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 Stations-services de l'espace

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PierredeSedna
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MessageSujet: Stations-services de l'espace   Mar 5 Juin 2018 - 20:07

J'ouvre un nouveau sujet sur la thématique des stations-services de l'espace. J'ai cherché si ce sujet, dans toute sa transversalité, avait été traité sur le FCS, et je n'ai pas trouvé. 

I - Définition

Par station-service de l'espace, j'entends toute installation permanente de ravitaillement en fluides nécessaires à la propulsion spatiale, quelle que soit la localisation de cette installation sur le sol d'une planète autre que la Terre, d'une lune, d'un astéroïde, d'une comète, ou en orbite autour de la Terre, de la Lune, du Soleil, de Mars, etc..., et je n'exclus pas une extension du concept à une installation flottant dans la haute atmosphère d'une planète (Vénus, voire Jupiter, Saturne…).

J'inclus dans ces installations tant celles qui s'approvisionnent au moins pour partie à une source locale extraterrestre (par exemple par décomposition de l'eau de la Lune, de Mars, des comètes…) que celles qui ne sont pas situées auprès d'une telle source et qui recueillent par conséquent les fluides auprès d'autres véhicules spatiaux, à condition que l'installation ait été conçue en vue d'approvisionner à son tour d'autres engins. 

Pour être plus clair, par exemple, le Progress et l'ISS elle-même ne rentrent pas dans cette catégorie des stations-services de l'espace ainsi définie, ni même le BFS ravitailleur, sauf si ce BFS était lui-même susceptible d'être ravitaillé depuis l'espace et dédié au stockage de quantités importantes de carburants qu'il n'utiliserait pas pour ses besoins propres. Sur un autre fil, plusieurs d'entre nous ont d'ailleurs indiqué qu'ils tiennent pour probable l'apparition d'un BFS station-service, dans la mesure où il vaudrait mieux que le BFS habité soit ravitaillé en ergols par un dérivé de BFS unique dédié au stockage, plutôt que de recevoir lui-même un grand nombre de ravitailleurs successifs, ce qui ne serait pas optimal pour la sécurité des passagers.


II - Documentation et informations

Le premier objectif de ce fil sera de rassembler de la documentation sur le sujet, et de la commenter.

http://sciencepost.fr/2018/02/lune-deviendra-t-station-service-de-lespace/

http://www.slate.fr/lien/37443/nasa-station-service-espace

https://nspires.nasaprs.com/external/viewrepositorydocument/cmdocumentid=267603/Cryostat%20Studies%20BAA%2004222011.pdf


III - Débats

Le second objectif sera d'ouvrir la discussion par exemple sur dix questions ou groupes de questions, la liste qui suit n'étant évidemment pas exhaustive.

- 1 - Les stations-services de l'espace sont-elles une "tarte à la crème" de la prospective spatiale qui ne débouchera sur rien avant très longtemps ? (en quel cas on ne passe pas trop de temps sur ce fil parce que les 9 autres questions qui suivent ne seront pas d'actualité de notre vivant ou peut-être jamais).

- 2 - Ces stations-services joueront-elles un rôle important dans certains projets d'exploration, mais sans conséquence systémique pour l'ensemble de l'activité spatiale ?

- 3 - Ces stations-services feront-elles sens uniquement quand les technologies ISRU seront opérationnelles à la surface de la Lune, ou des astéroïdes et des comètes, ou de Mars ? Elles seraient un non-sens sur orbite tant que l'approvisionnement demeurera uniquement terrestre, malgré la puissance du BFR ou du New Armstrong ?

- 4 - La mise au point de telles stations-services sera-t-elle un facteur clé de succès pour un pays / un opérateur, qui, grâce à elles, prendra une longueur d'avance sur tous les autres ?

- 5 - Les stations-services de l'espace deviendront-elles accessibles à tous les opérateurs de l'espace et à toutes les Nations spatiales ? Ou les réseaux de stations-services seront-elles réservées aux vaisseaux de leurs propriétaires, ou à ceux d'un pays ? D'un groupe de pays ? Quand la Chine sera montée sur le podium des deux principales puissances spatiales mondiales, aura-t-on toujours intérêt à l'exclure (et réciproquement à s'exclure de ses installations) ?

- 6 - Faut-il légiférer au niveau national / au niveau des traités internationaux pour imposer un droit des tiers à l'accès aux stations-services de l'espace ? Qui aurait intérêt à cela, les Américains, pour créer des synergies entre Blue Origin, SpaceX, Orbital ATK, ULA... ou les Européens, qui à défaut de construire l'équivalent d'un BFR, pourraient bénéficier, grâce au(x) ravitaillements d'un étage supérieur depuis l'espace, d'un marche-pied vers la Lune ?

- 7 - A quel moment deviendra-t-il pertinent de prévoir dès la conception d'une nouvelle fusée une capacité à s'approvisionner dans l'espace pour aller plus loin ? Dès "Ariane 7", et sans même attendre le développement de vols habités autonome en Europe ?

- 8 - Verra-t-on émerger des pays moyens ou des opérateurs qui feraient de l'activité de ravitaillement depuis des stations-services de l'espace un marché de niche ? Quel serait le modèle économique d'un tel opérateur s'il était privé ?

- 9 - Avec les lanceurs réutilisables low cost et les possibles satellites low cost "à la starlink", les stations-services de l'espace sont-elles le troisième pilier de la révolution du New Space ?

- 10 - Est-il possible que se développe un marché des services dispensés depuis l'espace dont le ravitaillement en ergols ne serait qu'un cas particulier (dans les stations-services de l'espace, on trouverait non seulement des ergols, mais aussi de la bouffe, de l'eau, des médicaments, des dispositifs médicaux, des instruments de chirurgie, des outils, des tuiles de bouclier thermique pour navettes endommagées, des toilettes de secours quand celles du vaisseau sont bouchées comme c'est parfois le cas sur l'ISS, des cloisons de renforcement de la protection contre les météorites, des ordis, des robots, de l'hôtellerie, des pierres de Lune souvenir pour les touristes, des spectacles etc...) ? Tout cela ne se ferait pas en même temps évidemment, mais ça pourrait commencer par un élément de cette liste avant même l'apparition du commerce spatial sur les ergols … Faut-il légiférer sur ce genre de commerce, l'organiser en duty-free, et d'ailleurs où en est-on déjà dans le cadre juridique actuel ?

[mod]Sujet déplacé de "Actualité spatiale :: USA :: SpaceX" vers "Technique :: Propulsions et lanceurs"
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phenix
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MessageSujet: Re: Stations-services de l'espace   Mar 5 Juin 2018 - 21:14

Je crois qu'il y avait un projet d'air liquide, mais j'arrive plus a trouvé les sources   
 
Le concept est intéressant, Je pense qu'on devrait voir ce type d'installation à partir du début de la colonisation.
 
 
J'imagine c'est station comme des hub multimodaux que comme des simples stations-services. Selon le trajet qu'il doit effectuer, un vaisseau a des caractéristiques très différente. Exemple :
Un vaisseau atmosphérique (type dragon) doit être petit (aérodynamique, vol de quelque heure ou jours) et équipé d'un lourd bouclier et d'un système atterrissage.
Un vaisseau interplanétaire doit être grand (pas d’aérodynamique, vol de plusieurs mois) et équipé de bunker antiradiation et d'un bon système de support vie. 
Un LEM (atterrisseur lunaire ou autre astre dépourvu atmosphérique) peut être petit, mais n'a pas de problème aérodynamique, et doit être manœuvrant pour effectuer un atterrissage propulsé. 
Un atterrisseur martien est un mélange de dragon et de LEM
Un atterrisseur Vénusien ou titanien ressemble beaucoup à un dragon, mais adapté (stabilisation atmosphérique pour venus, faible gravité pour titan)
 
Il est dommage de fusionner les différentes fonctions (le BFS en est un parfait exemple), car sa implique de devoir manœuvre des vaisseaux énormes dans l’atmosphère et de devoir se trimbalé un bouclier thermique pendant tout un voyage interplanétaire. 
 
Donc dans un premier temps, c'est peut-être la solution la plus simple, mais à terme (probablement en phase 3, quand on aura suffisamment de monde sur place pour développer de grosse installation, mais pas encore de colonie autonome) on devrait installer un réseau de taxi faisant la navette entre la surface de la planète et son orbite (dragon sur terre, véhicule ascensionnelle du mars base camp de Lockheed) puis un réseau deep space transport (DST) qui ferait la navette entre les planètes. 
 
Il faudra donc une station pour transfert l’équipage entre les taxis et les DST mais aussi de réparé et de ravitailler (d'où le lien avec le concept de station-service) le DST.
Pour le ravitaillement en carburant, les lune (terrestre, martien ou jupitérien) font de très bonne source d'eau, sinon il y a les astéroïdes qui pourrait envoyer des stocke d'eau à destination. Mais dans un premier temps, pour l'orbite terrestre on pourrait imaginer des lanceurs (voir des space gun) envoyant des réservoirs d'eau liquide vers la station dans laquelle, l'eau sera électrolysée, c'est plus simple que de transporté de volumineux réservoir d'hydrogène liquide. 
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Anovel
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MessageSujet: Re: Stations-services de l'espace   Mer 6 Juin 2018 - 0:03

Comme le dit phenix transporter des boucliers entre les planètes c'est un peu idiot, mais absolument nécessaire dans un premier temps.

La vision que j'ai de l'avenir du transport spatial c'est:
Un retour sur la Lune à minima par la NASA et probablement par la Chine qui se fera via du commercial pour les USA, et je ne pense pas que cela impactera de manière importante l'exploration de Mars !
Une nouvelle course à l'espace va être lancée avec comme acteurs du public (NASA, Chine, peut-être Russie) et bien sur du privé, là on n'a que SpaceX pour le moment mais d'autres pourraient émerger.
Blue Origin va surement faire du spatial circum-terrestre et du lunaire dans  un temps qui reste incertain.

L'idée de station service est la meilleure qui soit.
Dans le futur, le système de transport sera très certainement séparé des systèmes de lancement et d'atterrissage.
Un Transbordeur entre deux planètes est une bonne solution, mais il faut une énorme quantité de matériel et de carburant!
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Giwa
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MessageSujet: Re: Stations-services de l'espace   Mer 6 Juin 2018 - 7:16

Le projet Moon Direct s’inscrit en partie dans ce paradigme bien que le mot Direct * de son titre est un peu trompeur. En effet le LEV n’ira pas de la Terre à la Lune mais du LEO  où il sera ravitaillé, à partir de cargos provenant de la Terre , à un pôle lunaire où il sera aussi ravitaillé de nouveau  pour son retour en LEO  sans avoir besoin de transporter un bouclier thermique, le retour ne s’effectuant du moins dans les premiers temps sans aérofreinage.
D’autres LEV ne resteront que sur la Lune faisant des navettes entre les stations-services polaires et les autres bases lunaires.

*NB : Moon Direct est Direct parce que on ne passe pas par une mise en orbite lunaire.
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Anovel
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MessageSujet: Re: Stations-services de l'espace   Mer 6 Juin 2018 - 22:41

Je me demande si ressusciter le vieux concept d'écope spatiale ne serait pas une bonne idée ?
Pour ceux qui ne connaissent pas  la NASA avait étudié (et peut-être testé) un vaisseau à propulsion électrique et chimique dans le but de récupérer l'oxygène présent dans la haute atmosphère.
En gros c'est un gros entonnoir couvert de cellules solaires afin de fournir l'énergie requise, les molécules d'air captés sont compressées, liquéfiées, l'oxygène séparé et stocké dans un réservoir dédié, le reste servant via un moteur ionique à maintenir l'orbite.
Quand le réservoir d'oxygène est plein le moteur chimique est allumé pour aller vider le comburant dans un vaisseau en attente ou pour aller remplir une réserve orbitale.
Seul le carburant est amené depuis la Terre dans ce concept.
 Une autre façon de faire des propergols ISRU !
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Eloi


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MessageSujet: Re: Stations-services de l'espace   Ven 8 Juin 2018 - 15:43

Anovel a écrit:
Je me demande si ressusciter le vieux concept d'écope spatiale ne serait pas une bonne idée ?

Il y a un article assez complet sur l'écope atmosphérique ici (en anglais) avec un dimensionnement de coin de table : le calcul donne pour un engin de 20 tonnes, une production de l'ordre de ~750 t de O2 en orbite basse.
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Anovel
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MessageSujet: Re: Stations-services de l'espace   Dim 10 Juin 2018 - 17:40

Une vidéo sur des compagnies travaillant sur des concepts proches :

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Anovel
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MessageSujet: Re: Stations-services de l'espace   Dim 10 Juin 2018 - 18:08

Une autre un peu plus longue :

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MessageSujet: Re: Stations-services de l'espace   Lun 11 Juin 2018 - 11:33

Anovel a écrit:
Je me demande si ressusciter le vieux concept d'écope spatiale ne serait pas une bonne idée ?
Pour ceux qui ne connaissent pas  la NASA avait étudié (et peut-être testé) un vaisseau à propulsion électrique et chimique dans le but de récupérer l'oxygène présent dans la haute atmosphère.
En gros c'est un gros entonnoir couvert de cellules solaires afin de fournir l'énergie requise, les molécules d'air captés sont compressées, liquéfiées, l'oxygène séparé et stocké dans un réservoir dédié, le reste servant via un moteur ionique à maintenir l'orbite.
Quand le réservoir d'oxygène est plein le moteur chimique est allumé pour aller vider le comburant dans un vaisseau en attente ou pour aller remplir une réserve orbitale.
Seul le carburant est amené depuis la Terre dans ce concept.
 Une autre façon de faire des propergols ISRU !
Un projet ayant une certaine analogie est le Skylon.
Dans ce cas là,l’écopage se ferait dans la stratosphère à partir d’un avion hypersonique passant en mode fusée pour se placer en orbite.
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Carcharodon




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MessageSujet: Re: Stations-services de l'espace   Mar 12 Juin 2018 - 22:49

Salut,

Je ne vois pas a quoi servirait une station service toute seule.
S'il y a besoin d'une station service, ce sera forcément un maillon d'une chaine logistique intégralement structurée.
Par exemple, dans le cadre d'une navette taxi terre lune (orbite a orbite) qui serait réutilisée plusieurs fois.
Et si elle est réutilisée plusieurs fois ce sera donc qu'il y a très probablement des infrastructures lourdes sur le sol lunaire.
Donc c'est seulement a ce moment là qu'on peut envisager l'intérêt d'une station service, et pas avant.

Avant cette étape, l'idée d'une station spatiale est mauvaise pour une raison simple : il faut consommer 70 kg d'ergols pour en mettre un seul en orbite basse, et utiliser une fusée.
Ça fait cher pour remplir la citerne.

edit :
sans compter que cette station ne pourrait desservir qu'une seule inclinaison orbitale.
Ça coute si cher en dV de changer d'inclinaison en orbite basse que cette station ne serait dévolue qu'a une seule et unique cible.
Je ne dis pas que ça ne serait pas utile pour une conquête lunaire, afin d'avoir une navette orbite a orbite qui viendrait y faire le plein.
Tout ceci suppose que la station ne serait qu'une petite partie d'un très vaste ensemble qu'on est pas prêt de voir être financé un jour.

Mais sinon, pour mars, la seule "station service" que je vois c'est comme Musk (pour une fois que je suis sur sa longueur d'onde) : une utilisation unique pour réapprovisionner l'engin habité qui vient de se mettre en orbite et a besoin de coco pour l'injection aller retour vers mars.
sachant qu'il y aurait d'autres solutions a mon sens plus pratique que la station : diviser la mission entre capsule habitée avec orbiteur + atterrisseur et un autre tir avec le vehicule de retour vers la terre (qui possédera donc le véhicule de rentrée terrestre et le dV pour revenir).
Mais tout ça c'est encore de la science fiction vu que personne n'a commencé a travailler sur un engin capable de ramener vivant des astronautes ayant passé 2 ans 1/2 en espace profond...
Rien que ce sujet y en a pour 30 ans et un paquet de dizaines de milliards, alors mars on y est pas.
je fini total HS désolé...
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