Ravitaillement en orbite

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Message le Lun 14 Sep 2009 - 9:31


Si les coûts de lancement baissaient dans de telles proportions pour du frêt de faible valeur, peut-être bien qu'on n'irait même plus se compliquer la vie avec LH2/LOX : avec d'autres ergols, on privilégierait alors la facilité de stockage par rapport aux performances.

Et en poussant un peu plus loin le raisonnement : il est possible que celà affaiblisse assez l'intérêt des développements de propulsions à haute Isp. Si le lancement de 3000 tonnes de propulseurs à poudre pour un vaisseau interplanétaire devient "dirty cheap", l'intérêt du moteur nucléo-thermique, et même de la propulsion électrique, devient moins évident d'un point de vue économique, compte tenu de la R&D associée mais aussi des coûts de production.

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Message le Lun 14 Sep 2009 - 11:16


@lambda0 a écrit:Si les coûts de lancement baissaient dans de telles proportions pour du frêt de faible valeur, peut-être bien qu'on n'irait même plus se compliquer la vie avec LH2/LOX : avec d'autres ergols, on privilégierait alors la facilité de stockage par rapport aux performances.

Et en poussant un peu plus loin le raisonnement : il est possible que celà affaiblisse assez l'intérêt des développements de propulsions à haute Isp. Si le lancement de 3000 tonnes de propulseurs à poudre pour un vaisseau interplanétaire devient "dirty cheap", l'intérêt du moteur nucléo-thermique, et même de la propulsion électrique, devient moins évident d'un point de vue économique, compte tenu de la R&D associée mais aussi des coûts de production.

A+
C'est bien effectivement ce qui pourrait se passer dans ce cas.
Cela me fait penser au TGV et à l'aérotrain : parfois les vieilles technologies reprennent du poil de la bête - en l'occurrence celle de la roue que l'on a d'ailleurs retrouvée sur la Lune et Mars.
En ce qui concerne l'ISP si elle diminue la masse à utiliser, en contre partie elle augmente l'énergie consommée pour l'éjection en fonction du carré de la vitesse - et parfois je me demande si des fusées plus lourdes, robustes - mais qui peuvent être plus compactes utilisant des propergols moins performant pour l'ISP, mais plus denses et meilleurs marchés ne seraient pas plus économique et fiables pour atteindre les orbites basses ?


Dernière édition par Giwa le Lun 14 Sep 2009 - 14:35, édité 1 fois
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Message le Lun 14 Sep 2009 - 14:33


@lambda0 a écrit:Si les coûts de lancement baissaient dans de telles proportions pour du frêt de faible valeur, peut-être bien qu'on n'irait même plus se compliquer la vie avec LH2/LOX : avec d'autres ergols, on privilégierait alors la facilité de stockage par rapport aux performances.

...et même de la propulsion électrique, devient moins évident d'un point de vue économique, compte tenu de la R&D associée mais aussi des coûts de production.

A+
...peut-être que la propulsion électrique perdrait de son intérêt pour le transport de charges lourdes entre les orbites basses et la Lune -ou les points de Lagrange vu que la trajectoire en spirale demande du temps - surtout dans le cas de vol habité- mais au-delà dans l'Espace interplanétaire, elle devrait conserver toute sa valeur par sa poussée permanente qui permettrait de raccourcir le voyage - et peut-être encore plus puisque on pourrait utiliser ces moteurs en batterie et en plus grand nombre si on peut se permettre de déposer à un des points de Lagrange des masses plus importantes.
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Message le Lun 14 Sep 2009 - 22:27


Ce qui est vrai c'est que le refueling au LH2 est une aberration au vu de la faible masse volumique de ce dernier. Comme le refueling présente surtout de l'intérêt pour des ergols liquides (infiniment divisibles -ou presque) il serait plus intéressant avec des combinaisons LOX-Hydrocarbures nettement plus denses et plus communément utilisées. D'ailleurs rien n'interdirait de simplifier les choses par des livraisons non-mixtes, certains ravitaillements n'apportant que du comburant, d'autre que du carburant également pour des raisons de sécurité.
Maintenant, pour diminuer les durées de transit interplanétaires le refueling ne permet pas de raccourcir les round-trips, seules les propulsions "avancées" à forte ISP le permettraient. Il faudrait une élasticité économique extraordinaire pour compenser l'exponentielle de la loi des rapports de masses de Tsiolkovsky dans une recherche de raccourcissement d'un round-trip interplanétaire.
Je vous avouerais que j'ai toujours considéré que dans le système Terre-Lune, ce sont les ergols chimiques conventionnels qui sont le mieux adaptés (à la rigueur, la propulsion nucléothermique, et encore...).
En résumé, le refueling peut être envisagé pour des transactions à courtes distances (Lune) ou du trafic de fret dans le système solaire intérieur.
Mais quel est le quid en G$ et en années de R&D pour inventer toutes les techniques du refueling en orbite ?

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Message le Lun 14 Sep 2009 - 23:07


@Henri a écrit:
En résumé, le refueling peut être envisagé pour des transactions à courtes distances (Lune) ou du trafic de fret dans le système solaire intérieur.
Mais quel est le quid en G$ et en années de R&D pour inventer toutes les techniques du refueling en orbite ?
Effectivement c'est dans cette niche spatiale que le refueling devrait avoir son intérêt.
C'est sûr aussi que tout serait à inventer dans ce domaine. En particulier- pour que ce refueling est un intérêt économique il faudrait que les réservoirs de propergols lancés par des fusées low-cost soient assez rudimentaires, donc passifs pour les manœuvres de rendez-vous - qui alors devraient être assurer par des remorqueurs plus complexes et donc plus onéreux - et en conséquence ces derniers auraient été expédiés préalablement dans l'Espace par des fusées plus fiables, et elles ,aussi plus onéreuses.
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Message le Lun 14 Sep 2009 - 23:12


Il reste toujours le fol espoir qu'il y ait de la glace d'eau exploitable dans les cratères lunaires polaires qui ne sont jamais ensoleillés, mais rien n'est moins sûr...

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Message le Sam 19 Sep 2009 - 0:15


@Henri a écrit:...Les dernières spéculations sur le domaine semblent aboutir à la nécessité d'un lanceur de la classe des 50 tonnes en LEO pour satelliser les charges utiles précieuses...
Je cite un extrait d'un de mes post précédent pour rappeller que la mise en orbite dans le cadre d'une stratégie de refueling d'un étage vide comparable au vieux Saturn II (2ème étage de la Saturn V) n'est pas seulement une question de masse (40 tonnes ici) mais aussi de gabarit (10 mètres de diamètre !). D'où l'intérêt dans une stratégie comme celle que j'ai décrite dans le post en question d'un lanceur de la classe des 50 tonnes en LEO, mais aussi d'un gabarit suffisant (10 m de diamètre de la charge utile). Ce qui nous ramènerait à une ARES V lite de gabarit 10 m.

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Message le Lun 21 Sep 2009 - 12:09


@Henri a écrit:Il reste toujours le fol espoir qu'il y ait de la glace d'eau exploitable dans les cratères lunaires polaires qui ne sont jamais ensoleillés, mais rien n'est moins sûr...
Ca y est, je me re-cite, mais c'est pour la bonne cause.

Moon is coldest known place in the solar system :
http://www.newscientist.com/article/dn17810-moon-is-coldest-known-place-in-the-solar-system.html

En résumé, le fond des cratères lunaires polaires en permanence à l'ombre a été mesuré par LRO à -240 °C (33 K) alors que la glace d'eau ne disparaitrait à la longue qu'au dessus de -220 °C (53 K).

Une traduction en français très approximatif pour les non-anglophones.

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Message le Lun 21 Sep 2009 - 16:10


@Henri a écrit:
@Henri a écrit:Il reste toujours le fol espoir qu'il y ait de la glace d'eau exploitable dans les cratères lunaires polaires qui ne sont jamais ensoleillés, mais rien n'est moins sûr...
Ca y est, je me re-cite, mais c'est pour la bonne cause.

Moon is coldest known place in the solar system :
http://www.newscientist.com/article/dn17810-moon-is-coldest-known-place-in-the-solar-system.html

En résumé, le fond des cratères lunaires polaires en permanence à l'ombre a été mesuré par LRO à -240 °C (33 K) alors que la glace d'eau ne disparaitrait à la longue qu'au dessus de -220 °C (53 K).
Au cas où ce fol espoir ;) ne s'accomplissait pas, je me demande - si en trichant un peu - et en bombardant le fond de tels cratères avec de la glace d'eau - et après volatilisation de celle-ci sous l'impact - elle ne pourrait pas y retomber en neige pendant le temps où la pression locale en vapeur d'eau serait supérieure à celle de la condensation vapeur - solide (inverse de la sublimation)
Cette glace, on irait là chercher dans quelques astéroïdes.
Bon, cela est encore proche de la Science-fiction...mais un espoir déçu, dix de retrouvés :)

Bon en attendant ce morning sublime où il neigera sur la lune, je vous propose :

Il a neigé sur yesterday avec Marielaforêt
https://www.youtube.com/watch?v=cHy3TrSv0a4


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Message le Lun 21 Sep 2009 - 16:35


@Henri a écrit:Il reste toujours le fol espoir qu'il y ait de la glace d'eau exploitable dans les cratères lunaires polaires qui ne sont jamais ensoleillés, mais rien n'est moins sûr...

Même s'il y avait de la glace d'eau, on ne pourrait l'exploiter que pendant quelques siècles tout au plus. Ce serait tout sauf du développement durable.
Ne faisons pas la même erreur que sur Terre, laissons aux générations futures une chance de s'en sortir.

A+,
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Message le Lun 21 Sep 2009 - 18:11


@Argyre a écrit:
@Henri a écrit:Il reste toujours le fol espoir qu'il y ait de la glace d'eau exploitable dans les cratères lunaires polaires qui ne sont jamais ensoleillés, mais rien n'est moins sûr...

Même s'il y avait de la glace d'eau, on ne pourrait l'exploiter que pendant quelques siècles tout au plus. Ce serait tout sauf du développement durable.
Ne faisons pas la même erreur que sur Terre, laissons aux générations futures une chance de s'en sortir.

A+,
Argyre
Hormis que d'ici quelques siècles on pourrait rapatrier de la glace d'eau depuis n'importe quel coin du système solaire, ce raisonnement dit du développement durable est entaché d'une erreur de logique. Dans quelques siècles, on n'aura plus besoin de rapatrier de la glace d'eau depuis le reste du système solaire pour assurer la propulsion... Aux même titre que l'on utilise plus les moulins à eau pour moudre le blé, et qu'on utilise plus le bronze pour fabriquer des armes, qu'on utilise plus le silex pour tailler des roches, qu'on utilise plus le bois pour construire des bateaux...
Le développement dit durable est à vrai dire impossible, car toute ressource s'épuise un jour, et tombe parfois même dans l'obsolescence avant, car de nouvelles technologies en rendent l'exploitation inutile...
Je ne connais qu'un seul développement durable, le paléolithique, mais aucun de ceux qui ont voulu nous y ramener n'y est arrivé, ils ont toujours été défait...

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Message le Lun 21 Sep 2009 - 18:15


Bon, impossible de remettre la main sur un beau camembert qui donnait la composition du régolite lunaire, mais il me semble que l'oxygène en représentait une portion non négligeable.
On peut imaginer qu'en important de l'hydrogène terrestre, on pourrait obtenir de l'eau à bon compte.
Mais ça ne résout pas le problème de stockage à long terme de l'H2.
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Message le Lun 21 Sep 2009 - 18:23


trouvé avec google, mais je ne sait pas si c'est ce que tu cherchait :?:


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Dernière édition par yoann le Lun 21 Sep 2009 - 18:24, édité 1 fois
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Message le Lun 21 Sep 2009 - 18:24


Oui c'est bien ça.
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Message le Lun 21 Sep 2009 - 18:39


@Henri a écrit:
Je ne connais qu'un seul développement durable, le paléolithique, mais aucun de ceux qui ont voulu nous y ramener n'y est arrivé, ils ont toujours été défait...
Et pour cause, on ne peut avec une population de six milliards d'habitants - et bientôt huit milliards d'habitants utiliser ce mode de vie du passé valable pour une population mondiale de quelques centaines de milliers !
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Message le Lun 21 Sep 2009 - 23:30


@yoann a écrit:trouvé avec google, mais je ne sait pas si c'est ce que tu cherchait :?:


Ravitaillement en orbite - Page 2 Moondu11
De toute façon il faut réduire un oxyde métallique pour extraire l'Oxygène, autant produire aussi le métal. De là à imaginer de belles combinaisons de lithergols genre LOX-Al ou LOX-Mg, les deux ergols étant confectionné simultanément sur la Lune.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur-fus%C3%A9e#Moteurs_.C3.A0_lithergols
On peut imaginer des cartouches d'Aluminium confectionnée sur la Lune (pas d'alumine dans le vide !) que l'on place en orbite dans des enveloppes vides -fabriquées sur Terre- dotées de tuyères refroidies par le flux de LOX lui aussi confectionné sur la Lune.
Maintenant, les températures de flamme de ce genre de combinaison sont à la hauteur des Isp... Il faudra aussi injecter de l'oxygène sur les parois intérieures des tuyères pour éviter qu'elles ne fondent...

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Message le Mar 22 Sep 2009 - 8:40


@Giwa a écrit:
@Henri a écrit:
Je ne connais qu'un seul développement durable, le paléolithique, mais aucun de ceux qui ont voulu nous y ramener n'y est arrivé, ils ont toujours été défait...
Et pour cause, on ne peut avec une population de six milliards d'habitants - et bientôt huit milliards d'habitants utiliser ce mode de vie du passé valable pour une population mondiale de quelques centaines de milliers !
Hormis que je faisais allusion notamment à McNamara, la causalité entre technologie et démographie est inversée, ce sont les progrès techniques qui ont permit à la population de croître, et les initiateurs de ces progrès technologiques n'imaginaient pas la croissance démographique que ces progrès technologiques allaient autoriser (même si cette dernière semble surtout dû à la conjugaison de facteurs techniques positifs et de facteurs sociaux négatifs, pour preuve la croissance démographique ne se tasse qu'après que les progrès technologiques autorisent une amélioration des conditions sociales d'existence de la population).

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Message le Mar 22 Sep 2009 - 8:58


En chapitre 3 du document suivant (déjà évoqué dans une autre discussion sur l'assemblage), il y a quelques courbes qui permettent d'évaluer l'intérêt du refueling dans les stratégies d'assemblage orbital.
http://dspace.mit.edu/handle/1721.1/37886?show=full
http://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/37886/129968976.pdf?sequence=1
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Message le Mar 22 Sep 2009 - 12:28


Une petite curiosité de mécanique céleste : de l'intérêt du refueling pour raccourcir le voyage vers Mars avec une propulsion impulsionnelle.
http://www.wired.com/science/space/magazine/17-10/st_twoburn
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Message le Mar 22 Sep 2009 - 13:31


@lambda0 a écrit:Une petite curiosité de mécanique céleste : de l'intérêt du refueling pour raccourcir le voyage vers Mars avec une propulsion impulsionnelle.
http://www.wired.com/science/space/magazine/17-10/st_twoburn
Cette page de hobbyspace.com :
http://hobbyspace.com/nucleus/?itemid=15463
Contient des liens intéressants vers des documents du NTRS de la NASA à ce sujet (malheureusement le serveur du NTRS est en panne en ce moment),
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19710008021_1971008021.pdf (attendre que le serveur ntrs.nasa.gov fonctionne à nouveau)
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19730008943_1973008943.pdf (idem)
ainsi que vers des infos confirmant la présence d'importantes quantités d'eau sur la Lune (mesures du Moon Mineralogy Mapper (M3) à bord de Chandrayaan-1). Il doit y avoir une conférence de presse ce jeudi à 14 h (heure locale je suppose) au quartier général de la NASA à ce sujet.
:hot:

Lien direct :
There is A Lot of Water on the Moon - NASA Watch - Sept.21.09.

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Message le Mer 23 Sep 2009 - 22:09


Au sujet d'une architecture de refueling, j'ai scanné les pages 236 & 237 de l'encyclopédie visuelle de l'exploration de l'espace de Kenneth Gatland (Bordas-1981)
http://minilien.com/?HzMNKw7qsn
Attention, ce sont deux gros fichiers (4 à 5 Mo par page), dans les 9 Mo pour la planche complète en jpg ou en pdf.
On peut assez facilement adapter l'architecture décrite dans cette planche à une utilisation d'éventuelle glace d'eau extraite dans les pôles lunaires...

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Message le Sam 26 Sep 2009 - 7:16


@lambda0 a écrit:Une petite curiosité de mécanique céleste : de l'intérêt du refueling pour raccourcir le voyage vers Mars avec une propulsion impulsionnelle.
http://www.wired.com/science/space/magazine/17-10/st_twoburn

Cela réduirait-il significativement la durée du voyage aller ? Il faut procéder au tir vers la Lune, au refueling ...
Si on arrive plus vite vers Mars (impulsion gravitationnelle du fly-by terrestre) ... il faudra user plus de carburant pour décélérer et se mettre en orbite martienne ?
Quid de la configuration des planètes ... quelle incidence sur la durée du séjour ?
Pas de configuration comparable pour bénéficier d'une impulsion pour le voyage retour ... sa durée restera la même ...

Bref il faut faire une estimation globale de l'intérêt de ce scénario.

Mais ce serait à tester avec une sonde automatique, puisqu'on n'aurait pas les contraintes drastiques d'un vol habité.
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Message le Sam 26 Sep 2009 - 12:10


@Henri a écrit:
@lambda0 a écrit:Une petite curiosité de mécanique céleste : de l'intérêt du refueling pour raccourcir le voyage vers Mars avec une propulsion impulsionnelle.
http://www.wired.com/science/space/magazine/17-10/st_twoburn
Cette page de hobbyspace.com :
http://hobbyspace.com/nucleus/?itemid=15463
Contient des liens intéressants vers des documents du NTRS de la NASA à ce sujet (malheureusement le serveur du NTRS est en panne en ce moment),
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19710008021_1971008021.pdf (attendre que le serveur ntrs.nasa.gov fonctionne à nouveau)
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19730008943_1973008943.pdf (idem)
...
Ravitaillement en orbite - Page 2 St_twoburn_f
@montmein69 a écrit:Cela réduirait-il significativement la durée du voyage aller ? Il faut procéder au tir vers la Lune, au refueling ...
Si on arrive plus vite vers Mars (impulsion gravitationnelle du fly-by terrestre) ... il faudra user plus de carburant pour décélérer et se mettre en orbite martienne ?
Quid de la configuration des planètes ... quelle incidence sur la durée du séjour ?
Pas de configuration comparable pour bénéficier d'une impulsion pour le voyage retour ... sa durée restera la même ...

Bref il faut faire une estimation globale de l'intérêt de ce scénario.

Mais ce serait à tester avec une sonde automatique, puisqu'on n'aurait pas les contraintes drastiques d'un vol habité.
On en saura plus d'ici une semaine, quand le serveur du NTRS sera à nouveau opérationnel, voir annonce :
http://ntrs.nasa.gov
et qu'il sera possible de consulter les deux documents :
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19710008021_1971008021.pdf
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19730008943_1973008943.pdf

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Message le Sam 26 Sep 2009 - 13:16


@montmein69 a écrit:Cela réduirait-il significativement la durée du voyage aller ? Il faut procéder au tir vers la Lune, au refueling ...
Si on arrive plus vite vers Mars (impulsion gravitationnelle du fly-by terrestre) ... il faudra user plus de carburant pour décélérer et se mettre en orbite martienne ?
Quid de la configuration des planètes ... quelle incidence sur la durée du séjour ?
Pas de configuration comparable pour bénéficier d'une impulsion pour le voyage retour ... sa durée restera la même ...
Ce type de manoeuvre ne change pas les trajectoires et a fortiori les durées de voyage une fois sorti de la zone d'influence terrestre.
Il s'agit ici d'utiliser l'effet Oberth (cf wiki) qui dit que le DeltaV appliqué à proximité d'un corps massif a plus d'effet sur la vitesse finale que ce même DeltaV appliqué plus loin. Bref on va plutôt faire des économies de carburant que de temps de parcours. Evidemment il faut au préalable emmener l'infrastructure en L2 (par exemple), et cela rajoute un paramètre à prendre en compte dans l'équation (position de la Lune).
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Message le Sam 26 Sep 2009 - 17:53


Steph a écrit:
Ce type de manoeuvre ne change pas les trajectoires et a fortiori les durées de voyage une fois sorti de la zone d'influence terrestre (...) Bref on va plutôt faire des économies de carburant que de temps de parcours.
J'ai l'impression que l'objectif ici est d'avoir une vitesse élevée en début d'injection trans-mars (l'article évoque d'ailleurs la division par 2 du temps de transfert), sinon le dernier deltaV pourrait très bien être fait au niveau du dépot de carburant, sans "replonger" vers la Terre. A mon avis, cette "replongée" ne fait pas "économiser de carburant" en elle même: elle ne fait que transferer au véhicule martien de l'énergie cinétique dont l'origine est le carburant consommé pour acheminer jusqu'à la lune (ou L2, etc.) le véhicule lui même, mais aussi celui qui a été consommé pour acheminer le dépot de carburant (qu'il faut prendre en compte dans le bilan). Bref, ça permettrait de répartir la grande quantité de carburant nécessaire entre plusieurs véhicules.
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Message le Sam 26 Sep 2009 - 19:22


Oui si l'on fait des économies pour la même vitesse au final, cela veut dire que l'on peut obtenir une vitesse plus élevée en utilisant la même quantité de carburant. Néanmoins on n'obtiendra jamais des vitesses hallucinantes car il faudra toujours freiner à l'arrivée, par exemple la trajectoire Terre-Mars avec retour libre en 2 ans est critiquée pour nécessiter une énergie trop importante à l'arrivée sur Mars.
Pour moi, l'avantage de cette astuce est l'économie de carburant et donc le gain de masse utile, plutôt que la vitesse.

sinon le dernier deltaV pourrait très bien être fait au niveau du dépot de carburant, sans "replonger" vers la Terre
Et non justement, c'est bien là que je voulais en venir. Le fait de réaliser une poussée au périgée de la parabole est plus économique, même en tenant compte de la poussée nécessaire au plongeon. Calculs faits, toutes choses étant égales par ailleurs, pour obtenir une vitesse "infini" de 4 km/s (typique d'une injection moyenne vers Mars) :

Si on part de L1 (320000 km)

1er cas, avec périgée terrestre de 250 km :
DeltaV pour quitter L1 : 710 m/s
DeltaV au périgée terrestre : 816 m/s
DeltaV total : 1526 m/s

2e cas, TMI direct :
DeltaV total = 3189 m/s


Si on part de L2 (450000 km)

1er cas, avec périgée terrestre de 250 km :
DeltaV pour quitter L2 : 510 m/s
DeltaV au périgée terrestre : 785 m/s
DeltaV total : 1295 m/s

2e cas, TMI direct :
DeltaV total = 3278 m/s
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