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 Dirigeables sur Mars

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Gabriel_




Masculin Nombre de messages : 24
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MessageSujet: Dirigeables sur Mars   Dim 30 Oct 2016 - 13:09

Bonjour,
je suis nouveau sur ce forum et j'aimerais que vous m'aidiez à développer un projet. Pouvez-vous me dire s'il est possible(théoriquement bien sûr) et si oui l'améliorer?

Voici mon projet de dirigeable martien, je sais qu'il y a déjà d'autre projets sur Vénus mais je pense que cela pourrait aussi aider l'exploration martienne. (Valeurs subjectives)


Les ballons présentent plusieurs avantages cruciaux par rapport aux autres moyens d'explorations. Non seulement la technologie mise en œuvre est relativement simple et légère, mais ces appareils plus légers que l'air ne nécessitent aucune source d'énergie pour se déplacer ou pour voler, ce qui en fait des engins peu coûteux. Le rayon d'action des ballons est bien plus important que celui d'un rover et ils peuvent profiter de leur position avantageuse pour acquérir des images très précises des surfaces planétaires. Les clichés obtenus par un ballon sont idéals pour combler le vide qui existe entre les images à très haute résolution de la surface martienne prises par des atterrisseurs ou des rovers et les photographies peu détaillées acquises par les sondes orbitales. 
Déjà, nous devons nous poser la question qu'est-ce dirigeable?
Un ballon dirigeable est un aéronef plus léger que l'air, également appelé aérostat, qui renfermant des dispositifs destinés à assurer la sustentation ainsi que des systèmes de propulsion lui conférant une dirigeabilité totale.
Ce véhicule flottera dans l'air grâce à un gaz de sustentation.
C'est un gaz de masse volumique inférieure à celle de l'air, contenu dans une enveloppe, permettant à la force d'Archimède de s'exercer. La densité du gaz ambiant doit être supérieur à la densité du gaz intérieur.
Ensuite parlons du dirigeable sur terre : le dirigeable a été développé à partir des années 20 mais plusieurs problèmes se posaient. Le dirigeable n’allait pas vite, il était confronté à la montée en puissance de l'avion et des accidents se sont produits à cause d'un gaz : le dihydrogène(H²) qui est inflammable. Depuis on utilise L’hélium ininflammable mais qui est moins porteur que l’hydrogène car il est plus lourd : il est environ 7% moins porteur. 
Cependant, j’ai choisi d’utiliser le dihydrogène. Lorsque l’on pense à l'hydrogène, on pense au gaz le plus léger au monde ainsi qu'à sa grande puissance de combustion mais dans le cas de Mars le manque d'oxygène et la faible température élimine complètement cette possibilité. L’avantage majeur d’un gaz est qu’il n’a besoin d’aucune énergie ou carburant pour voler. Il peut donc porter plus de charge utile sans avoir besoin d'un gros moteur comme le ferait un avion.
Un dirigeable peut ensuite être affecté par le vent car il devient peu manœuvrable lorsque le vent souffle à plus de 42 km/h. Heureusement sur Mars les vents sont en moyenne de 4 à 6 km/h ce qui ne nuira donc pas à la trajectoire du dirigeable. Sur Mars la pression est 150 fois moins dense que sur la terre, ce qui pose un inconvénient car la portance s'en trouvera diminuée malgré la faible gravité. En effet la masse d'un objet sur Mars est environ 3 fois plus faible que sur Terre; ce qui réduira considérablement la charge. Le volume de mon dirigeable sera de l'ordre de 800.000 m^3 et pourra porter 1,5 tonne de charge utile. 800.000 mètres cube , cela peut paraître énorme me direz-vous mais des dirigeables de plusieurs millions de mètres cube ont déjà vu le jour.
Les dirigeables normals pour monter ou descendre ont besoin de jeter du lest en larguant du gaz ou des objets lourds, on peut donc accélérer la chute ou ralentir la montée. Mais sur Mars le dirigeable ne peut se permettre de larguer du gaz car il n'y a bien sûr pas de réservoir d'hydrogène sur Mars. Je me suis donc demander s'il n'existait pas un moyen de garder l'hydrogène en montant et descendant sans larguer du lest et il existe en effet un moyen.. J'ai d'abord pensé à compresser le H² mais il s'avère que cette technique n'est pas tout à fait maîtrisée et peut provoquer une instabilité de la structure. J'ai donc opté pour un autre moyen crée par Joule/Thomson.
Le dihydrogène contenue dans les ballonets peut changer d'état sous une faible température. Ce système de refroidissement procéderait ainsi: gazeux>liquide =plus grande densité, exactement 835*+*. Cela atténuera la portance et diminuera donc l'altitude. Pour monter il suffit d'ouvrir les vannes reliées aux ballonnets et la température ambiante réchauffera l'hydrogène liquide très facilement. Ce phénomène se traduit donc par une variation de température qui fonctionne ainsi. 
Premièrement la cuve hermétique sera refroidit à 80 K avec de l'azote liquide, ensuite des compressions et détentes successives pour refroidir le gaz à 20 kelvin( -250°) qui est sa température de liquéfaction. De plus la transformation est rapide alors que les échanges de chaleur sont très lents.
-lors d'une compression, la température augmente ce qui augmente son énergie interne et donc son agitation thermique et lors de la détente dite adiabatique, la température diminue car la pression a changé.
La liquéfaction demande beaucoup d'énergie est ne devra donc être utilisé que rarement car les panneaux solaires demande du temps avant de produire l'énergie nécessaire à ce procédé. De plus la densité de l'hydrogène liquide étant de 70 kg/m3 contre 0,09 kg/m3 pour le gazeux. Le transport se fera donc plus facilement pendant le voyage vers Mars car il y aura besoin de moins d'espace de stockage et donc moins de poids. De plus s'il manque de l'azote, il pourra être récupéré car l'atmosphère=1,89% de Nitrogen.
Par ailleurs le dirigeable aura en plus un autre moyen de fonctionner: grâce à l'énergie solaire. L'énergie solaire est sous forme de rayon UV et de chaleur contribueront d'une part à alimenter les panneaux solaires placées au dessus de lui en énergie mais aussi à réchauffer l'intérieur gazeux du ballon. En effet le ballon aura un matériau aluminisé de couleur noire qui pourra donc absorber les rayons du soleil en plus grande quantité. Il pourra à l'inverse changer de couleur et donc passer du noir au blanc. Le blanc réfléchira les rayons du soleil et le dirigeable perdra donc de la chaleur ce qui lui fera perdre de la portance. Ce phénomène marchera grâce à la circulation de charges électriques qui déclencheront dans ce matériau une réaction de réduction (gain d'électrons) ou d'oxydation (perte d'électrons). Les propriétés optiques des molécules ayant réagit seront modifiées. Les longueurs d'onde lumineuses qu'elles sont susceptibles d'absorber diffèrent alors. Si ces longueurs d'onde appartiennent au spectre visible, la couleur du matériau change.
De plus si le dirigeable perd du dihydrogène, il pourra en récupérer grâce à l'oxydo-réduction obtenu d'une solution de borohydrure de sodium.

En présence d’eau et d'un catalyseur, le borohydrure de sodium forme de l'hydrogène et du borate de sodium (ou borax).
Stocké dans le réservoir du véhicule sous la forme d’un liquide épais, le borohydrure de sodium est*stable, sans danger et ne prend quasiment pas de place. Un catalyseur permettra de dissocier l’hydrogène. Cette réduction servira à augmenter la durée de vie du dirigeable. Il servira à compenser les pertes de gaz par diffusion et les variations de pression du gaz dues aux effets thermiques. 
Pour ne prendre aucun risque et ne pas polluer Mars, j'ai donc choisi d'utiliser des panneaux solaires car le générateur à radio-isotope nucléaire de Curiosity ne me semble pas la meilleur idée pour explorer Mars. Le dirigeable aura 200 m² de panneaux solaires répartis au-dessus de son enveloppe. Il pourra donc produire 4 Kw/h ce qui n'est pas énorme mais pourra le faire avancer à environ 5-10km/h.
Pour optimiser son trajet et surtout son énergie, le dirigeable restera toujours sur l'hémisphère qui sera en été.


panneaux solaires souple=532 grammes/m² 20w/m²
Batteries lithium-ion mais masse et stockage inconnue pour l'instant
réserve d'hydrogène c'est le borohydre de sodium + eau = H²
masse de l’enveloppe=polyisobutylène allongement à la rupture=700% et 0,0038g/mol
Je ne sais pas comment déterminer la masse de l'enveloppe
masse de H² liquide totale=661 kg
masse des systèmes de propulsions inconnues mais ce sera 4 hélices (2 latérales et 2 arrières) avec pad directionnelles
Je ne sais pas comment calculer la taille des hélices ni leur force de poussée.

[mod]Titre du sujet corrigé, mais pensez à vous présenter dans la section idoine du forum :
http://www.forum-conquete-spatiale.fr/f5-presentation-des-membres[/mod]
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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Dim 30 Oct 2016 - 13:26

Salut,

Bienvenue sur le forum (les modos vont te le dire, il est d'usage de se présenter dans un sujet dédié).

Pour obtenir des réponses à tes questions, je te conseille d'espacer ton texte et de le mettre en une seule couleur (pas le cas actuellement) afin de ne pas rebuter les lecteurs. Very Happy

Ensuite, tu devrais donner un titre plus explicite, par exemple "Projet de dirigeable martien".
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Gabriel_




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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Dim 30 Oct 2016 - 14:11

Oui, excusez-moi.
En gros je compte faire un engin fonctionnant grâce au principe d'archimède.
-fonctionne grâce au dihydrogène.
-ballast avec changement d'état fluide-gazeux
-système réfrigérant avec de l'azote liquide
-production d'hydrogène avec du borax
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Aramis


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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Lun 31 Oct 2016 - 9:42

Gabriel_ a écrit:
Bonjour,
je suis nouveau sur ce forum et j'aimerais que vous m'aidiez à développer un projet. Pouvez-vous me dire s'il est possible(théoriquement bien sûr) et si oui l'améliorer?

Voici mon projet de dirigeable martien, je sais qu'il y a déjà d'autre projets sur Vénus mais je pense que cela pourrait aussi aider l'exploration martienne. (Valeurs subjectives)


Les ballons présentent plusieurs avantages cruciaux par rapport aux autres moyens d'explorations. Non seulement la technologie mise en œuvre est relativement simple et légère, mais ces appareils plus légers que l'air ne nécessitent aucune source d'énergie pour se déplacer ou pour voler, ce qui en fait des engins peu coûteux. Le rayon d'action des ballons est bien plus important que celui d'un rover et ils peuvent profiter de leur position avantageuse pour acquérir des images très précises des surfaces planétaires. Les clichés obtenus par un ballon sont idéals pour combler le vide qui existe entre les images à très haute résolution de la surface martienne prises par des atterrisseurs ou des rovers et les photographies peu détaillées acquises par les sondes orbitales. 
Déjà, nous devons nous poser la question qu'est-ce dirigeable?
Un ballon dirigeable est un aéronef plus léger que l'air, également appelé aérostat, qui renfermant des dispositifs destinés à assurer la sustentation ainsi que des systèmes de propulsion lui conférant une dirigeabilité totale.
Ce véhicule flottera dans l'air grâce à un gaz de sustentation.
C'est un gaz de masse volumique inférieure à celle de l'air, contenu dans une enveloppe, permettant à la force d'Archimède de s'exercer. La densité du gaz ambiant doit être supérieur à la densité du gaz intérieur.
Ensuite parlons du dirigeable sur terre : le dirigeable a été développé à partir des années 20 mais plusieurs problèmes se posaient. Le dirigeable n’allait pas vite, il était confronté à la montée en puissance de l'avion et des accidents se sont produits à cause d'un gaz : le dihydrogène(H²) qui est inflammable. Depuis on utilise L’hélium ininflammable mais qui est moins porteur que l’hydrogène car il est plus lourd : il est environ 7% moins porteur. 
Cependant, j’ai choisi d’utiliser le dihydrogène. Lorsque l’on pense à l'hydrogène, on pense au gaz le plus léger au monde ainsi qu'à sa grande puissance de combustion mais dans le cas de Mars le manque d'oxygène et la faible température élimine complètement cette possibilité. L’avantage majeur d’un gaz est qu’il n’a besoin d’aucune énergie ou carburant pour voler. Il peut donc porter plus de charge utile sans avoir besoin d'un gros moteur comme le ferait un avion.
Un dirigeable peut ensuite être affecté par le vent car il devient peu manœuvrable lorsque le vent souffle à plus de 42 km/h. Heureusement sur Mars les vents sont en moyenne de 4 à 6 km/h ce qui ne nuira donc pas à la trajectoire du dirigeable. Sur Mars la pression est 150 fois moins dense que sur la terre, ce qui pose un inconvénient car la portance s'en trouvera diminuée malgré la faible gravité. En effet la masse d'un objet sur Mars est environ 3 fois plus faible que sur Terre; ce qui réduira considérablement la charge. Le volume de mon dirigeable sera de l'ordre de 800.000 m^3 et pourra porter 1,5 tonne de charge utile. 800.000 mètres cube , cela peut paraître énorme me direz-vous mais des dirigeables de plusieurs millions de mètres cube ont déjà vu le jour.
Les dirigeables normals pour monter ou descendre ont besoin de jeter du lest en larguant du gaz ou des objets lourds, on peut donc accélérer la chute ou ralentir la montée. Mais sur Mars le dirigeable ne peut se permettre de larguer du gaz car il n'y a bien sûr pas de réservoir d'hydrogène sur Mars. Je me suis donc demander s'il n'existait pas un moyen de garder l'hydrogène en montant et descendant sans larguer du lest et il existe en effet un moyen.. J'ai d'abord pensé à compresser le H² mais il s'avère que cette technique n'est pas tout à fait maîtrisée et peut provoquer une instabilité de la structure. J'ai donc opté pour un autre moyen crée par Joule/Thomson.
Le dihydrogène contenue dans les ballonets peut changer d'état sous une faible température. Ce système de refroidissement procéderait ainsi: gazeux>liquide =plus grande densité, exactement 835*+*. Cela atténuera la portance et diminuera donc l'altitude. Pour monter il suffit d'ouvrir les vannes reliées aux ballonnets et la température ambiante réchauffera l'hydrogène liquide très facilement. Ce phénomène se traduit donc par une variation de température qui fonctionne ainsi. 
Premièrement la cuve hermétique sera refroidit à 80 K avec de l'azote liquide, ensuite des compressions et détentes successives pour refroidir le gaz à 20 kelvin( -250°) qui est sa température de liquéfaction. De plus la transformation est rapide alors que les échanges de chaleur sont très lents.
-lors d'une compression, la température augmente ce qui augmente son énergie interne et donc son agitation thermique et lors de la détente dite adiabatique, la température diminue car la pression a changé.
La liquéfaction demande beaucoup d'énergie est ne devra donc être utilisé que rarement car les panneaux solaires demande du temps avant de produire l'énergie nécessaire à ce procédé. De plus la densité de l'hydrogène liquide étant de 70 kg/m3 contre 0,09 kg/m3 pour le gazeux. Le transport se fera donc plus facilement pendant le voyage vers Mars car il y aura besoin de moins d'espace de stockage et donc moins de poids. De plus s'il manque de l'azote, il pourra être récupéré car l'atmosphère=1,89% de Nitrogen.
Par ailleurs le dirigeable aura en plus un autre moyen de fonctionner: grâce à l'énergie solaire. L'énergie solaire est sous forme de rayon UV et de chaleur contribueront d'une part à alimenter les panneaux solaires placées au dessus de lui en énergie mais aussi à réchauffer l'intérieur gazeux du ballon. En effet le ballon aura un matériau aluminisé de couleur noire qui pourra donc absorber les rayons du soleil en plus grande quantité. Il pourra à l'inverse changer de couleur et donc passer du noir au blanc. Le blanc réfléchira les rayons du soleil et le dirigeable perdra donc de la chaleur ce qui lui fera perdre de la portance. Ce phénomène marchera grâce à la circulation de charges électriques qui déclencheront dans ce matériau une réaction de réduction (gain d'électrons) ou d'oxydation (perte d'électrons). Les propriétés optiques des molécules ayant réagit seront modifiées. Les longueurs d'onde lumineuses qu'elles sont susceptibles d'absorber diffèrent alors. Si ces longueurs d'onde appartiennent au spectre visible, la couleur du matériau change.
De plus si le dirigeable perd du dihydrogène, il pourra en récupérer grâce à l'oxydo-réduction obtenu d'une solution de borohydrure de sodium.

En présence d’eau et d'un catalyseur, le borohydrure de sodium forme de l'hydrogène et du borate de sodium (ou borax).
Stocké dans le réservoir du véhicule sous la forme d’un liquide épais, le borohydrure de sodium est*stable, sans danger et ne prend quasiment pas de place. Un catalyseur permettra de dissocier l’hydrogène. Cette réduction servira à augmenter la durée de vie du dirigeable. Il servira à compenser les pertes de gaz par diffusion et les variations de pression du gaz dues aux effets thermiques. 
Pour ne prendre aucun risque et ne pas polluer Mars, j'ai donc choisi d'utiliser des panneaux solaires car le générateur à radio-isotope nucléaire de Curiosity ne me semble pas la meilleur idée pour explorer Mars. Le dirigeable aura 200 m² de panneaux solaires répartis au-dessus de son enveloppe. Il pourra donc produire 4 Kw/h ce qui n'est pas énorme mais pourra le faire avancer à environ 5-10km/h.
Pour optimiser son trajet et surtout son énergie, le dirigeable restera toujours sur l'hémisphère qui sera en été.


panneaux solaires souple=532 grammes/m² 20w/m²
Batteries lithium-ion mais masse et stockage inconnue pour l'instant
réserve d'hydrogène c'est le borohydre de sodium + eau = H²
masse de l’enveloppe=polyisobutylène allongement à la rupture=700% et 0,0038g/mol
Je ne sais pas comment déterminer la masse de l'enveloppe
masse de H² liquide totale=661 kg
masse des systèmes de propulsions inconnues mais ce sera 4 hélices (2 latérales et 2 arrières) avec pad directionnelles
Je ne sais pas comment calculer la taille des hélices ni leur force de poussée.

[mod]Titre du sujet corrigé, mais pensez à vous présenter dans la section idoine du forum :
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A mon avis la masse d'un objet ne varie pas sur mars par rapport à sa masse terrestre.
Par contre, le poids d'un objet sur mars varie par rapport à son poids sur terre.
Mais cela n'affecte pas le raisonnement global.
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Gabriel_




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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Lun 31 Oct 2016 - 11:16

Oui je me suis trompé pour la masse et savez-vous comment calcule t-on la puissance d'une hélice et si le meilleur moyen de propulsion serait l'hélice?
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Eloi


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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Mar 1 Nov 2016 - 20:03

J'avais proposé en 2014 un pré-dimensionnement sur ce fil (et pages suivantes), d'un dirigeable martien (appelé Tefnout) destiné à transporter de l'eau entre les pôles, où elle abonde, et l'équateur, où elle est rare.

C'est intéressant de remettre ce sujet en perspectives : Elon Musk sera probablement mon meilleur client puisqu'il lui en faudra beaucoup, de l'eau, pour son ITS  santa

Le dimensionnement final était le suivant :

* Tefnout mesure toujours 272 m de long et 54 m de diamètre, pour un volume de 420000 m3, soit ~ 2 Hindenburg.
* C'est toujours un dirigeable souple (blimp) dont l'enveloppe à une masse surfacique de 0.05 kg.m-2 et pressurisé à 630 Pa (pour une atmosphère à 600 Pa).
* il y a donc ~1.9  t pour l'enveloppe et 0.3 t de H2.
* Vitesse moyenne : 60 km/h
* On considère un C_x=0.1
* la force de traînée représente 477 N soit une puissance de 8 kW (11 cv)
* le travail sur le trajet de 11000 km est de 5.2e9 J.
* On suppose un ravitaillement en combustible à la base polaire et à la base équatoriale. Le produit de combustion (eau) est conservé au cours du trajet, ce qui représente entre autres un avantage notamment en terme d'équilibre du dirigeable sur la longueur de son trajet.
* On suppose un propulseur électrique de rendement 80% et une pile à combustible de rendement 60%.
* Le combustible (H2+O2) représente alors ~0.4 t (notable réduction).
* On suppose 1.6 t pour les servitudes (moteurs, piles à combustible et commandes... reste à vérifier la faisabilité).
* La capacité d'emport est alors de : ~2 t
* le débit annuel est alors de 48 t/an (~ 130 personnes) avec toujours une disponibilité de 50%. 

La masse à importer de la Terre est de 1.6 t + 1.9 t ~ 3.5 t. Tefnout est "remboursé" en ~ 1 mois.



Pour l'hélice, j'avais à l'époque trouvé quelques outils gratuits, mais n'ai plus les liens (cf Google) : de mémoire, du fait de la faible pression de l'atmosphère martienne, il faut viser de très grandes hélices à faible vitesse de rotation.
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Eloi


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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Mar 1 Nov 2016 - 20:24

Pour le contrôle de l'altitude, une stratégie pourrait être la suivante :
* si l'on souhaite gagner de la flottabilité : électrolyser un peu d'eau, injecter l'H2 dans l'enveloppe et pressuriser en bonbonne l'O2 ;
* si l'on souhaite perdre en flottabilité : brûler H2+O2 et stocker l'eau dans un réservoir.

Comme le moyen de propulsion+énergie le plus "évident" est de barder l'enveloppe d'un film photovoltaïque couplé à un système électrolyseur+pile à combustible avec des cycles journaliers, le matériel existe déjà.

Le tout est que le système permette une charge utile positive et permettant de "rentabiliser" en termes de masse le dirigeable en un temps le plus court possible.
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Gabriel_




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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Mer 2 Nov 2016 - 17:07

Bonsoir,
comment avez-vous calculé le cx? De quelle nature est votre pile à combustible?
Pour le contrôle d'altitude j'avais pensé à une conversion d'une partie de l'hydrogène gazeux en liquide pour descendre et inversement (le tout couplé à un réfrigérant) Pensez-vous que c'est unne bonne idée?
Je n'ai pas compris la nature de votre mission? Voulez-vous emmener des gens ou de l'eau et pourquoi de l'eau sachant qu'il y en a plein dans le sol et même de l'eau liquide (saumures)?
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montmein69


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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Mer 2 Nov 2016 - 20:15

Gabriel_ a écrit:

Je n'ai pas compris la nature de votre mission? Voulez-vous emmener des gens ou de l'eau et pourquoi de l'eau sachant qu'il y en a plein dans le sol et même de l'eau liquide (saumures)?

Le FIL qui a été rappelé
http://www.forum-conquete-spatiale.fr/t13546p325-comment-coloniser-mars-a-partir-de-ses-ressources
contient effectivement pas mal de cogitations, dont la proposition d'Eloi, d'un dirigeable qui permettrait de rapporter de l'eau depuis la calotte glaciaire (inhospitalière pour que les colons y séjournent) vers la zone équatoriale (avec des conditions climatiques plus favorables).

L'extraction de l'eau sur l'emplacement du séjour équatorial peut être envisagé, mais cela nécessite un matériel de minage assez important. On devra manipuler des tonnes de régolite car il est peu probable qu'on trouve une "source" de saumure, plutôt du sol humide (glacé en hiver).
Il faudra donc séparer la saumure des matières solides, puis éliminer le sel et autres produits dissous. C'est quand même assez complexe et requière des installations.
La glace au pôle doit être pratiquement de l'eau pure.
Les deux solutions peuvent se compléter, tout dépend aussi de quelle période d'implantation on parle. Celle du tout début ou après plusieurs années. Les quantités d'eau requises ne seront pas les mêmes.
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Eloi


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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Mer 2 Nov 2016 - 20:39

Gabriel_ a écrit:
comment avez-vous calculé le cx? De quelle nature est votre pile à combustible?

Pour le Cx j'avais pris une valeur dans des tables qui me semblait appropriée pour un ellipsoïde de révolution ; pas de calculs, du doigt mouillé. Une PàC H2+O2, qui me semblait appropriée pour un transporteur d'eau, mais pas plus de détails à part vérifier la compatibilité du rapport masse/puissance de la PàC avec le dimensionnement général.


Gabriel_ a écrit:
Pour le contrôle d'altitude j'avais pensé à une conversion d'une partie de l'hydrogène gazeux en liquide pour descendre et inversement (le tout couplé à un réfrigérant) Pensez-vous que c'est unne bonne idée?

Pour être précis, comme indiqué dans le lien ci-dessus, c'était un dimensionnement amateur "pour le plaisir" (ça fait apprendre plein de choses) : je ne suis pas du tout spécialiste des aérostats ni des PàC ou quoi que ce soit de ce genre. Concernant votre question, tout est affaire de masse/fiabilité ; il est difficile de produire du LH2 à 20K, cela conduit à penser que ce sera un système pesant et complexe. Difficile toutefois de juger comme cela, à part que le contrôle d'altitude sera contraignant pour un tel engin (fortes variations d'altitude nécessaires pour suivre le relief : hauts plateaux de l'équateur, basses plaines du Nord).

Gabriel_ a écrit:
Je n'ai pas compris la nature de votre mission? Voulez-vous emmener des gens ou de l'eau et pourquoi de l'eau sachant qu'il y en a plein dans le sol et même de l'eau liquide (saumures)?

Oui transporter de l'eau. Je ne suis pas bien convaincu qu'on puisse affirmer que l'eau est abondante sur Mars : le sol et l'atmosphère sont très sèches ; quant aux saumures, outre que cela reste une hypothèse, on ne connaît ni l'ampleur du gisement ni sa disposition géographique, non ? Dans tous les cas, lorsqu'il pourra être envisagé sérieusement des opérations industrielles sur Mars, on aura probablement à disposition nettement plus de connaissances, et le bon choix pourra être fait en conscience.
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Gabriel_




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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Mer 2 Nov 2016 - 21:03

Savoir si il y a de l'eau dans le sol dans la zone équatoriale on pourra le savoir grâce à TGO d'exomars qui peut analyser jusqu'à 1 mètre dans le sol(je ne sais pas si ce sera suffisant). Pour le système de refroidissement il ne sera pas forcément lourd: il suffit de mettre une petite cuve avec le dihydrogène gazeux à liquéfier, le refroidire à 80 kelvin avec de l'azote liquide ( qu'on peut trouver sur mars environ 2%) puis il suffit de compresser et dilater le gaz déjà froid jusqu'à 20 kelvin. Pour reprendre de l'altitude il suffit de remettre l'hydrogène liquide et gazeux en contact pour qu'il redevienne gazeux car faible amplitude thermique entre les 2 états. Pour l'hydrogène je pense qu'il faudrait une station au sol pour en produire donc ce n'est pas très adéquat pour un dirigeable. Pour l'eau je ne savais pas qu'elle était concentré en majorité aux pôles.
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Argyre


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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Mer 2 Nov 2016 - 22:27

Il y a 2 problèmes majeurs avec un dirigeable :
1) En cas de tempête de poussière, je pense que les particules de poussière augmentent considérablement la force de poussée du vent.
2) La force du vent dépend beaucoup de la densité de l'air, très faible sur Mars, mais aussi de la vitesse de l'air. Or, une force,
aussi faible soit-elle, contribue à une augmentation régulière de la vitesse. Autrement dit, si on a une panne moteur sur
un dirigeable, celui-ci accélère jusqu'à atteindre la vitesse du vent ... qui peut être très grande.
Faudra pas avoir de panne de l'hélice sur Mars ...
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jbb06




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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Jeu 3 Nov 2016 - 9:56

TAS développe le Stratobus (mais n'a pas de vélléité à l'envoyer sur Mars)

Cependant, un blog évoque cette idée:

https://blogs.letemps.ch/pierre-brisson/2015/12/29/un-stratobus-martien/
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Aramis


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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Ven 4 Nov 2016 - 15:54

Ce dirigeable aurait à redouter l'abrasion ou l'adhérence des poussières ou sables lors des tempêtes martiennes qui peuvent recouvrir toute la planète.
Les panneaux solaires pourraient s'en trouver endommagés.
Il lui faudrait aussi craindre des phénomènes électrostatiques ou électromagnétiques violents.
Voir :
http://jcboulay.free.fr/astro/sommaire/astronomie/univers/galaxie/etoile/systeme_solaire/mars/page_mars6.htm
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Eloi


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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Ven 4 Nov 2016 - 20:42

Gabriel_ a écrit:
Pour le système de refroidissement il ne sera pas forcément lourd: il suffit de mettre une petite cuve avec le dihydrogène gazeux à liquéfier, le refroidire à 80 kelvin avec de l'azote liquide ( qu'on peut trouver sur mars environ 2%) puis il suffit de compresser et dilater le gaz déjà froid jusqu'à 20 kelvin. Pour reprendre de l'altitude il suffit de remettre l'hydrogène liquide et gazeux en contact pour qu'il redevienne gazeux car faible amplitude thermique entre les 2 états.

Le concept consiste donc à embarquer une petite réserve de LH2, liquéfiée au sol, et dégazée dans le ballon au besoin, si l'on souhaite gagner de l'altitude. Pour redescendre, est-ce que cela consiste à dégaze le H2 gazeux dans l'atmosphère ? Si c'est le cas, il n'est pas impossible qu'une composante "économique" rende peu envisageable de perdre ce H2 ; en effet sur Mars, il est probable que l'eau soit rare (à l'exception des pôles inhospitaliers), et donc que perdre du H2 soit un crève-coeur.

@Argyre et Aramis

Oui, on sent bien qu'un dirigeable martien sera énorme, même si très léger. Si la navigation de l'engin est trop contrainte par la météo, il est clair qu'un dirigeable "industriel" n'est pas faisable (notamment si ce n'est que pour transporter 1 tonne tous les 11 j.

La solution la plus simple est probablement le "bondisseur ballistique", comme le NIMF de Zubrin. Par contre, en tout chimique, on sent que ce serait compliqué comme vaisseau-citerne d'eau (par exemple) : à delta-V= 3 km/s par trajet, décollage+atterrissage en aller-retour, cela fait 12 km/s, soit à une impulsion spécifique de 300 s un rapport de masse assez désastreux de ~60. Quelle part de freinage peut être réalisé par parachute sur Mars, pour des vitesses limitées ?
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montmein69


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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Ven 4 Nov 2016 - 20:48

Pour évaluer les quantités de glace d'eau disponibles aux pôles :

http://www.insu.cnrs.fr/ama09/de-la-glace-tres-pure-sous-la-calotte-polaire-nord-de-mars

http://www.insu.cnrs.fr/univers/le-systeme-solaire/le-radar-marsis-estime-le-volume-d-eau-contenu-dans-le-pole-sud-de-mars

Le hic .... c'est bien sûr le transport vers la zone de la station habitée.
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Gabriel_




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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Sam 5 Nov 2016 - 19:19

Pour l'hélice je ne sais pas si ce serait le meilleur moyen de propulsion, si vous avez des idées...
Les vents accélérants le dirigeable ne sont pas un problème car ils sont rares et situés dans des zones précises(pôles...)
Pour la poussière martienne on pourrait utiliser des essuies glace ou aller dans des zones ou le vent est puissant.
Les phénomènes éléctromagnétique peuvent être contré avec une cage de Faraday.
Je pensais plutôt à un système de refroidissement dans le dirigeable, avec l'hydrogène gazeux porteur et l'hydrogène gazeux converti en liquide servant de poids pour descendre.
Eloi je n'ai pas compris ce que vous didiez, parlez vous de la procédure d'atterissage du dirigeable à partir de l'espace ou lorsqu'il est déjà installé et qu'il veut se poser?
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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Dim 6 Nov 2016 - 18:32

Gabriel_ a écrit:
Je pensais plutôt à un système de refroidissement dans le dirigeable, avec l'hydrogène gazeux porteur et l'hydrogène gazeux converti en liquide servant de poids pour descendre.
Eloi je n'ai pas compris ce que vous didiez, parlez vous de la procédure d'atterissage du dirigeable à partir de l'espace ou lorsqu'il est déjà installé et qu'il veut se poser?

Non, cela concerne bien la procédure pour gagner ou perdre de l'altitude. Pour que le système de gazéification/liquéfaction du H2 fonctionne, il faut que sa masse soit suffisamment faible pour qu'il soit intégrable dans le dirigeable sans nuire à sa flottabilité ; comme la masse est le premier facteur influençant le dimensionnement d'un dirigeable, un calcul est probablement nécessaire pour le vérifier.
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Gabriel_




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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Dim 6 Nov 2016 - 22:33

Je n'ai aucune idée du pods de la chambre de refroidissement mais je pense qu'avec une structure en fibre de carbone cela doit devenir relativement léger pour une chambre normal sur terre.
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montmein69


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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Lun 7 Nov 2016 - 11:55

Une idée sur la technique qui serait utilisée pour liquéfier de l'hydrogène à bord du dirigeable ?
Comme il est dit un tel système aurait un poids (au détriment de la charge d'eau à rapporter). Mais quel fonctionnement ? Quelle énergie consommée ?
Le largage (pour diminuer la masse et descendre) puis la mise en oeuvre de l''électrolyse d'une partie de l'eau transportée si on a besoin d'augmenter la force ascensionnelle pour remonter .... avec des boudins latéraux qui se dégonflent et qu'on peut regonfler ?
Non crédible ?
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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Lun 7 Nov 2016 - 22:10

montmein69 a écrit:
Une idée sur la technique qui serait utilisée pour liquéfier de l'hydrogène à bord du dirigeable ?
Comme il est dit un tel système aurait un poids (au détriment de la charge d'eau à rapporter). Mais quel fonctionnement ? Quelle énergie consommée ?
Le largage (pour diminuer la masse et descendre) puis la mise en oeuvre de l''électrolyse d'une partie de l'eau transportée si on a besoin d'augmenter la force ascensionnelle pour remonter ....  avec des boudins latéraux qui se dégonflent et qu'on peut regonfler ?
Non crédible ?

J'avais essayé d'évaluer la masse d'un électrolyseur et je m'étais rendu compte qu'il était pour le moins illusoire d'imaginer électrolyser suffisamment de H2 avec quelques centaines de kg et quelques dizaines de kW. Malheureusement, ayant fermé la page par erreur, j'ai tout perdu  Cool

Bref, ce n'était pas gagné, voir notamment les performances ici en p16.
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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Mar 8 Nov 2016 - 0:32

Je ne suis pas expert en liquéfaction du H² mais d'après ce que je sais on doit refroidir le refroidire à -190 degrés avec du diazote liquide et ensuite avec une sorte de compresseur-détendeur on arrive à le refroidir jusqu'à -253 degrés qui est sa température de liquéfaction.
En gros (si j'ai bien compris) les molécules (gaz) sont compressés le plus possible et le gradient thermique estdonc localisé dans un faible espace, après la détente à lieu et toutes les molécules de gaz se dispersent dans un plus grand volume d'espace. Ce qu'il fait qu'elles interagissent moins entre elle par leur distance et se refroidissent à cause de leur isolement. On doit répéter cette action plusieurs fois pour arriver à la bonne température.
Si quelqu'un sait expliquer la liquéfaction du H² mieux que moi merci de le faire...
Cela peut entraîner des pertes d'H² de l'ordre de 10-20% ce qui est quand même conséquent. Ce changement d'altitude devra être calculé pour causer le moins de consommation d'énergie. Pour regagner du dihydrogène je pense que la solution est d'apporter une cargaison de borohydrure de sodium: NaBH4 + 2 H2O = NaBO2 + 4 H2. Pour ainsi regagner de l'hydrogène. Cette formule est très rentable par rapport au rendement je ne sais plus les chiffres et encore une fois si qqn les conna^t merci de les transmettre. La demande d'énergie est négligeable czr j'avais penser à des dimensions de panneaux solaires souples(peut-être orientable) de l'ordre de 200m² pour une dimension de 600000m^3 de H². Le trajectoire aura aussi une sorte de pilote automatique et essayera de rester au maximum dans les zones ensoleillés donc à l'équateur et ne sera pas fait je pense pour aller se balader en haut des monts de Tharsis.
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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Mar 8 Nov 2016 - 11:20

La force ascensionnelle du dirigeable est liée à la poussée d'Archimède, donc au volume d'air martien déplacé.

la technique utilisée pour monter avec ce modèle  est "au décollage" assurée par le force verticale créée par des moteurs à hélice (façon hélicoptère).
Ici le système de bascule pour la transition entre "monter" et "avancer" des deux propulseurs latéraux + un propulseur arrière




Une émission C dans l'air qui montre l'utilisation d'un ballon "annexe" interne à celui de l'hélium, dont la taille fait varier le volume de l'hélium donc celui de l'air "déplacé"

http://tinyurl.com/oup7k3e

Autre image montrant le rôle des ballonnets de taille variable (en grisé) qu'on remplit ou vide avec "l'air extérieur"


Il y a plusieurs modèles de dirigeables, certains peuvent avoir un volume variable.
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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Mar 8 Nov 2016 - 14:19

Spoiler:
 

Gabriel je te souhaite un heureux et fructueux projet.  up
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MessageSujet: Re: Dirigeables sur Mars   Jeu 10 Nov 2016 - 22:39

Montmein69, je compte mettre 4 hélices:
-2 à l'arrière pour la propulsion
-2 sur les côtés latérales pour les corrections de trajectoire
Ces hélices seront montés sur un pad multi-directionnelles.

Astronotes, le marronier comme tu dis a été un des programme spatial les plus respectés du 20 eme siècle (franco américain) et ce concept est encore repris de nos jours. Ce projet obsolète d'après toi est un des plus grands projets de la Nasa pour l'exploration de Vénus et une suite du programme Venera est envisagé. 
De plus tu dis que les ballons ne se sont pas posés sur Vénus mais au contraire ils ont pu étudier avec précision comme en témoignent ces photos:

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