La voile solaire IKAROS

Vonfeld a écrit:
Firnas2,
ces caméras sont ejectés, stabilisés par rotation sur 1 axe ( celui de la prise de vue ), prennent quelques photos, les émettent par radio ( en temps réel ?) vers Ikaros, jusqu'à épuisement des batteries ( donc max 15 min ). Ensuite elles continuent de s'éloigner indéfinimment, mais sur une orbite solaire qui restera toutefois similaire à celle d'Ikaros.
Ikaros doit ensuite retransmettre à son tour les images - préalablement stockées - vers la Terre.

VONFELD

Merci Vonfeld pour tes réponses mais ces japonais m’étonnent encore :
Ikaros va s’écarter de son ellipse sous l’effet du soleil pour une ellipse qui va le mener vers venus.
Je suppose qu’ils peuvent orienter la camera pour viser Ikaros. Comment ? Ils ne disent rien ni dans leurs blogs, ni dans celui de la planetary , ni celui de la unmannedspaceflight :scratch:
Les 15 mn, ils vont les consommer dans quelques semaines ou dans quelques mois ?
Vont-ils pouvoir prendre des dizaines ou des centaines de photos ?
Des informations sur la qualité de leurs batteries.
Trop de questions :?:

suppression suite trop de post émis jugés sans valeur ajoutée

Firnas2,
Je crois que tu m'a mal compris : Dès ejection des caméras, celle ci n'ont qu'une durée de vie de 15minutes.
L'objectif de la caméra est orienté dans l'axe d'ejection et n'est pas orientable.

On obtient une succession d'image montrant Ikaros qui s'éloigne, avec un effet de rotation.

Et puis terminé, les caméras ont rempli leur rôle...

C'est ce que j'avais compris en tous les cas.

VONFELD

Vonfeld a écrit:Firnas2,
Je crois que tu m'a mal compris : Dès ejection des caméras, celle ci n'ont qu'une durée de vie de 15minutes.
L'objectif de la caméra est orienté dans l'axe d'ejection et n'est pas orientable.

On obtient une succession d'image montrant Ikaros qui s'éloigne, avec un effet de rotation.

Et puis terminé, les caméras ont rempli leur rôle...

C'est ce que j'avais compris en tous les cas.

VONFELD

C’est ce que j’ai compris au début donc la fête devrait se terminer avec les images d’Aldebarande du Mercredi 16 Juin 2010, alors que Tatiana nous dit le 21 juin que la Caméra a pris des photos 8-)
:drunken:

CosmoS a écrit:

Henri a écrit:(...)
T_e / T_p = 2 c R_PV R_VASIMR / (g I_sp (f+1))
(...)
On obtient un rapport T_e / T_p ~ 490

À noter que le résultat est indépendant du flux solaire, de la masse surfacique des panneaux et du rapport poussée sur poids du moteur...
La voie des membranes photovoltaïques semble donc être la bonne et celle des voiles solaires une impasse (ce qui explique le peu d'empressement de la plupart des agences spatiales face aux voiles solaires).

Très intéressant, ce résultat ! Ce sont parfois les formules les plus simples qui en disent le plus.

Pour autant, je crois que ce n'est pas à partir de ce seul résultat que l'on peut tirer de conclusion générale sur la comparaison voile solaire/solaire électrique, car ça ne dit rien sur les aspects "masse", ni du même coup, sur les accélération accessibles pour le véhicule dans son ensemble. C'est ce point (le très faible niveau d' accélération) qui est à mon avis la principale raison du manque d'intérêt (relatif) pour les voiles solaires (et n'oublions pas que la voile solaire a le "petit" avantage de ne pas consommer de masse ;) ).

Autre chose que montrent les équations de ce fil: dans les équations qui relient la puissance disponible à la poussée, on voit que la vitesse de la lumière joue pour la voile solaire le même rôle que la vitesse d'éjection (=g.Isp) pour la propulsion solaire électrique (aux divers coefficients près). En reprenant ton exemple: du point de vue du lien entre puissance et poussée, la voile solaire a une "Isp virtuelle" qui est de 4 ordres de grandeur plus grande que celle de la propulsion électrique, et cet écart se ramène à 2 ordres de grandeurs seulement par le jeu des rendements (cf. le rapport 490).

Pour être honnête, j'ai quelques difficultés à définir une impulsion spécifique pour une voile solaire... (sauf à considérer les phénomènes de sublimation de sa structure)

Henri a écrit: Le principal défaut de tous ces modes de propulsion qui reposent sur l'énergie solaire est surtout la dégradation de leurs performances quand on s'éloigne du soleil... Tant qu'on reste dans le système solaire intérieur c'est bon, mais au delà de Jupiter, même avec des panneaux très légers ça devient de moins en moins jouable...

Effectivement aussi bien la voile solaire que les panneaux solaires ne peuvent fonctionner correctement que jusque vers l'orbite martienne. Au delà il faut continuer sur sa lancée initiale et à coups d'assistance gravitationnelle ...ou on utilise l'énergie nucléaire.

Il y a quant-même une possibilité - mais un peu compliqué - d'atteindre des régions éloignées du système solaire ou même de s'en échapper en utilisant l'énergie solaire. On commence par se rapprocher du Soleil sur une orbite dont le périhélie est le plus proche possible du Soleil en fonction de la résistance du matériel et au passage à ce périhélie on se relance pour atteindre un apohélie plus élevé avant de replonger vers le même péhélie. Le nouveau passage au périhélie se fait à vitesse plus élevée et on se relance vers un apohélie encore plus élevé et ainsi de suite sur des orbites de plus en plus excentrées. Lorsque les apohélies s’éloignent du soleil, la phase active de propulsion ne peut plus avoir lieu qu’à proximité du périhélie…mais avec de la patience on peut terminer sur une trajectoire hyperbolique…sans compter la possibilité d’utiliser en plus de l’assistance gravitationnelle.
Mais tout cela est quant-même assez alambiqué et le recours à l’énergie nucléaire me parait plus viable surtout que lorsque la sonde est loin du soleil il lui quant-même au moins une source d’énergie nucléaire pour assurrer son fonctionnement interne.

Henri a écrit:Pour être honnête, j'ai quelques difficultés à définir une impulsion spécifique pour une voile solaire... (sauf à considérer les phénomènes de sublimation de sa structure)

C'est aussi à cette sublimation en partie auquel je pensais quand j'évoquais la longévité de la voile solaire même si le voilier peut tomber en panne avant pour d'autres défaillances du matériel

Sinon, il y a aussi le concept "Mini-Magnetospheric Plasma Propulsion (M2P2)" dont ont déjà discuté il y a 3 ans certains forumeur de FCS dont lambda0 à cette adresse. (là c'est la pression du vent solaire sur une bulle de plasma artificielle et non pas la pression photonique sur une voile matérielle qui serait utilisé)
http://www.forum-conquete-spatiale.fr/propulsions-et-lanceurs-f18/voiliers-photoniques-t3132.htm
(voir les deux premières pages du fil)
http://www.ess.washington.edu/Space/M2P2/theory.html
http://www.ess.washington.edu/Space/M2P2/m2p2.PDF (lent à télécharger)
ou http://tiny.cc/3wsfl ;)
En prime la décroissance de la poussée avec l'éloignement du soleil serait plus favorable que dans le cas des voiles solaires et des panneaux photovoltaïques (plutôt en 1/r qu'en 1/r²)...

Une question que je me pose : comment peut-on régler l’inclinaison de la voile solaire en rotation ?
Il doit être nécessaire d’avoir un synchronisme précis sur la mise en réflexion ou diffusion des plaques du système de guidage (steering device sur la brochure en anglais)

J’ajoute une autre question : le nombre de tour/mn est un paramètre important à optimiser pour la stabilité de l’orientation de la voile, y a-t-il un dessin ou une photo qui montre les moteurs qui font tourner la voile et les instruments pour mesurer l’orientation par rapport au soleil. Peut-être que les réponses se trouvent dans les 9 documents:

Aldebarande a écrit:9 documents très techniques à télécharger pour tout comprendre sur la voile Ikaros ;)

http://wiki.solarsails.info/index.php?title=IKAROS

et qu’il faut éplucher
:study:

Henri a écrit:

CosmoS a écrit:
(...)dans les équations qui relient la puissance disponible à la poussée, on voit que la vitesse de la lumière joue pour la voile solaire le même rôle que la vitesse d'éjection (=g.Isp) pour la propulsion solaire électrique (aux divers coefficients près). En reprenant ton exemple: du point de vue du lien entre puissance et poussée, la voile solaire a une "Isp virtuelle" qui est de 4 ordres de grandeur plus grande que celle de la propulsion électrique, et cet écart se ramène à 2 ordres de grandeurs seulement par le jeu des rendements (cf. le rapport 490).

Pour être honnête, j'ai quelques difficultés à définir une impulsion spécifique pour une voile solaire... (sauf à considérer les phénomènes de sublimation de sa structure)

C'est effectivement un abus de langage par rapport à la définition habituelle de l'Isp: je voulais parler d' "Isp virtuelle" représentative de la vitesse d'éjection (Ve=g.Isp).
La voile solaire (de réflectivité 1) est caractérisée par la relation:

P=F.c/2

, ce qui ressemble furieusement à la relation pour un propulseur électrique de même puissance (abstraction faite des rendements):

P=F.Ve/2 (=F.g.Isp/2)

Donc, du point de vue de la poussée générée à partir d'une source de puissance fixée, c'est exactement comme si la voile solaire était un mode de propulsion fusée avec une vitesse d'éjection égale à celle de la lumière (!). A ceci près bien sûr que la voile solaire ne perd pas de masse (donc effectivement, on ne pas parler d'Isp "réelle" dans son sens habituel).
Ça permet de voir qu'un "super-VASIMR" hypothétique qui éjecterait la matière à une vitesse proche de celle de la lumière aurait au mieux (avec un rendement de 1) le même rapport "poussée/puissance" qu'une voile solaire ! ... avec le petit inconvénient d'éjecter de la masse, contrairement à la voile.
Tant qu'à éjecter quelque chose à la vitesse de la lumière, autant que ça ne soit pas de la masse, mais plutôt des photons: c'est d'ailleurs l'idée de la fusée à photon de Sänger.

Dans le cas général, l'impulsion spécifique est définie comme l'intégrale de la poussée sur le temps, normalisée par la variation de masse (et g si on veut).
Elle est donc infinie pour un voilier photonique (et peut également être infinie pour un système éjectant de la matière, quelle que soit la vitesse d'éjection : c'est le cas du ramjet interstellaire de Bussard, dans sa proposition initiale).
Fusée de Sanger : éjecte des photons produits dans la fusée par un processus de conversion masse-énergie. Il y a donc diminution de masse, et Isp non infinie.
Donc, ne pas pousser trop loin les analogies entre vitesse d'éjection des photons et Isp...

[quote="Firnas2"]
...
http://wiki.solarsails.info/index.php?title=IKAROS
et qu’il faut éplucher
[/quote]
URL des premiers articles non valides (dans bibTex), je réessaierai plus tard.

A+

lambda0 a écrit:
Fusée de Sanger : éjecte des photons produits dans la fusée par un processus de conversion masse-énergie. Il y a donc diminution de masse, et Isp non infinie.
Donc, ne pas pousser trop loin les analogies entre vitesse d'éjection des photons et Isp...

D'accord avec toi sur tout, mais ... devine ce qu'on trouve quand on fait le calcul de l'Isp de la fusée de Sänger ? ;)

CosmoS a écrit: ... devine ce qu'on trouve quand on fait le calcul de l'Isp de la fusée de Sänger ? ;)

c/g

lambda0 a écrit:

CosmoS a écrit: ... devine ce qu'on trouve quand on fait le calcul de l'Isp de la fusée de Sänger ? ;)

c/g

Bravo, tu as gagné un avoir sur un morceau de protection thermique du prototype de ladite fusée, à léguer à tes descendants ! :blbl:

lambda0 a écrit:

Firnas2 a écrit:
...
http://wiki.solarsails.info/index.php?title=IKAROS
et qu’il faut éplucher

URL des premiers articles non valides (dans bibTex), je réessaierai plus tard.
A+

Je rappelle alors les 5 autres vieux liens qui marche sur IKAROS (les titres se rassemblent pour les deux avant-derniers):
- Development of Deployment System for Small Size Solar Sail Mission (6pages)
- First Solar Power Sail Demonstration by IKAROS (6pages)
http://en.wikipedia.org/wiki/IKAROS

- Trajectory Analysis of Small Solar Sail Demonstration Spacecraft IKAROS Considering the Uncertainty of Solar Radiation Pressure (5 pages)
www.senkyo.co.jp/ists2009/papers/html/pdf/2009-d-59.pdf
- Trajectory Analysis of Solar Sail Spacecraft Considering the Large Uncertainty of Solar Radiation Pressure (13 pages)
www.mediatec-dif.com/issfd/IntMiDII/Yamaguchi.pdf
Le système de déploiement a été testé avec un ballon à haute altitude:
- Demonstration of Solar Sail Deployment System using a High Altitude Balloon (4 pages)
http://www.senkyo.co.jp/ists2009/papers/html/pdf/2009-d-36.pdf

Bien sûr, celui qui trouve d’autres articles peut donner les liens aussi (si ce n’est pas payant :D )

Très intéressant Firnas2 ce lien à propos de l’accélération de la voile solaire.
http://www.mediatec-dif.com/issfd/IntMiDII/Yamaguchi.pdf
De « beaux »calculs en perspective !
En passant j’ai retrouvé page 6 figure 5 une trajectoire d’IKAROS qui nous avait intrigué car on se demandait dans quel référentiel elle se situait.
Finalement ce n’est pas un rafistolage entre un départ en géocentrique et à l’arrivée en héliocentrique, mais un seul référentiel avec l’axe Soleil–Terre considéré comme fixe dans le plan de l’écliptique.
Voici une photo prise sur l’écran de mon ordinateur de celle-ci :


PS: attention ce référentiel - s'il illustre très bien le déplacement d'IKAROS par rapport à la Terre- n'est pas du tout galiléen et si on veut y effectuer des calculs des forces correctives d'inertie sont absolument nécessaires. A grande distance de la Terre ou de Vénus c'est tout de même le référentiel héliocentrique le plus adéquat.

Giwa a écrit:
Voici une photo prise sur l’écran de mon ordinateur de celle-ci ...

Merci Giwa, c’est très intéressant. Alors tu penses que ce sont des moteurs électriques (de quel type?) qui vont faire tourner la voile pour la stabiliser sur un seul axe :?:

suppression suite trop de post émis jugés sans valeur ajoutée

tatiana13 a écrit:

Firnas2 a écrit:Merci Giwa, c’est très intéressant. Alors tu penses que ce sont des moteurs électriques (de quel type?) qui vont faire tourner la voile pour la stabiliser sur un seul axe :?:

au début de ce fil n'est-il pas évoqué "moteur ionique"!!!!!!

Firnas2 a écrit:
3- Les moteurs qui servent à l’orientation de la voile seront-ils des moteurs ioniques?

Oui, j’ai pensé à des moteurs ioniques, mais l’équipe d’IKAROS a trouvé mieux (en jouant sur la transparence des cellules) pour l’orientation de la voile par rapport au soleil, mais pour la faire tourner pour la stabiliser, I dont know :???:

tatiana13 a écrit:

Firnas2 a écrit:Merci Giwa, c’est très intéressant. Alors tu penses que ce sont des moteurs électriques (de quel type?) qui vont faire tourner la voile pour la stabiliser sur un seul axe :?:

au début de ce fil n'est-il pas évoqué "moteur ionique"!!!!!!

Non, IKAROS n’a pas de moteur ionique ; par contre le prochain vaisseau sera hybride avec les deux modes de propulsion associés. Voir toujours le même PDF page 2.

http://www.mediatec-dif.com/issfd/IntMiDII/Yamaguchi.pdf

Another spacecraft is the medium-sized solar power sail, which has ion propulsion system with solar sail of diameter 50 m. This spacecraft is planning the launch at mid-2010s and its destinations are the Jupiter
and the Trojan asteroids.

Firnas2 a écrit:

... mais pour la faire tourner pour la stabiliser, I dont know :???:

Effectivement encore un point à éclaircir en ce qui concerne la rotation de l’ensemble .
Il y a quant-même la possibilité pour stbiliser la vitesse de rotation de jouer sur le moment d’inertie de l’ensemble en éloignant ou en rapprochant les masses d’extrémité de 0 ,5 kg
Voir : http://en.wikipedia.org/wiki/IKAROS
1 (blue square on a line) Tip mass 0.5 kg, 1 of 4

Giwa a écrit:

Firnas2 a écrit:
... mais pour la faire tourner pour la stabiliser, I dont know :???:

Effectivement encore un point à éclaircir en ce qui concerne la rotation de l’ensemble .
Il y a quant-même la possibilité pour stbiliser la vitesse de rotation de jouer sur le moment d’inertie de l’ensemble en éloignant ou en rapprochant les masses d’extrémité de 0 ,5 kg
Voir : http://en.wikipedia.org/wiki/IKAROS
1 (blue square on a line) Tip mass 0.5 kg, 1 of 4

Quitte à te décevoir mon cher Giwa, les 4 Tips ont joué leur rôle pour tirer les quatre branches de la voiles et puis après le déploiement, AMHA on ne peut plus changer l’inertie de la voile (Diagonale = 20 m) :
Cf: l’article de Osamu Mori « Development of Deployment System for Small Size Solar Sail Mission »
http://archive.ists.or.jp/upload_pdf/2009-o-4-07v.pdf
:scratch:

Effectivement il semble bien que les Tips sont fixés définitivement aux extrémités sans possibilité d’éloignement ou de rapprochement. Et puis cela ne répond pas à la méthode utilisée pour la mise en rotation de la voile.
Comment a-t-on mis en rotation cette voile ? Au moyen de jets de gaz disposés selon un tourniquet ?
Il y aurait aussi la possibilité d’utiliser un petit moteur électrique central …mais sans appui le "stator " se mettrait à tourner en contre-sens du rotor. :scratch: Cela pourrait être tout de même être envisagé à condition de le relancer de temps en temps - ou de faire fonctionner en continu - ce moteur alimenté en courant par les cellules photovoltaïques - pour compenser les frottements entre le rotor et le "stator ".
Mais cher Firnas2 tout çà sera éclairci quand nous aurons les informations précises - à ce propos - de la JAXA. ;)

Giwa a écrit:Effectivement il semble bien que les Tips sont fixés définitivement aux extrémités sans possibilité d’éloignement ou de rapprochement. Et puis cela ne répond pas à la méthode utilisée pour la mise en rotation de la voile.
Comment a-t-on mis en rotation cette voile ? Au moyen de jets de gaz disposés selon un tourniquet ?

Le pdf cité par Firnas2 décrit la séquence de déploiement du point de vue de la vitesse de rotation:

The deployment sequence is defined as follows:
1) Separation from rocket with slow spin (5rpm)
2) Spin down using RCS (5rpm -> 2rpm)
3) Release of launch lock
4) Spin up using RCS (2rpm -> 20rpm)
5) First stage of the deployment (20rpm -> 5rpm)
6) Second stage of the deployment (5rpm -> 2rpm)
7) Spin down using RCS (2rpm -> 1rpm)
8) Control of spin direction and rate using steering devices
The spin rate is decreased in the first and second stages of the
deployment because the inertial momentum of the sail is
increased.

On voit que la vitesse de rotation initiale provient du lanceur, et que l'engin dispose d'un RCS (Reaction Control System), qui apparait dans le synoptique de la figure 10. Je mets ici une version plus lisible du même schéma, trouvée là:



Le RCS a 8 tuyères ... et un seul réservoir, donc il s'agit sans doute d'un système mono-ergol à hydrazine (décomposition catalytique). Ça pourrait aussi être un système à gaz froid. Mais à part cette figure, je n'ai rien trouvé sur le RCS d'IKAROS ... :study:

Merci CosmoS pour ces mises au point.
Peut-on alors penser que lorsqu’Ikaros était encore solidaire du lanceur qu’il avait-il mis en rotation au moyen d’un petit moteur électrique attaché au lanceur ? Ce qui résoudrait le problème de l‘appui pour le stator vu la masse considérable du lanceur et donc aussi de son moment d’inertie quelque soit l’axe de rotation choisi.

Par contre pendant le vol d’une voile solaire il y a bien une possibilité d’un tourniquet solaire – même si IKAROS ne l’emploie pas - comme l’avait imaginé William Crookes …mais qui finalement s’était mis à tourner en sens inverse de sa théorie initiale. :scratch:

Voir radiomètre de Crookes
http://fr.wikipedia.org/wiki/Radiom%C3%A8tre_de_Crookes

Toutefois sous un vide très poussé comme celui qui règne dans l’Espace la pression du gaz résiduelle surchauffé côté face noircie non réfléchissant se réduit et alors le tourniquet se met à tourner sous l’effet de la pression photonique comme le voulait William Crookes.
;)