[Discussion budget NASA 2011] Technologies critiques et innovantes

Ce domaine est sur le moyen/long terme, le plus important. C'est avec qu'un jour on pourra avoir des discussions sérieuses sur les destinations à explorer.

Je me demande si Bigelow sera un peu plus aidé que ce qu'il a été jusqu'à maintenant.
Sachant qu'ils voudront garder leur propriété sur ce système, je ne sais pas si la NASA est prête à leur concéder ça à l'heure actuelle.

Steph a écrit:Sujet dédié aux technologies critiques et innovantes dans le budget 2011 (source).

Quelques points à noter :

• Etude des dépôts de carburants.
  
• Support vie.
  
• Modules gonflables.
  
• Utilisation de Ressources In Situ (ISRU).

Et surtout :

• advanced in-space propulsion

J'avais complétement zappé cet élément lorsque j'ai lu cette page pour la première fois...

Reste à voir s'il s'agit simplement d'améliorer pour des charges utiles petites et moyennes la propulsion ionique alimentée par panneaux solaires, ou de se lancer sur des pistes plus sérieuses comme celles que je préconise depuis plusieurs années... (VASIMR électronucléaire ou GCNR)

Henri a écrit:
...
Reste à voir s'il s'agit simplement d'améliorer pour des charges utiles petites et moyennes la propulsion ionique alimentée par panneaux solaires, ou de se lancer sur des pistes plus sérieuses comme celles que je préconise depuis plusieurs années... (VASIMR électronucléaire ou GCNR)

Appel d'offre tout frais d'il y a quelques jours :
http://www.spaceref.com/news/viewsr.html?pid=33356

lambda0 a écrit:

Henri a écrit:
...
Reste à voir s'il s'agit simplement d'améliorer pour des charges utiles petites et moyennes la propulsion ionique alimentée par panneaux solaires, ou de se lancer sur des pistes plus sérieuses comme celles que je préconise depuis plusieurs années... (VASIMR électronucléaire ou GCNR)

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Très interressant :
In addition, Studies will be conducted to evaluate a Lunar Tug concept utilizing Variable Specific Impulse Magneto-plasma Rocket (VASIMR) engine capabilities from Low Earth Orbit to Lunar Orbit and libration points.
Si cela pouvait aboutir à un remorqueur Orbite basse terrestre /Orbite Lunaire

Très juste Henri.
N'hésitez pas à relever les points que vous jugez intéressants, je n'ai pas forcément tout vu, et je suis fatigué :)

Giwa a écrit:
In addition, Studies will be conducted to evaluate a Lunar Tug concept utilizing Variable Specific Impulse Magneto-plasma Rocket (VASIMR) engine capabilities from Low Earth Orbit to Lunar Orbit and libration points.
Si cela pouvait aboutir à un remorqueur Orbite basse terrestre /Orbite Lunaire

Cela parait assez curieux comme objectif alors que la Lune semble un objectif plutôt délaissé dans la nouvelle orientation.

Mais il s'agit peut-être d'un "objectif intermédiaire" pour valider des concepts (car c'est pas loin et qu'on peut assez facilement intervenir vu les délais de transmission) et pas d'un objectif en soi ?

montmein69 a écrit:

Giwa a écrit:
In addition, Studies will be conducted to evaluate a Lunar Tug concept utilizing Variable Specific Impulse Magneto-plasma Rocket (VASIMR) engine capabilities from Low Earth Orbit to Lunar Orbit and libration points.
Si cela pouvait aboutir à un remorqueur Orbite basse terrestre /Orbite Lunaire

Cela parait assez curieux comme objectif alors que la Lune semble un objectif plutôt délaissé dans la nouvelle orientation.

Mais il s'agit peut-être d'un "objectif intermédiaire" pour valider des concepts (car c'est pas loin et qu'on peut assez facilement intervenir vu les délais de transmission) et pas d'un objectif en soi ?

Une hypothèse parmi d’autres :
Pour se mettre en orbite autour de la Lune, il ne faut qu’un supplément de ΔV de 0,3 km/s par rapport à la mise en orbite géostationnaire (13,4 - 13,1 = 0,3) Cela s’explique par le fait qu’après l’orbite de transfert pour aller en GEO, il faut du ΔV pour circulariser plus important que celui nécessaire pour se mettre en orbite lunaire et que l’attraction de la Lune diminue le ΔV nécessaire sur l’orbite de transfert permettant de l’atteindre.
Alors pour 0,3 km/ s de plus on se retrouve quant-même à plus de dix fois plus loin - sans être obligé de circulariser la trajectoire relativement à la Terre – puisque c’est la Lune qui a fait le gros du travail . C’est une position d’attente possible pour y déposer du matériel pour des opérations plus lointaines et même si pour quitter l’orbite lunaire par la suite il faudra un petit ΔV, il y a aura un gain de temps considérable pour la suite de la mission. En plus on peut exploiter la trajectoire de La Lune autour du Soleil (une sorte de cycloïde par rapport à celle de la Terre) en choisissant les phases d'accélération pour partir vers les planètes extérieures - ou celles de décélération pour partir vers les planètes intérieures .
Donc la Lune pourrait être une fronde pour des voyages plus lointains.

lambda0 a écrit:

Henri a écrit:
...
Reste à voir s'il s'agit simplement d'améliorer pour des charges utiles petites et moyennes la propulsion ionique alimentée par panneaux solaires, ou de se lancer sur des pistes plus sérieuses comme celles que je préconise depuis plusieurs années... (VASIMR électronucléaire ou GCNR)

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Mmm

Adequate relevant cooling of the High Temperature Superconducting(HTSC) magnets require the conversion of the original HTSC magnet facility to utilize space-relevant cryo-cooler technology that has not yet been utilized under conditions that are relevant to VASIMR operation in space.

Ca commence à sentir le VASIMR à bobinages supraconducteurs ne nécessitant que de l'azote liquide (ou n'importe quel cryoergol) pour être maintenus dans l'état supraconducteur... Reste à voir le deuxième volet, la source d'énergie du VASIMR...

Henri a écrit:Ca commence à sentir le VASIMR à bobinages supraconducteurs ne nécessitant que de l'azote liquide (ou n'importe quel cryoergol) pour être maintenus dans l'état supraconducteur... Reste à voir le deuxième volet, la source d'énergie du VASIMR...

Il y a effectivement un gros avantage à pouvoir disposer de la supra-conductivité "quelques degrés plus haut" avec de nouveaux alliages, car les techniques de refroidissement se simplifient et coutent moins cher.
Mais ce n'est pas encore dans la poche. Le LHC a misé sur des supra-conducteurs nécessitant l'Helium liquide, on ne sait pas trop ce qu'il en sera pour ITER.

Pour la ressource énergétique à part du coté du nucléaire ... on ne voit pas trop de solution s'il faut monter dans les puissances.
On peut rapprocher cela de la décision de relancer la production de Plutonium.
Mais les RTG ce sera insuffisant, et des réacteurs nucléaires même miniaturisés , cela reste diablement lourd :affraid:

Certains télescopes orbitaux dans l'infra-rouge lointain (dont je ne me rappelle plus le nom) utilisent couramment l'hélium liquide pour refroidir leurs capteurs. Les supraconducteurs évoqués plus hauts sont maintenant d'un usage assez courant dans les labos et ne nécessitent que de l'azote liquide (77 K) dont les contraintes cryothermiques comparables à celles de l'oxygène liquide (90 K) utilisé comme ergol sont bien moins contraignantes que celles de l'hélium liquide (4 K !). Les soucis du LHC ne viennent pas du choix de l'hélium liquide mais bel et bien du gigantisme des bobinages de l'installation.

Vous saurez tout tout tout sur les supraconducteurs à cette adresse :
http://www.superconductors.org/

montmein69 a écrit:...Pour la ressource énergétique à part du coté du nucléaire ... on ne voit pas trop de solution s'il faut monter dans les puissances.
On peut rapprocher cela de la décision de relancer la production de Plutonium.
Mais les RTG ce sera insuffisant, et des réacteurs nucléaires même miniaturisés , cela reste diablement lourd :affraid:

Pour les applications spatiales, s'il faut un réacteur, ce serait l'uranium qui serait privilégié, autant pour des questions de coûts que de sureté. Il serait effectivement intéressant de savoir à quel niveau de puissance la puissance massique d'un réacteur à uranium (éventuellement partiellement enrichi en ²³⁵U) serait supérieure au photovoltaïque (pour le secteur des planètes intérieures, car au delà, hors de la fission ou éventuellement de la fusion, point de salut pour la propulsion, le soleil est trop loin).

Henri, peux-tu nous rappeler quels sont les ordres de grandeurs de puissance massique que l'on pourrait raisonnablement obtenir pour ces réacteurs nucléaires ?

Henri a écrit: Les soucis du LHC ne viennent pas du choix de l'hélium liquide mais bel et bien du gigantisme des bobinages de l'installation.

Certes, mais sait-on quels seront les champs magnétiques à obtenir -et maintenir durablement - (donc la taille des bobinages) pour un moteur de type VASIMR de moyenne ou de grande puissance ? Pas sûr que les matériaux supra-conducteurs fonctionnant à la température de l'azote liquide puissent convenir.

On saurait probablement faire avec ceux qui fonctionnent à la température de l'hélium liquide ... mais avec l'hélium c'est plus difficile, plus complexe, plus cher.
Il n'y a pas la fournaise d'un plasma à proximité quand on refroidit un instrument dans un télescope spatial.

Steph a écrit:Henri, peux-tu nous rappeler quels sont les ordres de grandeurs de puissance massique que l'on pourrait raisonnablement obtenir pour ces réacteurs nucléaires ?

Je laisse Henri répondre, mais les modèles qui peuvent donner une idée en terme de compacité, de masse et de puissance disponible, ce seraient ceux qui équipent les sous-marins à propulsion nucléaire.
Pour extraire efficacement la chaleur d'un coeur très compact dans l'espace ... il faudrait sans doute un fluide caloporteur du genre sodium fondu. Comment convertir en énergie électrique la chaleur du sodium ? Moteur Stirling avec un fluide intermédiaire ? et puis il faudrait des échangeurs de chaleur de grande surface pour le refroidissement (et bien protégés des impacts de météorites) On voit que dans l'espace, ce ne serait pas du gâteau.
Il y a de quoi se creuser la tête pour les ingénieurs .... et peut-être trouver des solutions complètement nouvelles.
Qui a dit que ce programme était le fossoyeur de l'avenir de la conquête spatiale ? La mort des vols habités lointains ? Probablement les impatients.

(faut-il faire migrer ces considérations techniques dans la rubrique idoine du forum ? ou on continue ici ?)

Pour certaines centrales nucléaires de génération IV , c’est le gaz hélium – très bon conducteur themique – qui serait utilsé comme fluide caloporteur . Toutefois un des problèmes est de limiter au maximum les pertes de ce gaz par diffusion.
http://etudiant.univ-mlv.fr/~rgrenier/part2.html
http://www.cea.fr/var/site/storage/original/application/66f0600d028f65d6f1f94f872750fce7.pdf

Hormis que montmein69 (re)commence à être un sacré pessimiste... :blbl:
Pour les puissances massiques elles augmentent avec la puissance, et ce serait lambda0 qui serait le plus documenté sur l'état de l'art à ce sujet (les exemples de réacteurs de (sous-)marine ne sont pas de bonnes références, les cahiers de charge ne sont pas les mêmes)
J'ai les documents de ce dossier comme exemple (qui citent des coefficients alpha de l'ordre de 1 kWe/kg :
http://minilien.com/?yqilcMpcfo

Giwa a écrit:Pour certaines centrales nucléaires de génération IV , c’est le gaz hélium – très bon conducteur themique – qui serait utilsé comme fluide caloporteur .

La différence notable c'est la taille du réacteur, et donc le volume de fluide qui peut circuler dans les zones interstitielles du combustible dans le coeur pour en extraire suffisamment la chaleur.
Peut-être envisageable pour une tranche terrestre ... mais ....
Avec un réacteur sur un vaisseau spatial on visera la compacité ... cela complique sacrément (cela avait été le cas avec les surgénérateurs type Phoenix/super Phoenix avec un coeur plus petit et plus chaud car plus réactif qu'un PWR classique, d'où l'utilisation du sodium fondu).
Alors pour l'Hélium ... (il n'y a pas encore eu de prototype opérationnel à ma connaissance) ... cela peut-il convenir dans les contraintes spatiales ? Ce serait effectivement une solution élégante.

Henri a écrit:
Hormis que montmein69 (re)commence à être un sacré pessimiste...

Je ne suis pas plus pessimiste qu'un autre, plus pragmatique peut-être. N'ayant pas la science infuse ... je m'interroge et j'essaye d'avoir des informations crédibles. Il est vrai que je me méfie aussi des optimistes no-limit et des adeptes du yakafokon ... on ne se refait pas à mon âge

Merci pour les liens ... je vais lire cela. Je crois comprendre en première approche que le réacteur est intégré directement dans le réacteur de propulsion ?

En fait il y tout de même une séparation claire entre le VASIMR et le générateur électrique, mais ce dernier utilise UF₄ en phase gazeuse (avec un confinement magnétique) pour améliorer la puissance massique. Le but ici n'est pas de construire un engin qui fonctionnera pendant trois décennies, mais quelques semaines... (Pour être honnête je n'ai pas le temps en ce moment de me pencher dessus pendant des heures.)

J'avais vu un chiffre de 0.3 kg/kWe pour la version 200 MW de ce générateur à coeur gazeux, soit 60 tonnes tout compris pour le générateur, boucliers, radiateurs, convertisseurs inclus.
Ca doit être la valeur retenue par Chang-Diaz dans ses slides commerciaux "Mars en 39 jours".
Maintenant, avec des technos moins futuristes, générateur à coeur solide fonctionnant à 1200 K, et éventuellement des progrès sur les radiateurs, on doit pouvoir arriver à 3-4 kg/kWe et faire Terre-Mars en 3 mois, ce qui est suffisant pour boucler une mission en moins d'un an.
Mais pour l'instant, j'ai l'impression que la NASA préfère se concentrer sur la mise au point du propulseur lui-même, qu'on peut toujours utiliser avec des panneaux solaires dans un premier temps.
La dernière initiative de la NASA en nucléaire, Prometheus, s'est essouflée assez vite et perdue dans les sables, ils ne sont peut-être pas très pressés d'y revenir avant que les moteurs plasmiques multi-MW soient vraiment au point.

A+

Henri a écrit:En fait il y tout de même une séparation claire entre le VASIMR et le générateur électrique,

Merci pour ces précisions. Personnellement je prendrai la peine de conserver le conditionnel par exemple "ce dernier utiliserait UF₄ en phase gazeuse (avec un confinement magnétique)" puisqu'à ma connaissance ce genre d'engin n'a encore jamais fonctionné.
Mais tout cela donne des axes de recherche intéressants. Reste, comme Lambda0 l'écrit, à se poser la question de qui voudra se lancer dans ce genre de challenge.

lambda0 a écrit:
La dernière initiative de la NASA en nucléaire, Prometheus, s'est essouflée assez vite et perdue dans les sables, ils ne sont peut-être pas très pressés d'y revenir avant que les moteurs plasmiques multi-MW soient vraiment au point.

Donc cela annonce quand même des délais substantiels pour que de tels systèmes soient opérationnels.

Le but ici n'est pas de construire un engin qui fonctionnera pendant trois décennies, mais quelques semaines

Pour une éventuelle mission interplanétaire habitée, on ne peut miser seulement sur un voyage aller. Il faut comptabiliser aller-séjour-retour et là comme on peut le supposer, il faut que cela fonctionne plusieurs mois -certes ce ne sont pas des décennies - sans défaillance, avec le problème de le faire tourner (au ralenti probablement) pendant la phase d'attente en orbite :?: :?:

montmein69 a écrit:...Personnellement je prendrai la peine de conserver le conditionnel par exemple "ce dernier utiliserait UF₄ en phase gazeuse (avec un confinement magnétique)" puisqu'à ma connaissance ce genre d'engin n'a encore jamais fonctionné...

Attention, l'excès de tetracapillotomie peut mener à la podoclastie...

Henri a écrit:...Attention, l'excès de tetracapillotomie peut mener à la podoclastie...

Et pitié pour les mouches... :D

Henri a écrit:

montmein69 a écrit:...Personnellement je prendrai la peine de conserver le conditionnel par exemple "ce dernier utiliserait UF₄ en phase gazeuse (avec un confinement magnétique)" puisqu'à ma connaissance ce genre d'engin n'a encore jamais fonctionné...

Attention, l'excès de tetracapillotomie peut mener à la podoclastie...

Je maintiens quand même. Le présent c'est pour un système qui fonctionne .... pas pour un scénario de tableau noir, de brochure à réalité augmentée ou de BD de SF.

Si tu m'indiques un seul réacteur fonctionnant à l'UF4 gazeux produisant de l'énergie ... alors je :ven: devant ton scénario. Et j' à la pertinence de ton raisonnemment.
Je ne rechigne pas reconnaitre que j'ai beaucoup à apprendre ... mais on ne me fait pas prendre des "bêtes à bon Dieu pour des fusées à propulsion nucléaire" (pour garder l'analogie avec les insectes et pasticher un titre de film de Michel Audiard)