Gas Core Nuclear Rocket

Gas Core Nuclear Rocket ou Gas Core Reactor Rocket
Fusée Nucléaire à Coeur Gazeux ou Fusée à Réacteur à Coeur Gazeux

Comme les différentes infos sur cette technique de propulsion étaient dispersées dans différents sujets, (http://www.forum-conquete-spatiale.fr/USA-f8/voyage-vers-Mars-mauvaise-nouvelle-t630-45.htm et http://www.forum-conquete-spatiale.fr/Autres-f21/Deux-etudes-sur-des-problematiques-de-l-homme-dans-l-espace-t1891.htm et d'autres encore...) je me suis dis qu'il était judicieux de créer un sujet dédié à l'occasion de la découverte d'une page de Wikipedia assez bien faite sur la question.
http://en.wikipedia.org/wiki/Gas_core_reactor_rocket (trouvé dans sci.space.policy)
(en anglais)

Bonne initiative.
Le NERVA faisait-il partie de cette catégorie ?

Steph a écrit:Bonne initiative.
Le NERVA faisait-il partie de cette catégorie ?

Non, comme plus tard pour Timberwind, c'était à coeur solide. (température limitée à quelques 3000 K et donc ISP limitée à 900 s)
Là on parle de températures tournant à 4 eV (50 000 K) et ISP de 4000 s... et des rapports poussée/poids du moteur (~ 1) des milliers de fois supérieurs à la propulsion électrique.
Voir les liens cités dans la page de Wikipedia.

Je viens de lire ton lien wikipedia, effectivement j'ai vite compris qu'il ne s'agissait pas de la même chose.
Quel est la maturité du concept ?
Tout ça est vraiment intéressant, ça fait rêver quant aux possibilités en terme d'exploration planétaire.

Steph a écrit:Je viens de lire ton lien wikipedia, effectivement j'ai vite compris qu'il ne s'agissait pas de la même chose.
Quel est la maturité du concept ?
Tout ça est vraiment intéressant, ça fait rêver quant aux possibilités en terme d'exploration planétaire.

Ce papier de Howe explique le principe de la circulation toroïdale dans la chambre, découvert via des simulation informatiques durant les années 90 :
http://www.lascruces.com/~mrpbar/GCNR%20Aero%20Amer.pdf



On en est au stade où les simulations ne peuvent plus rien nous apprendre, et l'expérimentation devient nécessaire, mais serait très coûteuse. (Pas seulement pour des questions environnementales, mais aussi d'impossibilité d'opérer à g=1)

Henri a écrit:c'était à coeur solide

ah bon, parce que c'est pu comme ca maintenant, ya un autre systeme ? est-ce queqlqun pourai expliquer icic ce que c'est ? enfin pas un truc alambiqué parceque apres sa fou mal au crane nan en fait c'est que a cause de mon faible niveau d'anglais jvai y passer 3 heures a lire la seule page wiki :(

yoann a écrit:

Henri a écrit:c'était à coeur solide

ah bon, parce que c'est pu comme ca maintenant, ya un autre systeme ? est-ce queqlqun pourai expliquer icic ce que c'est ? enfin pas un truc alambiqué parceque apres sa fou mal au crane nan en fait c'est que a cause de mon faible niveau d'anglais jvai y passer 3 heures a lire la seule page wiki :(

On parle de concepts qui n'existent que sur le papier. La dernière réalisation (les moteurs Nerva à cœur solide du programme Rover) date des années soixante, et leurs performances étaient trop limitées pour compenser leurs inconvénients.

yoann a écrit:

Henri a écrit:c'était à coeur solide

ah bon, parce que c'est pu comme ca maintenant, ya un autre systeme ? est-ce queqlqun pourai expliquer icic ce que c'est ? enfin pas un truc alambiqué parceque apres sa fou mal au crane nan en fait c'est que a cause de mon faible niveau d'anglais jvai y passer 3 heures a lire la seule page wiki :(

La grande différence par rapport à NERVA est qu'ici, le combustible nucléaire est gazeux, ce qui permet de travailler à des températures bien plus élevées, et donc d'avoir une impulsion spécifique plus importante.
Le combustible est confiné au moyen d'un champ magnétique.
En plus d'une Isp importante, ce moteur semble avoir un excellent rapport poussée/masse.
(vérifier quand même la masse des aimants nécessaires pour obtenir un champ de 16 T pour le confinement...)

A+

et c'est qui qui fournirai le courant ? parce que ca doit en pomper ca un champ de 16 Tesla ! comme je supose que le but est de faire quelque chose qui fonctionne dans l'espace, si ont devrai utiliser des panneaux solaire, j'ai du mal a imaginer la taille qu'ils devraient avoir !
bon, apres je peut me tromper, et avoir encore rien comprit...

edit: un combustible nucléaire a l'état gazeux, sa existe ca ? :suspect:

yoann a écrit:et c'est qui qui fournirai le courant ? parce que ca doit en pomper ca un champ de 16 Tesla ! comme je supose que le but est de faire quelque chose qui fonctionne dans l'espace, si ont devrai utiliser des panneaux solaire, j'ai du mal a imaginer la taille qu'ils devraient avoir !
bon, apres je peut me tromper, et avoir encore rien comprit...

edit: un combustible nucléaire a l'état gazeux, sa existe ca ? :suspect:

Peut-être pas tant que ça avec des supraconducteurs, même s'il faut prévoir de la cryogénie, et ça dépend du volume dans lequel on veut créer ce champ, mais je n'ai pas de chiffres sous la main.
Pour ce qui est du combustible nucléaire, à 20000K, n'importe quoi est gazeux, et même à l'état de plasma.

Il serait intéressant de voir une étude technique un peu détaillé faisant apparaître tous les sous-systèmes (aimants de confinement, cryogénie, etc.).

A+

C'est la première fois que j'entends parler de cette genre de propulsion, quelqu'un connaîtrait-il un site autre que wiki très détaillé sur ce genre de propulsion. merci

Heu le principe décrit par Howe ne repose pas sur un confinement magnétique (trop lourd) mais hydrodynamique (vortex toroïdal), voir les deux illustrations en supra. Le seul aimant (permanent en plus) se trouve au col de la tuyère.
C'est justement ce type de confinement qui a été découvert en 1996 via des simulations informatiques. Son défaut est aussi l'apparition d'une force d'archimède qui détruit le vortex dés que l'accélération est trop forte, d'où la nécessité de passer à l'expérience maintenant...

Henri a écrit:Heu le principe décrit par Howe ne repose pas sur un confinement magnétique (trop lourd) mais hydrodynamique (vortex toroïdal), voir les deux illustrations en supra. Le seul aimant (permanent en plus) se trouve au col de la tuyère.
C'est justement ce type de confinement qui a été découvert en 1996 via des simulations informatiques. Son défaut est aussi l'apparition d'une force d'archimède qui détruit le vortex dés que l'accélération est trop forte, d'où la nécessité de passer à l'expérience maintenant...

Ah, ok, je comprends mieux le problème avec les accélérations (alors que le confinement magnétique évoqué sur la page wiki devrait être moins sensible à celà).
Tester un tel système ne parait pas évident en effet, il faut l'envoyer dans l'espace, et en plus sur une orbite assez haute et pas trop fréquentée, en cas de fuite du combustible nucléaire...

A+

lambda0 a écrit:...Tester un tel système ne parait pas évident en effet, il faut l'envoyer dans l'espace, et en plus sur une orbite assez haute et pas trop fréquentée, en cas de fuite du combustible nucléaire...

A+

Bon, les ceintures de Van Allen sont là pour faire le ménage... De toutes façons, il ne faut pas qu'il y ait des fuites, sinon l'ISP s'effondre.

Henri a écrit:Bon, les ceintures de Van Allen sont là pour faire le ménage...

Comme après Starfish Prime en 62 :lol!:

mic8 a écrit:

Henri a écrit:Bon, les ceintures de Van Allen sont là pour faire le ménage...

Comme après Starfish Prime en 62 :lol!:

On ne parle pas d'explosion (avec tous les effets de flash gamma et EM) ici, mais d'une quantité de radio-isotopes microscopique à coté de l'activité des ceintures de Van Allen. La dite quantité ne devant être dispersée qu'en cas de disfonctionnement du moteur.

J'ai vu qu'il y avait une variante en cycle fermé (le "nuclear light bulb").
Les performances doivent être inférieures en Isp puisqu'on doit travailler à température plus basse, mais peut-être quand même meilleures que les réacteurs à coeur solide, non ?

EDIT:
J'ai trouvé ceci sur le serveur NASA.
http://hdl.handle.net/2060/19700073228
"Nuclear criticality study of a specific vortex stabilized gazeous nuclear rocket engine", 1967
Je lirais ça ce soir. Il y a d'autres documents plus récents, mais pas en accès libre.

lambda0 a écrit:J'ai vu qu'il y avait une variante en cycle fermé (le "nuclear light bulb").
Les performances doivent être inférieures en Isp puisqu'on doit travailler à température plus basse, mais peut-être quand même meilleures que les réacteurs à coeur solide, non ?

EDIT:
J'ai trouvé ceci sur le serveur NASA.
http://hdl.handle.net/2060/19700073228
"Nuclear criticality study of a specific vortex stabilized gazeous nuclear rocket engine", 1967
Je lirais ça ce soir. Il y a d'autres documents plus récents, mais pas en accès libre.

Bizarre, j'ai rapidement survolé le document (apparemment daté de 1970). Le titre parle d'une configuration stabilisée par vortex mais aucun schéma n'en indique la géométrie, or la configuration dite du vortex toroïdal n'aurait été découverte qu'en 1996 d'après Steve Howe...

Henri a écrit:Bizarre, j'ai rapidement survolé le document (apparemment daté de 1970). Le titre parle d'une configuration stabilisée par vortex mais aucun schéma n'en indique la géométrie, or la configuration dite du vortex toroïdal n'aurait été découverte qu'en 1996 d'après Steve Howe...

Possible qu'ils aient simplement postulé l'existence de ce vortex et se soient surtout concentré sur les calculs de neutronique et de criticité.
Il semble y avoir eu pas mal de recherches sur ce type de réacteur dans les années 60, qui ont pu être relancées quand on a disposé de moyens de simulation plus musclés pour la partie purement hydrodynamique.
Pure hypothèse bien sur, je vais voir si je trouve autre chose.

A+

Deux éléments à verser à ce type de propulsion :

• un positif : contrairement à un réacteur à cœur gazeux solide, le matériau fissile est injecté dans la chambre au fur et à mesure des besoins, et en cas de disfonctionnement (fuite par exemple) l'injection est automatiquement arrêtée. Seuls donc les matériaux fissiles présents dans la chambres seront pollués, contrairement au cœur solide où dés le départ la totalité du matériau fissile est présent dans la chambre.
  
• un négatif : si la moindre accélération (notamment celle due au fonctionnement du moteur…) déstabilise la configuration du vortex toroïdal, alors le concept est impraticable.
  

Henri a écrit:Deux éléments à verser à ce type de propulsion :

• un positif : contrairement à un réacteur à cœur gazeux, le matériau fissile est injecté dans la chambre au fur et à mesure des besoins, et en cas de disfonctionnement (fuite par exemple) l'injection est automatiquement arrêtée. Seuls donc les matériaux fissiles présents dans la chambres seront pollués, contrairement au cœur solide où dés le départ la totalité du matériau fissile est présent dans la chambre.
  
• un négatif : si la moindre accélération (notamment celle due au fonctionnement du moteur…) déstabilise la configuration du vortex toroïdal, alors le concept est impraticable.
  

La page wiki donne une accélération maxi de 0.001 "g", ce qui parait en effet assez restrictif (et on retombe sur les ordres de grandeur de la propulsion électrique...).

lambda0 a écrit:

Henri a écrit:Deux éléments à verser à ce type de propulsion :

• un positif : contrairement à un réacteur à cœur gazeux, le matériau fissile est injecté dans la chambre au fur et à mesure des besoins, et en cas de disfonctionnement (fuite par exemple) l'injection est automatiquement arrêtée. Seuls donc les matériaux fissiles présents dans la chambres seront pollués, contrairement au cœur solide où dés le départ la totalité du matériau fissile est présent dans la chambre.
  
• un négatif : si la moindre accélération (notamment celle due au fonctionnement du moteur…) déstabilise la configuration du vortex toroïdal, alors le concept est impraticable.
  

La page wiki donne une accélération maxi de 0.001 "g", ce qui parait en effet assez restrictif (et on retombe sur les ordres de grandeur de la propulsion électrique...).

C'est bien ce qui m'inquiète... Mais je pense que seule l'expérience permettra de confirmer ou d'infirmer celà. Les simulations informatiques ne sont en général pas fiables dans les domaines totalement inexplorés par l'expérience.

Il faudrait un champ magnétique un peu musclé pour tenir tout ça, même partiellement, et quitte à travailler à pression et température un peu plus basses pour garder quand même une valeur de champ raisonnable.

Apparemment, l'idée a déjà été examinée :
http://adsabs.harvard.edu/abs/1992jpnt.confZ....K
et le résumé de la page wiki y fait allusion.
Due to the inability to perform live testing on earth, research is focused primarily on computational modeling of such a system. It was previously mentioned that the specific impulse could be as high as or higher than 3000 s. However, results of computational modeling point towards this number being somewhat optimistic. When thermal hydraulics were modeled more completely for a typical base injection stabilized recirculation bubble gas core rocket by D. Poston, the specific impulse dropped from >3000 s to <1500 s. In the base injection stabilized recirculation bubble gas core rocket concept, it is thought that some additional method of fuel confinement will be beneficial. As mentioned earlier, relying completely on magnetic containment of the fuel bubble is not yet practical. However, a magnetic field may be able to assist in containment or help suppress turbulence that would lead to fuel-propellant mixing.

D'autre part, tout compris, l'Isp serait plutôt de l'ordre de 1500 s.
Difficile de trouver une étude complète récente en accès libre.

Ok, mais tout ça date de 1992, c'est antérieur à la découverte en 1996 de la configuration du vortex toroïdale qui donnait l'impression de pouvoir se passer de champ magnétique. C'est là aussi que se pose cette limite des 0,001 g. De quelle époque date t’elle : la configuration d'avant 1996 ou d'après 1996 ? Le problème c'est que depuis le papier de Howe de 2002, c'est le silence radio... Le site de Howe contient une version du document dont j'avais donné le lien plus haut, mais dont les illustrations sont visibles.
http://www.lascruces.com/~mrpbar/Space%20Policy%2002.pdf Lien obsolète... voir ici.
Les pages 23 à 26 confirment que la nouvelle configuration date de 1996.


EDIT : Sujet édité le 16/09/2010 pour cause de liens brisés

Faudrait peut-être aller fouiller sur le serveur du LANL ou de Oak Ridge, on arrive parfois à récupérer des rapports accessibles, et sinon on peut voir au moins les références pour se rendre compte si cette voie de recherche est toujours active.