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 Pertinence d'un 1er étage "navette"

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jean217




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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Dim 3 Nov 2013 - 1:30

Vers 1977 j'avais étudié ce livre: "L'exploration spatiale et ses techniques".

http://astronautique3.blogspot.fr/2011/05/lexploration-spatiale-et-ses-techniques.html




On pouvait y voir en fin d'ouvrage un premier étage navette avec un statoréacteur. De mémoire l'auteur nous disait que le minimum a atteindre pour que ce premier étage navette soit intéressant était de 6000 km/h a 150 km d’altitude.


6000 km/h cela fait seulement 1.7 km/s, on est donc encore loin des 8000 km/s pour une satellisation.

Autre élément important dans l'ouvrage, le fait que le rapport, masse satellisée par masse au décollage soit meilleur pour les grands lanceurs comme saturne 5 que pour les petits, calcul à l'appuis. Malheureusement je ne me souviens plus de la démonstration mathématique. Pourtant la formule de Tsiolkowski ne semble pas aller dans ce sens ?

A l'époque ce calcul m'avait marqué, car il démontrait qu'un grand lanceur avait un meilleur rendement qu'un petit, et donc qu'il fallait s'orienter vers le gigantisme.

Il me semble donc que ce gigantisme serait à l'avantage d'un avion spatial suborbital lanceur d'engin. A titre de comparaison le Skylon est donné pour 325 tonnes au décollage. Si le but est de lancer une fusée de 200 tonnes, il devrait vraisemblablement dépasser les 700 t.

C'est quand même totalement anormal que l'on ait jamais développé un tel avion suborbital car les avantages en terme d'économie et de souplesse d'utilisation sont nombreux. Les infrastructures au sol sont simplifiées, et l'avion peut être utilisé comme transporteur d'un spatiaux port à un autre en transportant la fusée.
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narount




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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Dim 3 Nov 2013 - 8:54

jean217 a écrit:
C'est quand même totalement anormal que l'on ait jamais développé un tel avion suborbital car les avantages en terme d'économie et de souplesse d'utilisation sont nombreux. Les infrastructures au sol sont simplifiées, et l'avion peut être utilisé comme transporteur d'un spatiaux port à un autre en transportant la fusée.
Il faut être prudent avant d'affirmer "c'est totalement anormal" ... au risque de passer pour un "gentil clown" qui confond SF et réalité. Wink 

Les économies seraient (peut-être) faites lors de l'exploitation, mais pendant la conception ? 
De même les infrastructures pour le lancement seul sont (peut-être) simplifiées, mais pour tout le reste ?
A chaque fois le peut-être est là pour bien dire que cela n'a rien de si évident.
Il ne suffit pas de dire "on réutilise le premier étage donc on économise l'argent de la fabrication donc on on économise tout court." Comme on ne peut pas se contenter du raisonnement "on a un avion qui sort d'un hangar, qui roule jusqu'à la piste d'envol et qui décolle seul comme un avion de ligne banal, donc on n'a pas besoin d'infrastructures complexes".

Les 6000 km/h peuvent sembler bien faibles comparés à la vitesse finale de satellisation, mais ils doivent être atteints dans l'atmosphère (donc avec le problème du mur de chaleur). Pareil pour la motorisation, c'était facile en 1977 de dire "on utilise un statoréacteur et basta". Aujourd'hui on se rend bien compte que c'est loin d'être aussi simple.

Il faut se méfier des concepts beaux et simples sur le papier (surtout en 1977 quand on rêvait encore d'une navette idéale).
Les réalités physiques et économiques sont souvent très différentes.
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jean217




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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Dim 3 Nov 2013 - 12:33

Petite erreur dans mon dernier message où il fallait lire 8000 m/s et non 8000 km/s pour la vitesse de satellisation.

Cela dit au sujet de ce fameux premier étage navette, il faudrait le comparer aux grandes infrastructures humaines pour le transport.

...Et si on parlait du canal de Panama comme étant un doux rêve de gentil clown Very Happy 


D'autant qu'ils font des travaux d'élargissement en ce moment pour 5 ou 6 milliards de dollars:


http://fr.wikipedia.org/wiki/Canal_de_Panama#Projet_d.E2.80.99un_troisi.C3.A8me_ensemble_d.E2.80.99.C3.A9cluses


https://www.google.fr/#psj=1&q=canal+de+panama+travaux&safe=off


Il y a des centaines d'autres travaux de ce type qui ont été fait ou sont en projet. Le tunnel sous la manche par exemple.

Question simple: pourquoi voir toujours petit pour l’accès de l'humanité à l'espace en comparaison de toutes ces grandes réalisations ? 

C'est là qu'un premier étage navette pourrait jouer son rôle...
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narount




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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Dim 3 Nov 2013 - 13:55

jean217 a écrit:
...Et si on parlait du canal de Panama comme étant un doux rêve de gentil clown Very Happy 


D'autant qu'ils font des travaux d'élargissement en ce moment pour 5 ou 6 milliards de dollars:
(Ah non en effet, le creusement du canal n'a pas été un rêve, si j'en crois Wikipédia, 27500 personnes ont péri pendant les travaux.)

5 ou 6 milliards, même pas le coût du développement d'Ariane 5, une fusée de capacité moyenne avec des concepts technologiques éprouvés. Et pour un canal qui rapporte de l'argent ... donc un investissement qui présente finalement peu de risques.
Je n'ose pas imaginer le coût de développement d'un avion suborbital géant dont une bonne partie des technologies requises ne sont pas maîtrisées, pour un domaine (l'espace) qui n'est pas rentable.

Je ne critique pas l'idée (je suis comme tout le monde ou presque ici : j'adorerai un avion spatial façon 2001, l'Odyssée de l'espace), je dis juste que sa faisabilité technologique et économique ne me semble pas d'actualité.
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jean217




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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Dim 3 Nov 2013 - 14:36

Les lanceurs spatiaux n'on pas beaucoup évolués depuis plus de 50 ans. La navette fut en son temps une belle évolution, mais malheureusement considérée maintenant comme un échec. Aujourd’hui on est retourné au concept des fusées consommables sans aucune perspective d'évolution majeur pour l’accès à l'espace. Pourquoi dans les années 60 on avait encore des idées comme ici:

http://www.pmview.com/spaceodysseytwo/spacelvs/sld002.htm




Un avion spatial bi-étage avec un moteur aérospike à décollage vertical ?

C'est vraiment frustrant Crying or Very sad 

D'autant que chacun des lancements d'une Ariane 5 coûte 200 millions d'euros !
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jean217




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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Dim 3 Nov 2013 - 19:53

Concernant le projet DARPA dans sa version "artistique" en début de sujet, voici mes critiques:

1- Il ne comporte par de réacteurs pouvant assurer le décollage, le transport de l'avion à vide, assurer le retour en toute sécurité de la navette, contribuer à la propulsion en mode hypersonique. Donc un manque de flexibilité et de fonctionnalité.

2 - Il ne dispose pas de soute permettant de protéger le lanceur pendant la prise de vitesse, ce qui diminuera inévitablement le bon indice structurel de ce dernier car il devra être renforcé. D'un point de vu mathématique, on peut, je pense, démonter que le plus important et d'avoir un excellent indice structurel sur la fusée, alors que celui de la navette et moins important.

3 - La navette est trop petite, hors le gigantisme est favorable à un meilleur rapport masse satellisée par masse total au décollage. (Voir l'ouvrage ci dessus sur l'exploration spatiale et ses techniques. Je ne me souviens plus de la théorie).

4 - Ainsi disposée, la fusée constitue un frein aérodynamique important.

5 - La fusée devrait être constitué de 2 étages afin de pouvoir empoter une charge plus importante.

6 - Le principe du corps portant n'est pas suffisamment mis a profil. Un juste équilibre entre avion classique et corps portant pourrait être trouvé.

7 - l'idéal serait d'utiliser les moteurs du Skylon ?
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Carlito


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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Dim 3 Nov 2013 - 22:10

narount a écrit:
Je n'ose pas imaginer le coût de développement d'un avion suborbital géant dont une bonne partie des technologies requises ne sont pas maîtrisées, pour un domaine (l'espace) qui n'est pas rentable.

Je ne critique pas l'idée (je suis comme tout le monde ou presque ici : j'adorerai un avion spatial façon 2001, l'Odyssée de l'espace), je dis juste que sa faisabilité technologique et économique ne me semble pas d'actualité.
C'est sûr, on est loin d'avoir la technologie pour un avion suborbital récupérable. Même avec une fusée monoétage non récupérable avec un très bon indice structurel et l'isp de l'hydrogène, il est déjà très difficile d'arriver en LEO avec une charge utile décente.

Mais bon, il s'agit ici d'un avion fusée ne faisant que le travail d'un 1er étage de fusée, et ça, c'est beaucoup plus simple.

Par exemple, pour une charge utile de 5t en LEO, un 2eme étage fusée LH2 de 3t à vide et 30t plein, avec une isp de 450s, on a déjà 6500m/s.
Pour les environ 3000m/s qui manquent, ça passe avec un avion fusée kerolox qui ferait 100t à vide, 300t avec les ergols, et une isp 350s.
335t au décollage, c'est beaucoup moins qu'un a380. 100t à vide, c'est un peu juste mais avec une structure de type corps portant, ça parait jouable.

Le problème, c'est que :
- ça coutera forcément plus cher à développer qu'une fusée classique
- c'est intéressant à condition d'avoir beaucoup de choses à lancer, et le budget qui va avec
- 5t en LEO, c'est un peu limité et pour aller plus loin, l'avion fusée porte fusée devient vite énorme. Pour 10t en LEO, on dépasse déjà le gabarit d'un A380.

Je trouve que ce serait quand même pertinent à condition d'avoir en parallèle en gros projet institutionnel impliquant d'envoyer très souvent des charges de quelques tonnes en LEO, avec des lancements commerciaux en complément.
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jean217




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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Mar 5 Nov 2013 - 23:59

narount a écrit:
...Je n'ose pas imaginer le coût de développement d'un avion suborbital géant dont une bonne partie des technologies requises ne sont pas maîtrisées, pour un domaine (l'espace) qui n'est pas rentable...
Le sujet est "quelle est la pertinence d'un premier étage navette", mais il aurait pu être, "quelle est la pertinence d'un pas de tir aéroporté hypersonique". 

Un tel avion devra maintenir le lanceur en préparation de décollage comme tout site de lancement. Éventuellement si un problème survient avant la phase de séparation l'obligeant à un retour anticipé sur terre, il devra vidanger les réservoirs d’hydrogènes de la fusée. Ainsi la soute elle-même, accomplissant de nombreuses opérations sera très coûteuse en R&D. 

Cependant contrairement au programme Apollo, cet avion lanceur d'engin sera toujours là après utilisation, pourra éventuellement se vendre à d'autre pays, et bénéficiera de toutes les expériences passées. 

Je pense que l'avancée des moteurs combinant stato, hyperstato, avec un moteur fusée de type aéorspike (ou pas), ou bien la mise au point du moteur Sabre (ou autres dérivés), mènera inévitablement à un premier étage navette. 

D'ailleurs, si le Venture Star avait été conçu dès le départ pour remplir cette mission, nous l'aurions déjà !

http://fr.wikipedia.org/wiki/VentureStar
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jean217




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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Lun 11 Nov 2013 - 19:16

Voici quelques idées...

En sortie de soute (de la navette), la fusée pourrait être extraite lentement par propulsion mécanique le long d'une rampe orientée dans la bonne direction (manœuvrable de par son axe de rotation).

Un petit propulseur a poudre logé dans sa tuyère pourrait l'amener à distance de sécurité de la navette avant son allumage. Ce dernier serait éjecté par la suite par la pression des gaz.

Ce lanceur pourrait avoir un seul moteur de type Vinci pour deux étages. Dans ce cas on aurait un corps central constitué du moteur (type Vinci), son réservoir et sa charge. Mais avec de chaque coté deux autres réservoirs largables constituant le premier étage. Cette configuration permettrait d'économiser le prix et le poids d'un deuxième moteur. Cependant 2 réservoirs pour un premier étage seront plus lourd qu'un seul, il y aura de la tuyauterie, et la symétrie dans la consommation devra être obtenue. (Autrement l'un des réservoirs sera vide avant l'autre)

Pensez-vous que cette configuration soit réaliste ?

L'idéal serait d'avoir pour 2020 une Ariane 7 utilisant ce principe de navette récupérable avec les performances d'une Ariane 5 ME et 20% moins chère qu'un tir Ariane 6.
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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Lun 11 Nov 2013 - 21:43

jean217 a écrit:
En sortie de soute (de la navette), la fusée pourrait être extraite lentement par propulsion mécanique le long d'une rampe orientée dans la bonne direction (manœuvrable de par son axe de rotation).
Au moment de la séparation, la masse à vide de la navette ne sera pas très éloignée de celle de la fusée, donc ça risque d'être compliqué.
De plus, la navette doit normalement faire le travail d'un premier étage et donc avoir une trajectoire finale similaire. Normalement, il ne devrait pas être nécessaire d'orienter la fusée, celle-ci doit pouvoir démarrer dans l'axe de la navette et faire des petites corrections ensuite, comme un 2eme étage de fusée classique.

jean217 a écrit:
Un petit propulseur a poudre logé dans sa tuyère pourrait l'amener à distance de sécurité de la navette avant son allumage. Ce dernier serait éjecté par la suite par la pression des gaz.
Faut voir. Ce qui est sur, c'est qu'il faut une impulsion courte et forte, et un système léger.

On pourrait aussi loger la fusée dans un tube protecteur à l'intérieur de la navette, ouvrir un bout de fuselage avant, et chasser la fusée avec de l'air comprimé stocké dans la navette, comme dans les sous marin lanceurs d'engin. Il faut avoir la masse plutôt sur la navette que sur la fusée pour augmenter les performances et réutiliser au maximum. Si on monte assez haut avec la navette, on peut peut-être même se passer de la coiffe. Une éjection dans l'axe en "s'appuyant" sur la navette permettrait aussi de transférer un peu d'énergie cinétique de la navette vers la fusée. C'est un apport négligeable pour la satellisation, mais ça permet d'éloigner plus vite la fusée et la navette.

jean217 a écrit:
L'idéal serait d'avoir pour 2020 une Ariane 7 utilisant ce principe de navette récupérable avec les performances d'une Ariane 5 ME et 20% moins chère qu'un tir Ariane 6.
C'est trop demander à mon avis. Pour avoir les performances d'une Ariane 5ME, une navette aurait obligatoirement une masse au décollage bien plus importante qu'une Ariane 5 ME. Ce serait de très loin le plus gros avion jamais construit, au moins 2 fois l'a380, voir même 2 fois l'an-225 !
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DeepThroat


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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Lun 11 Nov 2013 - 23:35

Citation :
On pourrait aussi loger la fusée dans un tube protecteur à l'intérieur de la navette, ouvrir un bout de fuselage avant, et chasser la fusée avec de l'air comprimé stocké dans la navette, comme dans les sous marin lanceurs d'engin. Il faut avoir la masse plutôt sur la navette que sur la fusée pour augmenter les performances et réutiliser au maximum. Si on monte assez haut avec la navette, on peut peut-être même se passer de la coiffe. Une éjection dans l'axe en "s'appuyant" sur la navette permettrait aussi de transférer un peu d'énergie cinétique de la navette vers la fusée. C'est un apport négligeable pour la satellisation, mais ça permet d'éloigner plus vite la fusée et la navette.
Juste une remarque, si la masse de la navette n'est pas BEAUCOUP plus grande que celle de la fusée, une chasse à l'air comme dans un sous marin va aussi faire reculer la navette, ce qui va poser quelques problème intéressants....Pour info, lors de l'éjection d'un missile d'un sous marin, la chasse se sent parfaitement malgré le rapport des masses.
Il n'y a que deux façons raisonnables de larguer la fusée: soit en vol horizontal en ralentissant le porteur (par aérofrein ou par modification de l'assiette) soit en se plaçant sur la trajectoire de montée de la fusée (assiette à cabrer) mais avec un gros bébé en supersonique ça risque d'être un peu sportif....

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jean217




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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Mar 12 Nov 2013 - 0:18

@ Carlito,

La différence de masse n'a pas d'importance car on peu penser que :

1 - l’éjection se fera à très faible vitesse donc avec peu de réaction.

2 - La navette disposera de moteurs de contrôle d'orientation utilisant des ergols liquides hypergoliques (comme pour l'ancienne navette spatiale)

La rampe que je proposais avait l'avantage de permettre une extraction facile de la soute. D'autre part, ce n'est pas certain qu'un premier étage navette puisse libérer sa charge exactement comme le fait un premier étage fusée classique. Il faut penser à toute la phase d'accélération par combinaison aérobie, anaérobie propre aux moteurs qui seront utilisés.

Le gigantisme est normal. Il ne faut pas la comparer à un A380, mais à d'autres projets similaires comme le Venture Star de 1000 tonnes ou le Skylon de 325 tonnes. Pour information, un Airbus A380 à pleine charge est de 562 tonnes. (à vérifier)

@DeepThroat

La séparation se fait en apesanteur (vol balistique) et dans le vide spatiale (150 km d'altitude, vitesse de 3 k/s) donc il n'y a pas de freinage aérodynamique possible. La navette est un avion fusée avec des moteurs anaérobies et aérobies. Par exemple on pourrait imaginer qu'elle utilise des moteurs Sabre. Cependant il faudra réussir la séparation rapidement car dans un vol balistique les conditions changes rapidement.

a+
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DeepThroat


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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Mar 12 Nov 2013 - 0:59

Citation :
La séparation se fait en apesanteur (vol balistique) et dans le vide spatiale (150 km d'altitude, vitesse de 3 k/s) donc il n'y a pas de freinage aérodynamique possible. La navette est un avion fusée avec des moteurs anaérobies et aérobies. Par exemple on pourrait imaginer qu'elle utilise des moteurs Sabre. Cependant il faudra réussir la séparation rapidement car dans un vol balistique les conditions changes rapidement.

a+
Dans ce cas on parle d'une navette semblable au shuttle et plus d'un premier étage ailé réutilisable. On s'éloigne du sujet initial.
Avec de l'imagination, on peut effectivement imaginer un tas de choses....Shocked 

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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Mar 12 Nov 2013 - 9:33

DeepThroat a écrit:
Juste une remarque, si la masse de la navette n'est pas BEAUCOUP plus grande que celle de la fusée, une chasse à l'air comme dans un sous marin va aussi faire reculer la navette, ce qui va poser quelques problème intéressants....Pour info, lors de l'éjection d'un missile d'un sous marin, la chasse se sent parfaitement malgré le rapport des masses.
Si la navette subit seulement une perte de vitesse, c'est plutôt une bonne chose vu qu'elle est censée retourner sur terre.
C'est plus embêtant si l'éjection imprime un vilain mouvement de rotation à la navette, donc cela implique d'aligner le "tube lance fusée" avec le centre de gravité de la navette, ce qui serait peut être une grosse contrainte de conception ( ou alors il faut compenser avec des moteurs, mais ça pèse et ça complique).

Sinon, il y a la solution classique avec une soute dorsale comme sur l'ex space shuttle, et un système d'éjection mécanique chargé au sol (ressort, vérin pneumatique,...). Vu la taille de la fusée, sa masse par rapport à la navette et le fait que la fusée ne pourra pas encaisser un gros effort ponctuel sur son flanc, il va falloir en plus un support d'éjection bien rigide pour pousser uniformément sur toute la longueur.

Ce qui est certain, c'est qu'il faut un système très fiable sinon il y a peu de chance que la navette revienne sur terre en un seul morceau.

jean217 a écrit:
Le gigantisme est normal. Il ne faut pas la comparer à un A380, mais à d'autres projets similaires comme le Venture Star de 1000 tonnes ou le Skylon de 325 tonnes. Pour information, un Airbus A380 à pleine charge est de 562 tonnes. (à vérifier)
Disons qu'il est plus réaliste de rester dans la gamme des 300t au décollage pour 5t en LEO, sachant que c'est déjà assez osé d'imaginer un avion fusée de cette taille. Le plus gros avion jamais construit, l'An225, fait 640t au décollage, et c'est déjà un véritable monstre. Alors un lifting body de 1000-1200t qui décollerait tout seul avec une dizaine de gros turboréacteurs, puis enclencherait ses 10 vulcain, ses 5 SSME ou ses 20merlin1D, puis larguerait une fusée de 120t capable de placer 20t en LEO...affraid


DeepThroat a écrit:

Il n'y a que deux façons raisonnables de larguer la fusée: soit en vol horizontal en ralentissant le porteur (par aérofrein ou par modification de l'assiette) soit en se plaçant sur la trajectoire de montée de la fusée (assiette à cabrer) mais avec un gros bébé en supersonique ça risque d'être un peu sportif....
Il s'agit bien ici d'une navette remplaçant le 1er étage d'une fusée classique, qui largue donc la fusée à 2000-3000m/s avec une trajectoire similaire. Pour l'altitude de largage, même s'il est préférable de le faire juste après épuisement du carburant de la navette, ça sera entre 50 et 100km donc l'atmosphère n'est plus trop un problème. Sur le principe, c'est assez proche du "swiss space system", mais en beaucoup plus gros et avec un décollage au sol avec des turboréacteurs.
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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Mar 12 Nov 2013 - 20:06

Citation :
Il s'agit bien ici d'une navette remplaçant le 1er étage d'une fusée classique, qui largue donc la fusée à 2000-3000m/s avec une trajectoire similaire. Pour l'altitude de largage, même s'il est préférable de le faire juste après épuisement du carburant de la navette, ça sera entre 50 et 100km donc l'atmosphère n'est plus trop un problème. Sur le principe, c'est assez proche du "swiss space system", mais en beaucoup plus gros et avec un décollage au sol avec des turboréacteurs.
Très jolie animation. A la grosse on a donc un gros porteur qui ne risque pas de faire du supersonique (mais on pourrait utiliser un Tu160...) qui largue (à l'horizontale) un véhicule suborbital qui, lui, fait un vol grossièrement balisitique. Vers le sommet on déploie un étage qui va on ne sait trop où et qui en finale larque des micro sats (des cube sats dirait on...) qui montent magiquement vers les cieux étoilés.
Va falloir méchamment extrapoler pour arriver à mettre quelque chose d'utile en l'air. Shocked 
A part ça, le largage du porteur se fait bien par modification d'assiette (ici à piquer) ce qui conduit à éviter la dérive du dit porteur....tant qu'à faire ils auraient pu modifier le design et installer un empenage bi dérive....Laughing 
Si on regarde les masses en jeu, par comparaison avec des micro-sats, pour envoyer ne serait ce qu'une centaine de Kg avec cette architecture on doit allègrement dépasser le millier de tonnes au décollage Surprised 

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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Mar 12 Nov 2013 - 22:03

DeepThroat a écrit:
Très jolie animation. A la grosse on a donc un gros porteur qui ne risque pas de faire du supersonique (mais on pourrait utiliser un Tu160...) qui largue (à l'horizontale) un véhicule suborbital qui, lui, fait un vol grossièrement balisitique. Vers le sommet on déploie un étage qui va on ne sait trop où et qui en finale larque des micro sats (des cube sats dirait on...) qui montent magiquement vers les cieux étoilés.
Va falloir méchamment extrapoler pour arriver à mettre quelque chose d'utile en l'air. Shocked 
A part ça, le largage du porteur se fait bien par modification d'assiette (ici à piquer) ce qui conduit à éviter la dérive du dit porteur....tant qu'à faire ils auraient pu modifier le design et installer un empenage bi dérive....Laughing 
Si on regarde les masses en jeu, par comparaison avec des micro-sats, pour envoyer ne serait ce qu'une centaine de Kg avec cette architecture on doit allègrement dépasser le millier de tonnes au décollage Surprised
Concernant le swiss space system, il s'agirait d'un A300 porteur larguant une navette de 20t, qui largue à son tour un étage fusée qui placerait jusqu'a 250kg en LEO. C'est sans doute optimiste mais pas tant que ça, c'est un ordre de grandeur réaliste. C'est d'ailleurs un concept assez sérieux, il y a un fil à ce sujet sur http://www.forum-conquete-spatiale.fr/t14809-une-navette-spatiale-suisse

Cependant, j'ai posté la vidéo plutôt pour illustrer la séparation navette/fusée que la séparation a300/navette. On envisage sur ce fil une navette qui décolle du sol avec ses propres turboréacteurs pour atteindre 300m/s et 10km d'altitude en consommant un peu de kéro, et qui démarre ensuite son moteur fusée pour aller beaucoup plus haut et beaucoup plus vite avant de larguer une fusée.
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jean217




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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Mar 12 Nov 2013 - 23:00

DeepThroat a écrit:
Citation :
La séparation se fait en apesanteur (vol balistique) et dans le vide spatiale (150 km d'altitude, vitesse de 3 k/s) donc il n'y a pas de freinage aérodynamique possible. La navette est un avion fusée avec des moteurs anaérobies et aérobies. Par exemple on pourrait imaginer qu'elle utilise des moteurs Sabre. Cependant il faudra réussir la séparation rapidement car dans un vol balistique les conditions changes rapidement.

a+
Dans ce cas on parle d'une navette semblable au shuttle et plus d'un premier étage ailé réutilisable. On s'éloigne du sujet initial.
Avec de l'imagination, on peut effectivement imaginer un tas de choses....Shocked 

Bons Vols
On est a 100% dans le sujet et peu de rapport (mais un peu quand même) avec le shuttle. Je parle bien d'un premier étage navette capable de décoller par ses propres moyens et de revenir intacte (si possible) sur Terre. Quand je parle de "séparation", je parle du largage de la fusée à 2 étages contenue dans la soute de cette même navette. Donc, il n'y a pas de boosters ou de réservoir largables comme pour l'ancienne navette, et pas de satellisation également. L'indice structurel ne le permettant pas.

Cependant par "Pertinence d'un premier étage navette" de très nombreuses configurations sont possibles. Par exemple on pourrait avoir un premier étage navette à décollage vertical voir même à deux étages collé l'un à l'autre. Idem mais avec un porteur subsonique en décollage horizontal, puis largage de la navette hypersonique. Idem mais avec l'une supersonique et l'autre hypersonique etc... Donc tu as raison en parlant d'imagination car il en faut pour évaluer les différentes configurations possibles.

Autrement je ne vois pas comment on pourrait cerner cette problématique. Cependant ce qui manquera par la suite c'est  une évaluation mathématique de chacune des options choisies afin d'y voir claire, car cela demande des vraies  compétences. Les miennes malheureusement sont très limitées.

Le Black Horse avec son ravitaillement en vol est également un possibilité intéressante:

http://www.ai.mit.edu/projects/im/magnus/bh/







@ Carlito:  Les moteurs d'orientation sont indispensables pour tout véhicule en apesanteur dans l'espace. A la moindre mouche qui pète et la navette fera un retour sur le dos en hypersonique.... 

Seulement 300 t pour 5 t en LEO ce sera fort.
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jean217




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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Mer 13 Nov 2013 - 0:26

Carlito a écrit:

jean217 a écrit:
Le gigantisme est normal. Il ne faut pas la comparer à un A380, mais à d'autres projets similaires comme le Venture Star de 1000 tonnes ou le Skylon de 325 tonnes. Pour information, un Airbus A380 à pleine charge est de 562 tonnes. (à vérifier)
Disons qu'il est plus réaliste de rester dans la gamme des 300t au décollage pour 5t en LEO, sachant que c'est déjà assez osé d'imaginer un avion fusée de cette taille. Le plus gros avion jamais construit, l'An225, fait 640t au décollage, et c'est déjà un véritable monstre. Alors un lifting body de 1000-1200t qui décollerait tout seul avec une dizaine de gros turboréacteurs, puis enclencherait ses 10 vulcain, ses 5 SSME ou ses 20merlin1D, puis larguerait une fusée de 120t capable de placer 20t en LEO...affraid

C'est en cela que je crois. D'autre part un avion fusée de cette taille décollera d'un spatiaux port dédié pas d'un aéroport civil. Etant plus massif, il n'occupera pas forcement plus d'espace qu'un A380. 1000 tonnes ce n'est pas énorme mais petit. Avec seulement 2 moteurs Saturn 5 de premier étage, on pourra le propulser à la vertical. Tu compares ce qui n'est pas comparable.

C'est pas avec du 29 fillette que l'on aura un vrai moyen d’accès à l'espace en terme de performance/prix. Le gigantisme est un facteur d’économie et 1000 tonnes ce n'est pas encore du gigantisme. 

Voir le programme NOVA avec Jacques Villain, historien de l'espace:

http://www.cieletespaceradio.fr/le_programme_apollo_7.525.HIST_001
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jean217




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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Mer 13 Nov 2013 - 14:04

Carlito a écrit:
...C'est plus embêtant si l'éjection imprime un vilain mouvement de rotation à la navette, donc cela implique d'aligner le "tube lance fusée" avec le centre de gravité de la navette, ce qui serait peut être une grosse contrainte de conception ( ou alors il faut compenser avec des moteurs, mais ça pèse et ça complique).
Pour info le seul livre de mécanique spatial que j'ai étudié proposait cette solution. Il y avait une image explicite montrant ce concept. Datant de 1969 Mad
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cosmiste


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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Mer 13 Nov 2013 - 14:30

Deux petits commentaires sur ce sujet :

Séparation supersonique : 
Comme mentionné par DeepThroat, la séparation d'engin ailés en supersonique est très délicate.
Un exemple en vidéo d'une série de test de l'USAF qui s'est fini tragiquement. Les essais avaient pour but de lancer un drone (D21) d'un porteur (M21) dérivé du SR-71. En 1966, lors d'un essai le drone a eu des pbs moteurs, a rebondi sur le cone de pression supersonique et s'est écrasé sur le porteur...

Il n'y a jamais eu d'autres essais de séparation supersonique à ma connaissance.

Challenge technique d'un Booster ailé.
En 1970, la phase A du développement de la Navette comprenais un booster ailé, tous les constructeurs ont fait des propositions dans ce sens. Mais la solution des SRB solides a finalement été choisie pour la phase B afin de réduire les couts du programme.
Mais comme le note Scott Lowther de Up-Ship, le booster ailé aurait été un cauchemar technique a developper, que se soit sur sa structure, sa tenue thermique, ses interférences multimoteurs, ....
http://up-ship.com/blog/?p=11739

Quand on se rappelle les problèmes de developpement de la navette seule, construire un booster ailé aurait pu tuer la NASA tout entière en siphonnant davantage que son budget.

Le gigantisme évoqué plus haut aurait été bien réel, comme en témoigne cette comparaison avec un 747. 


Voir grand c'est bien, que ce soit faisable, c'est mieux !
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jean217




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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Mer 13 Nov 2013 - 19:21

Approximativement:

Supersonique => plage de vitesse allant de 0.3 k/s a 1.5 k/s.
Hypersonique => Vitesse supérieur a 1.5 k/s. 

Donc la séparation du premier étage navette et de la fusée se fera à vitesse hypersonique entre 2 k/s et 3 k/s, hors de l'atmosphère à 150 km d'altitude et en apesanteur en début de vol balistique.

Donc les problèmes d'un largage dans l'atmosphère à vitesse supersonique (comme ci-dessus dans la vidéo) ne seront pas rencontrés.
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cosmiste


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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Mer 13 Nov 2013 - 19:49

Je commentais les différentes interventions de ce fil, pas tes posts en particuliers.
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DeepThroat


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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Mer 13 Nov 2013 - 20:57

Citation :
Donc la séparation du premier étage navette et de la fusée se fera à vitesse hypersonique entre 2 k/s et 3 k/s, hors de l'atmosphère à 150 km d'altitude et en apesanteur en début de vol balistique.
Si on est à 2~3 Km/s à 150 Km en début de vol balistique le véhicule porteur repassera en descente à la même vitesse à la même altitude, ça va faire chaud, 80 Km plus bas....La protection thermique risque d'altérer quelque peu le bilan de masse. Ceci dit, d'après le ton de la discussion on n'est pas à 100T près Laughing

Bons Vols
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Sebas


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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Jeu 14 Nov 2013 - 17:11

Permettez que je rejoigne le délire. J'avais préféré, moi aussi aux posts de la page 2 une combustion aérobie complète pour ce premier étage navette, je me vois donc obligé de continuer dans cette voie. D'ailleurs le projet Darpa dit : « The vehicle could also be used as a platform for hypersonics research », contrairement aux moteurs d'Xcor.
Mon intérêt parcimonieux est d'économiser du poids pour sortir à moindre frais du puits - je parle de frais dans un sens strictement énergétique cela va de soit -. Le second est d'ordre esthétique, j'ai une légère préférence pour les lanceurs à décollage horizontal, ou HTOL comme on dit.


Ce projet Darpa XS-1 cherche les 3km/s pour son premier étage (navette ou pas d'ailleurs : « DARPA was not restricting the XS-1 program to winged designs ») soit un gros quart du puits gravitationnel terrestre (11,2 km/s) et un bon tiers d'une vitesse de satellisation minimale (8 km/s).
Si on compare à Ariane V, s'est effectivement les EAP plus une partie de l'EPC. Toutefois ce poids n'est pas vraiment économisé si ce premier étage navette est anaérobie au risque de se retrouver dans la même nasse que le STS et en plus de déroger à l'esthétisme des HTOL. Pour contourner le problème, on peut bien évidemment, comme vous le faites ci-devant, imaginer des turboréacteurs géants pour se trimbaler tout ce comburant  du premier étage navette récupérable, ce qui nécessite de pouvoir esthétiquement tolérer des bousins mastodontesques. Or, l'on sait que si les dinosaures n'ont pu conquérir les étoiles c'est parce qu'ils étaient, comment dire, trop lourdauds. Sur ce point Constantin et Hermann (le Roumain oublié) avaient raison, il vaut mieux lâcher des morceaux en route. Comme quoi un bon gros astéroide peut avoir du bon.


Récemment Lockeed Martin nous a sorti de derrière les fagots une grossière ébauche du projet SR-72. On ne voit pas grand chose sur leur croquis. Si ce n'est que c'est un vecteur mû par turbo puis stato (voir stato mixte càd un début de mélange stato - super stato). Leur solution est à première vue confondante de simplicité, visiblement un simple clapet oriente le flux d'air dans l'un ou l'autre des réacteurs selon la vitesse.





Ainsi, bien que les deux réacteurs soient accolés, je ne suis pas sûr qu'ils puissent économiser - dans l'optique de parcimonie qui me préoccupe ici - beaucoup de poids puisqu'il y a bel et bien encore deux réacteurs. Or un des problèmes de cette propulsion (hormis sa protection thermique of course) c'est le poids additionné de ses réacteurs. Malheureusement la différence mécanique entre les deux semble irréductible, comme on peut le voir sur l'image suivante.





Le turbo réacteur (a) contient de nombreuses parties mobiles, le stato (b) et super stato (c) non. Si on peut plus facilement imaginer (avec quand même beaucoup d'imagination hein) des chambres de combustion et compression à géométrie variable pour passer du stato au superstato, il n'en va pas de même pour passer du turbo réacteur au stato dans le même réacteur. Il faudrait au minimum que les ailettes, soit se rabattent sur les côtés, soit s'orientent sur leur tranche une fois la vitesse super stato atteinte tout en sachant que les parois seraient mobiles. On voit donc que mécaniquement c'est chaud.What a Face

Quoiqu'il en soit l'économie de poids réalisée est peut-être déjà intéressante avec deux réacteurs pour trois.
Autre solution, à l'ancienne, on largue les turbo réacteurs en cours de route. Mais à ce moment là, le «stato-mixte à géométrie variable» ou «SMGV» doit être clairement séparé du «turbo-réacteur larguable» ou «TRL».megalol  La navette rentrerait en mode planeur à Kourou tiens.

Bref, en atteignant théoriquement 4 km/s on gagne la moitié de la hauteur du puits de satellisation. Si on compare avec Ariane V (750t), ce serait proportionnellement les 4/5 de sa masse qui serait ainsi économisée au décollage. 2X273t pour les EAP (jusqu'à 2km/s) plus environ la moitié des 185,5 de l'EPC (6,9 km/s), soit grossièrement 640 tonnes sur ses 760.

Après on peut au choix soit larguer une fusée pour remonter la dernière partie du puits, soit incorporer la fusée dans le vecteur navette. La première solution à l'avantage d'éviter de se traîner la structure navette - alors même qu'elle n'est plus à ce stade qu'une masse morte (mais récupérable). La deuxième solution à l'avantage de faire du tout récupérable ce qui me semble assez vendeur niveau com., car cela aurait le mérite de renvoyer les super destroyers de la guerre des étoiles au rayon antiquité de la SF mais retomberait, quoique qu'avec moins d'acuité, dans la nasse STS. Elle évite aussi la dangereuse séparation d'étages à haute vitesse comme le fait remarquer cosmiste avec la vidéo du SR-71. Mais si on hiérarchise les problèmes, le danger de la séparation est peut-être moindre que le boulet navette morte à se traîner.


On tempérera en disant que, visiblement, les essais stato et super stato coûtent bien plus que 4/5 de bras et que les réacteurs explosent en quelques secondes max (record à 3 km/s pour le X43-A et une dizaine de secondes), mais j'avais annoncé, du fond de ma largesse d'âme, qu'il n'était pas question de parler de frais sonnants et trébuchants. Enfin, on remarquera que ce type de vecteur peut hautement intéresser les militaires pour diverses applications guerrières, surtout que l'on aurait déjà atteint les limites de furtivité. S'ils claquent des tunes pour des porteurs à mach 5+ (1,5 km/s) comme ils disent, il en restera bien pour étudier la séparation du missile de son porteur. Si l'on oublie pas que l'astronautique est essentiellement dérivée d'intérêts militaires, ce point revêt alors toute son importance.
clown


Dernière édition par Sebas le Jeu 14 Nov 2013 - 18:01, édité 2 fois
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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Jeu 14 Nov 2013 - 17:15

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MessageSujet: Re: Pertinence d'un 1er étage "navette"   Ven 15 Nov 2013 - 10:33

Peut-être serait-il utile d'expliciter plus ce qui est entendu par "navette" dans le titre " pertinence d'un premier étage "navette" ?

Est-ce seulement que cet étage est récupérable ? Alors le premier étage du futur Falcon 9 appartient à cette catégorie.

Doit-on ajouter étage "ailé"  pour faire intervenir la portance qui peut réduire les pertes par gravité... mais en contre partie augmenter la trainée et le poids à vide ?

Doit-on penser à un étage à motorisation aérobie qui permet d'aller chercher le comburant: le dioxygène " pendant le vol dans l'atmosphère au lieu d'être contraint à le transporter dès le décollage?
On pense alors aux turboréacteurs , statoréacteurs et superstatoréacteurs  ou alors au moteur SABRE du projet Skylon qui permettrait de prélever dans l'atmosphère le dioxygène lors de sa traversée, puis d'utiliser le surplus en mode fusée en dehors.

Amha , c'est dans cette direction qu'il y aurait le plus à gagner en propulsion chimique.

Car le problème de base se résume aux proportions en masse de l'hydrogène et de l'oxygène dans la molécule d'eau H2O : 8 g d'oxygène( le comburant) pour 1g d'hydrogène (le carburant).
On n'a beau faire en optant pour le carburant le plus léger (l'hydrogène), il faudra dans le mode fusée transporter huit fois plus de comburant (l'oxygène) en masse et il n' y a pas mieux car si le fluor peut être un comburant plus énergétique, il est extrêmement toxique et corrosif et de plus le produit de combustion est le fluorure d'hydrogène HF et donc la demande en fluor est doublée par rapport à celle de l'oxygène, et en surplus sa masse molaire atomique est de 19 g/mol au lieu de 16 g/mol pour l'oxygène.
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