-ils dans l’environnement du satellite ? Pas évident ! scratch
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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Jeu 16 Mai 2013 - 7:10

En première approche, j'aurais considéré qu'ils circulent le long des lignes du champ magnétique terrestre, entre les pôles magnétiques.
Mettons, E=100 MeV, d=10000 /s/cm² (mais plutôt moins si le satellite est bien en dessous de la ceinture intérieure).
http://fr.wikipedia.org/wiki/Ceinture_de_Van_Allen

EDIT, complément:
100 MeV -> 0.5c, mais la trajectoire des protons s'enroule autour des lignes de champ, je pense que la poussée dépendrait surtout de la composante axiale de la vitesse.

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MessageSujet: Re: Le voilier solaire protonique EST Cube-1   Jeu 16 Mai 2013 - 8:04

lambda0 a écrit:
En première approche, j'aurais considéré qu'ils circulent le long des lignes du champ magnétique terrestre, entre les pôles magnétiques.
Mettons, E=100 MeV, d=10000 /s/cm² (mais plutôt moins si le satellite est bien en dessous de la ceinture intérieure).
http://fr.wikipedia.org/wiki/Ceinture_de_Van_Allen
Le nanosatellite étant à 670 km, il est à la limite inférieure de la première ceinture protonique de Van Allen ( la seconde étant électronique)
Comment circulent ces protons? En spirale autour des lignes de champ magnétiques ? Mais sans déplacement d'ensemble dans l'onde de choc de la Terre dans le vent solaire .
Les protons présents dans l'environnement proches du satellite doivent l'accompagner plus ou moins dans une onde de choc secondaire (celle provoquée par le déplacement relatif du satellite) et on doit considérer l'effet sur la rotation du satellite comme une sorte de frottement( travail négatif des forces électrostatiques) la réduisant progressivement .
Remarque: la force de Lorentz calculée - dans un post précédent d'origine magnétique - ne travaille pas et ne peut que défléchir le mouvement du satellite sans changer son énergie mécanique.
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