ISRU martienne

Space Opera a écrit:Ce qui va surtout concerner l'avenir proche en termes d'actualités et de développements concrets, c'est le cas à plusieurs dizaines d'astronautes et 100t de CU. Pas de SLS ni de "3 ou 6" astronautes, 

Oui le fameux Transporteur colonial martien. Rien que l'intitulé ... Lorsque E. Musk se la joue H. Hughes. ou peut être de la comm ... Il a un peu tâté de la technique tout de  même. On se sort pas ce genre de c... avec son bagage universitaire.

Que tu sois sceptique c'est une chose, dire qu'il raconte des c... ça en est une autre quand même.
Et puis qu'on y croit ou pas, ce que je dis reste valable: il va probablement faire l'actualité de l'ISRU martienne avec "son" dimensionnement (à des années lumières de celui de la NASA donc), puisqu'ils espèrent envoyer une unité ISRU en 2018 ou 2020 à bord de Red Dragon. Donc même si on est aussi sceptique que toi, on ne peut quand même pas enlever SpaceX du paysage sachant qu'ils vont probablement envoyer la première unité ISRU sur Mars. Et la NASA ne trouve pas du tout que Red Dragon est une c...., jusqu'à présent.

Pour résumer deux ISRUs seront nécéssaires une pour le lox et une pour le méthane.
Si je ne doute pas de la créativités des ingénieurs pour réaliser ce matériel, quand est il du stockage? 
il est quand meme question de dizaines de tonnes de carburant comburant cela ne se stocke pas dans des jerrycans.Il faudra des cuves calorifugées meme si la température de mars est plutot avantageuse dans ce domaine.
Avant d'exploiter la glace martienne il est probable qu importer de hydrogène depuis la terre sera une nécéssité le tout étant de trouver sous quelle forme.
H2o  bon marché et facile à manipuler
NH3  ou NH4oH un peu plus délicat  mais tres bonne source d'azote ou comment faire d'une pierre deux coups
Liquide je n'y crois guere
De toute façon j'ai bien peur de ne jamais le voir.Je ne crois pas beaucoup au projet de Musk pourvu que je me trompe.....

En fait, je suis assez persuadé que la date évoquée par E.Musk pour le premier envoi d'une Red Dragon (soit 2018) ne sera pas tenue. (ces annonces de dates à répétition ... pour faire le buzz .... le bonhomme sachant pertinemment qu'elles ne seront pas tenues ..... on ne peut certes pas en conclure de façon désobligeante que c'est de la couennerie.... mais çà y ressemble quand même un peu  :pale: ).

La première expérience ISRU en situation martienne sera probablement celle embarquée sur le rover Mars 2020 (alias Curiosity 2).
Il s'agit de MOXIE (Mars OXygen In situ resource utilization Experiment), qui doit tester la production d'O₂ à partir du captage du CO₂ de l'atmosphère



Avec des ambitions de production, certes modestes, vu la taille de l'unité (mais il s'agit d'un prototype à l'échelle 1/100 de ce que pourrait être ultérieurement une ISRU opérationnelle) :

To achieve this objective, the MOXIE instrument has a goal of producing 22 g of oxygen (O2) per hour with >99.6% purity during 50 sols (Martian days)

On remarque tout de même que l'exigence de pureté du produit est élevée :

High purity is crucial as future astronauts will breathe it

Et il est hautement probable qu'on sera dans les mêmes exigences pour l'utiliser en ergol cryogénique oxydant pour de la propulsion dans un moteur de fusée.   :sage:

Je suis bien entendu d'accord que des impuretés à des taux de quelques ppb .... ce n'est pas formellement la pureté absolue  , mais c'est bien l'objectif qu'il faut se fixer. (on se mettra peut-être d'accord sur l'expression "avec un taux de pureté élevé" ou "avec le taux de pureté requis" ?????   :suspect:  :roll: )

Et si on a fait un peu de chimie, on sait aussi qu'il faut veiller à ce que certaines impuretés dans les réactifs utilisés, ne viennent pas contaminer des catalyseurs par exemple, ou boucher des électrodes poreuses et faire chuter le taux de conversion de la réaction.

Notamment dans le cas de MOXIE on réalise une électrolyse de CO₂ avec un électrolyte solide*

https://en.wikipedia.org/wiki/Mars_Oxygen_ISRU_Experiment a écrit:A solid oxide electrolysis cell works on the principle that, at elevated temperatures, certain ceramic oxides, such as yttria-stabilized zirconia (YSZ) and doped ceria, become oxygen ion (O⁻²) conductors. A thin nonporous disk of YSZ (solid electrolyte) is sandwiched between two porous electrodes. For oxygen generation from carbon dioxide, CO2 diffuses through the porous electrode (cathode) and reaches the vicinity of the electrode-electrolyte boundary. Through a combination of thermal dissociation and electrocatalysis, an oxygen atom is liberated from the CO₂ molecule and picks up two electrons from the cathode to become an oxygen ion (O^-2). Via oxygen ion vacancies in the crystal lattice of the electrolyte, the oxygen ion is transported to the electrolyte-anode interface due to the applied DC potential. At this interface the oxygen ion transfers its charge to the anode, combines with another oxygen atom to form oxygen (O₂), and diffuses out of the anode. The net reaction is shown below:

       2CO₂ ⟶ 2CO + O₂

Dans le cas de MOXIE, vue la matière première - j'ose l'expression "l'air martien"-  captée, ce sera principalement la poussière et probablement la vapeur d'eau qu'il faudra séparer avant d'injecter le CO₂ au taux de pureté requis dans la cellule de réaction.
La question se posera bien sûr de la durée de vie des composants utilisés (électrodes poreuses, électrolyte solide) et donc de la nécessité et possibilité d'assurer une maintenance pour une production pérenne (MOXIE est prévu pour fonctionner 50 sols soit environ 1230 h ).

Si E. Musk veut embarquer une installation de ce type (en version "mi-grand 10/100" soit déjà 3 m x 2,35 m x 2,35 m ?) dans une Red Dragon, il faudra probablement que les "données de fonctionnement" de MOXIE aient pu être analysées et servir à finaliser la conception du big-MOXIE. Donc AMHA pour tester une vraie ISRU, sa Red Dragon ne partirait qu'en 2022.

* voir aussi
https://en.wikipedia.org/wiki/Solid_oxide_electrolyser_cell

L'architecture MCT suivra à mon avis la philosophie générale de SpaceX : éviter tout ce qui peut être "Pain in the Ass". Cela signifie une ISRU qui évite tout ce qui n'est pas robuste. Les choix seront à mon avis du style : utilisation de forages verticaux dont le trépan chauffant fond la glace en eau qui est ensuite pompé de manière traditionnelle, panneaux solaires et installations électriques éprouvés, électrolyse de l'eau des plus classiques pour obtenir l'oxygène pour la respiration et la propulsion et l'hydrogène pour alimenter une ISRU Sabatier classique fournissant le méthane.
La NASA cherche par contre à mettre en œuvre presque systématiquement des technos borderlines, coûteuses et fragiles, c'est utile dans des contexte de bilan masse très serré ou d'exploration à la limite du système solaire ou d'instruments de mesures astrophysiques qui se veulent très sensibles, pas dans le cas de la stratégie de SpaceX...

Space Opera a écrit:(...) puisqu'ils espèrent envoyer une unité ISRU en 2018 ou 2020 à bord de Red Dragon (...)

Est-ce que la présence d'un démonstrateur ISRU sur les vols 2018 ou 2020 a vraiment été annoncée ? Je sais qu'on a évoqué cette possibilité sur le FCS, mais je ne sais pas si SpaceX l'a dit aussi clairement.

Le but de la mission martienne de SpaceX pour 2018 est de démontrer la validité de leur technologie d'atterrissage propulsif sur Mars.
Ils n'ont pas prévu de charge utile scientifique à bord pour le moment mais sont ouvert à toute proposition tierce (NASA ou autre, sachant qu'il ne reste plus que très peu de temps pour mettre tout ça au point).

Henri a écrit:La NASA cherche par contre à mettre en œuvre presque systématiquement des technos borderlines, coûteuses et fragiles, c'est utile dans des contexte de bilan masse très serré ou d'exploration à la limite du système solaire ou d'instruments de mesures astrophysiques qui se veulent très sensibles, pas dans le cas de la stratégie de SpaceX...

ça me fait penser à l'histoire du stylo bille développé par la NASA contre le crayon à papier des Russes ;)

bed31fr a écrit:ça me fait penser à l'histoire du stylo bille développé par la NASA contre le crayon à papier des Russes ;)

Mais n'était-ce pas le capuchon du stylo en question, qui avait permis à Apollo 11 de redécoller de la surface lunaire, après qu'Aldrin avait bousillé le bouton ?

Thierz a écrit:

bed31fr a écrit:ça me fait penser à l'histoire du stylo bille développé par la NASA contre le crayon à papier des Russes ;)

Mais n'était-ce pas le capuchon du stylo en question, qui avait permis à Apollo 11 de redécoller de la surface lunaire, après qu'Aldrin avait bousillé le bouton ?

le stylo seulement. le space-pen AG7 n'a pas de capuchon. buzz en parle dans je ne sait plus quel documentaire (peut être les "moon machine"  voir sur le site de apolloman)

Tu as raison, je crois me souvenir que c'est la pointe du stylo.

Edit : trouvé sur le site d'Apolloman (http://www.de-la-terre-a-la-lune.com/apollo.php?page=apollo_11_page_3)

Henri a écrit:L'architecture MCT suivra à mon avis la philosophie générale de SpaceX : éviter tout ce qui peut être "Pain in the Ass". Cela signifie une ISRU qui évite tout ce qui n'est pas robuste. Les choix seront à mon avis du style : utilisation de forages verticaux dont le trépan chauffant fond la glace en eau qui est ensuite pompé de manière traditionnelle, panneaux solaires et installations électriques éprouvés, électrolyse de l'eau des plus classiques pour obtenir l'oxygène pour la respiration et la propulsion et l'hydrogène pour alimenter une ISRU Sabatier classique fournissant le méthane.

C'est possible, on a de toute façon le temps de voir venir des informations sur le sujet avant que BFR et MCT soient prêts à décoller.
Pour les premiers vols de Red Dragon (s'il y en a plus d'un), si Space X se décidait à embarquer quelque chose qui soit du domaine de l'ISRU, il leur faudra prendre un dispositif créé par des équipes universitaires ou la NASA. Ce peut-être cela aussi les "échanges" sans transfert d'argent.

La NASA cherche par contre à mettre en œuvre presque systématiquement des technos borderlines, coûteuses et fragiles, c'est utile dans des contexte de bilan masse très serré ou d'exploration à la limite du système solaire ou d'instruments de mesures astrophysiques qui se veulent très sensibles, pas dans le cas de la stratégie de SpaceX...

C'est un peu caricatural à l'encontre de la NASA, mais effectivement faire tenir un prototype de centrale ISRU dans un "cube" de quelques dizaines de cm de côté pour l'embarquer sur un rover c'est forcément basé sur une technologie innovante.
Cette technologie pourrait-elle être ensuite étendue à une installation opérationnelle pour traiter de grandes quantités ? .... les concepteurs - au moins - le pensent

ssed.gsfc.nasa.gov/IPM/PDF/1134.pdf a écrit:
Extensibility to Full Scale:
In a human scale Mars mission, the ISRU system would be operated continuously in a steady state without nterruption for many months, adapting autonomously to atmospheric variability (temperature, pressure, dust). Such a full-scale
system would produce roughly 25-30 metric tons of O2 during the ~17-month period between arrival of the ISRU system and ascent vehicle on Mars, and the decision to launch the human crew at the next launch opportunity.
This requires a production rate of approximately 2.2 kg/hr.

Pour Space X, la réputation dans ce domaine est encore inexistante et à ma connaissance, il n'ont pas encore communiqué qu'ils se penchaient sur le problème.

montmein69 a écrit:C'est possible, on a de toute façon le temps de voir venir des informations sur le sujet avant que BFR et MCT soient prêts à décoller.
Pour les premiers vols de Red Dragon (s'il y en a plus d'un), si Space X se décidait à embarquer quelque chose qui soit du domaine de l'ISRU, il leur faudra prendre un dispositif créé par des équipes universitaires ou la NASA. Ce peut-être cela aussi les "échanges" sans transfert d'argent.

C'est assez possible, en effet. SpaceX a annoncé vouloir envoyer un Red Dragon à chaque fenêtre de 26 mois, donc il est probable qu'il y ait au moins une expérimentation ISRU à terme j'imagine. Si ça n'est pas en 2018, ça sera surement plus tard. Et je suis d'accord avec vous, dans un premier temps je vois mal SpaceX faire ça seul, ils ont besoin de cette technologie mais n'ont jamais vraiment parlé de tout ça. On ne peut que supputer qu'ils ne mettent pas une énergie folle là-dessus, sauf information contraire à venir.

Dans leurs plans (dont la première mouture avait été annoncée il y a quelques mois) ils ne donnaient pas l'impression de vouloir se compliquer la vie en apportant de l'hydrogène sur Mars... Et l'ISRU est indispensable à leur architecture (MCT qui se poserait sur Mars réservoirs quasi-vides)...

Ce qui me tue au sens littéral du terme c'est que les gens qui savent laissent le champ libre à des grandes gueules comme Musk. C'était déjà le cas avec Mars One et ses plans sur la comète. Aucun spécialiste de la NASA (notamment) n'est intervenu pour dire que c'était du grand n'importe quoi. Par contre des astronautes de la mème agence se sont portés volontaires (ce qui prouve que le poste ne garantit pas une grande culture technique)

Henri a écrit:L'architecture MCT suivra à mon avis la philosophie générale de SpaceX : éviter tout ce qui peut être "Pain in the Ass".

Ce constructeur a bati son succès sur des moteurs-fusées utilisant de la technologie des années 1950  et en faisant dans le fordisme. Il me semble que ce n'est pas le bon plan pour s'attaquer à Mars avec une chance raisonnable de succès.

Pline a écrit:

Henri a écrit:L'architecture MCT suivra à mon avis la philosophie générale de SpaceX : éviter tout ce qui peut être "Pain in the Ass".

Ce constructeur a bati son succès sur des moteurs-fusées utilisant de la technologie des années 1950  et en faisant dans le fordisme. Il me semble que ce n'est pas le bon plan pour s'attaquer à Mars avec une chance raisonnable de succès.

Ah bon... Et l'alternative actuelle a plus de chances de succès pour envoyer l'homme sur Mars ????????  :scratch: :scratch: :scratch:

Musk a des défauts, bien sûr, mais avec la façon de faire actuelle, l'homme sur Mars "c'est dans 20 à 30 ans" et dans 20 à 30 ans ce sera toujours dans "20 à 30 ans"... Si tu préfères attendre un programme classique lancé par une décision politique qui en attribue le financement, tu attendras, car ce feu vert ne viendra jamais...

Les moteurs cryotechniques "derniers cri de la technologie du 21^e siècle", c'est un bel exercice de style, mais si leur coût est tel qu'il bloque le développement des programmes spatiaux, quel est le meilleur choix ???.......

Entre la Delta-4H à 389 M$ propulsée par 3 moteurs RS-68A et la Falcon Heavy propulsée par 27 moteurs Merlin "des années 1950" annoncée à 90 M$ (à confirmer bien sûr), quel est le lanceur qui sera retiré du service dès l'USAF n'en aura plus besoin ?...

Pline a écrit:Ce qui me tue au sens littéral du terme c'est que les gens qui savent laissent le champ libre à des grandes gueules comme Musk. C'était déjà le cas avec Mars One et ses plans sur la comète.

Comparer Musk et Mars One est ridicule.

D'un coté, il y a le premier lanceur spatial développé sur fonds privés à atteindre l'orbite (Falcon-1) puis un lanceur qui bouscule le marché du lancement commercial (Falcon-9), une desserte régulière de l'ISS, pour ce qui est réalisé, et de nombreux projets prometteurs.

De l'autre coté, il y un concept basé sur une émission de télé-"réalité" et... strictement aucune réalisation...

Ridicule.

Autant je suis d'accord que Musk est une grande gueule et a ses défauts, autant rabaisser SpaceX à Mars One ou les limiter à réutiliser des technos des années 50 est aussi ridicule. On peut être critique envers cette entreprise sans tourner à la caricature stérile.

Je n'insinue d'ailleurs pas que SpaceX ne fait pas de gros efforts de R&D. Mes leurs efforts sont dirigés vers le perfectionnement et l’adaptation à leurs missions de technos robustes.

Lorsque les technologies sont matures, la démarche de SpaceX est la bonne. Lorsque le TRL est bas ...

L'atterrissage en douceur des sondes spatiales sur Mars, la propulsion électrique, le télescope spatial optique, les capteurs pointus résultent d'investissements en R&D très lourds étalés sur de longues durées. Si vous suivez l'actualité spatiale, les misères de JWST, SWOT, ADM-Aeolus, EarthCARE, le long accouchement de LISA (avec des décalages pouvant atteindre 10 ans ou plus), ne sont pas seulement liés à des pb organisationnels ou financiers mais démontrent qu'à chaque fois qu'on croit pouvoir accélérer le pas on se plante. Même le programme Apollo bien que mené très rapidement a été l'aboutissement d'un effort de longue haleine entamé dans les années 1950 pour la propulsion et l'électronique. Le séjour sur Mars d'un équipage, si on ne part pas sur un plan suicide, ne peut se passer d'investissements lourds en R&D dont l'aboutissement reste aléatoire. Dans ce contexte toute personne s'avançant sur un planning serré tout en n'ayant strictement aucun plan de financement à la hauteur de l'enjeu  est soit un rêveur soit un bateleur. .. et cela m'embête de voir Musk endosser avec autant de succès sur ce forum le rôle du joueur de flûte de Hamelin.

A titre d'illustration j'ai trouve la  Vidéo   récente (oct 2015) en anglais d'un cours synthétique et très vivant sur les techniques d'atterrissage sur Mars par Robert D. Braun l'un des deux pères du système de rentrée atmosphérique/descente/atterrissage des rovers MER et Curiosity. Vers la fin il dit quelques mots sur le futur (à partir de la 51ème minutes) en indiquant qu'il pense que les nouvelles techniques pourraient aboutir d'ici quelques années ou une décennie ... à condition que des investissements dans la recherche suivent.

Pour avoir déjà entendu des gens du JPL en charge de l'EDL en parler, je peux te garantir que ce qu'a fait SpaceX sur la rétropropulsion hypersonique les a impressionnés, et n'est pas vraiment une techno des années 50 avec un peu de fordisme derrière. Idem pour le GNC associé aux atterrissages. Certes SpaceX n'a pas décroché la Lune ni transformé l'eau en vin, mais ce qu'ils ont fait en termes d'innovation est le fruit d'un gros travail, d'un gros investissement, et n'a pas à rougir de ce que font les agences. Il n'y a pas que le fait d'étudier des technologies d'instruments ultra-précis qui peuvent faire avancer la science et le spatial. Des nouvelles techniques EDL et des engins bien conçus  (comme le pintle) sont déjà largement suffisants pour être plus qu'un charlatan il me semble...

Pour l'ISRU comme pour d'autres sujets, je ne m'attends pas à ce que SpaceX apporte quelque chose de révolutionnaire, elle va plutôt récupérer toutes les études réalisées depuis des dizaines d'années sur le sujet, faire le tri, mettre en oeuvre des concepts déjà bien étudiés, et peut compter sur le concours de la NASA.
Ce sont les Etats-Unis qui vont débarquer sur Mars...
Par ailleurs, SpaceX a été créée en 2002, les voyages vers Mars ont toujours été la ligne directrice, et lorsque le premier engin de SpaceX atterrira sur Mars, cette société aura quand même presque 20 ans.

Idéalement pour la vraie ISRU qui permettra à des gens de redécoller, il faudrait de la techno pas très évoluée, permettant des réparations faciles voire un minimum de bidouillage. A mon avis, plus ce sera "rudimentaire" et "volumineux" (càd pas trop miniaturisé), mieux ce sera.

J'ai un peu de mal dans ce FIL à déterminer si on s'intéresse :

- à de premières tentatives d'ISRU sur Mars (comme on pourrait en transporter dans des missions Red Dragon). Avec une optimisation pour une mise en service automatique. Le but étant de voir si çà marche et de se contenter de fabriquer des quantités limités (quelques dizaines de kg) mais REELLES (par exemple alimenter un petit lanceur pour rapporter quelques centaines de grammes d'échantillons) Ce qui AMHA serait déjà un formidable succès technologique. Le projet NASA MOXIE embarqué sur Mars 2020 pourrait AMHA le faire (même si c'est un concept d'avant-garde considéré par certains "fragile"). J'appellerai cela "ISRU sur Mars Etape 1"

- à une installation plus productive installée antérieurement à l'arrivée d'un premier équipage et lui assurant la possibilité de retour avec une chaloupe de secours redécollant de Mars pour rejoindre un vaisseau en orbite ayant les ergols nécessaires pour le voyage de retour.
Cela concerne plutôt une mission initiale de la NASA avec un atterrisseur habité de taille modeste.
On peut avoir besoin de seulement quelques centaines de kg d'ergols fournis par une ISRU. Le prototype de la NASA en version plus grande pourrait-il s'en charger ??? On n'en sait rien encore mais pas impossible si l'étape 1 a été une réussite.
J'appellerai cela "ISRU sur Mars étape 2 (Mission NASA)"

- une installation d'usine chimique "simple et robuste" mais de grande taille (pour collecter les matières premières, les traiter, synthétiser, stocker dans des réservoirs cryogéniques) .... prévue pour synthétiser des centaines de tonnes .... car les "pionniers" débarquent dans un paquebot (le MCT qui doit re-décoller et retourner vers la Terre en ayant fait le plein), et ils ont aussi sur place, des besoins de "colonisateurs" en résidence permanente devant se déplacer ...  
Pour cela on peut dire "ce serait bien que ....", dire qu'un équipage initial de quelques "pionniers de première ligne" installeraient cela et le ferait fonctionner. Mais on n'a aucune piste sérieuse de l'installation à réaliser et à ma connaissance aucune équipe de recherche ne travaille là-dessus.  Bref c'est encore de la quasi-SF. J'appellerai cela "ISRU sur Mars Etape 3 (Mission BFR/MCT SpaceX)"

Il serait donc peut-être utile de ne pas partir dans toutes les directions dans un FIL "ISRU sur Mars" fourre-tout, mais de se focaliser dans un FIL spécifique sur une des "étapes" bien ciblée dont on veut assurer la réussite à coup sûr (vu les enjeux même s'ils sont différents dans chaque cas).
Evidemment ceux qui n'ont aucun doute sur la mission BFR/MCT qui précédera toute autre tentative d'arrivée d'un équipage sur Mars, pourraient s'exercer au génie chimique en concevant une usine d'ergols réaliste dans l'option 3.

David L. a écrit:

Pline a écrit:
Ce constructeur a bati son succès sur des moteurs-fusées utilisant de la technologie des années 1950  et en faisant dans le fordisme. Il me semble que ce n'est pas le bon plan pour s'attaquer à Mars avec une chance raisonnable de succès.

Ah bon... Et l'alternative actuelle a plus de chances de succès pour envoyer l'homme sur Mars ????????  :scratch: :scratch: :scratch:

Musk a des défauts, bien sûr, mais avec la façon de faire actuelle, l'homme sur Mars "c'est dans 20 à 30 ans" et dans 20 à 30 ans ce sera toujours dans "20 à 30 ans"... Si tu préfères attendre un programme classique lancé par une décision politique qui en attribue le financement, tu attendras, car ce feu vert ne viendra jamais...

On parle de spaceX là :roll:  une société qui n'a jamais envoyé un seul humain dans l'espace et dont on attend depuis des années une version heavy de son principal et UNIQUE lanceur
Comme beaucoup j'aimerai pouvoir croire et pas seulement rêver mais j'ai les pieds sur terre,  je garde donc un œil critique sur TOUT ce qui est annoncé, et pour l'instant je n'accorde aucun crédit à ce qui est annoncé concernant mars (même le red dragon de 2018 j'attends de voir pour croire) et donc avec les éléments qui sont portés à notre connaissance en 2016 la seule possibilité concrète d'avoir des hommes sur Mars avant 2050 c'est la NASA.

Si d'ici disons 2020 SpaceX a réussi à envoyer un homme dans l'espace, si la FalconHeavy a enfin volé, si les coûts de lancement ont enfin baissé grâce à la réutilisabilité alors j'accorderai un début de crédit à ce que dit Musk et SpaceX concernant leur plans pour mars, mais sans prendre pour argent comptant ce qui est annoncé, les dates annoncées étant toujours très optimistes pour faire gonfler la valorisation de l'entreprise. C'est de la pure spéculation et gare à l'explosion de la bulle si elle gonfle trop.


Donc en terme d'ISRU les seules expériences probables dans les 20 à 30 ans à venir sont les options 1 et 2.