AIR LIQUIDE - Stations de ravitaillement sur Mars

Un article un peu atypique sur Futura Science.

http://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/acces-espace-air-liquide-pompiste-ariane-veut-stations-espace-mars-66084/

Les lanceurs de la famille Ariane utilisent comme ergols de l'hydrogène et de l'oxygène, liquéfiés à basse température et ce depuis de nombreuses années. On aurait tort de croire que ces techniques sont stabilisées. Des études et des progrès sont toujours en cours, notamment pour les prochaines générations de lanceurs et les missions lointaines, comme nous l'explique Xavier Vigor, directeur des technologies avancées d'Air Liquide, acteur discret mais important du spatial européen.

Bien sûr que Air Liquide est un acteur important de la Conquête Spatiale

mais pour Mars, on attend toujours que quelqu'un ait bien voulu poser le pied dessus

Une station autour de mars on y arrivera forcément un jour.  A moyenne terme une point de ravitaillement sur une orbite circumlunaire type dsg serait une bonne chose. En effet, d'un point de vu dv elle serai à mis distance entre la LEO et le sol lunaire. De plus cela nous mettrez a 1 ou 2km/s de venus ou mars. A plus long terme on peut imaginer des sources d approvisionnement mixte avec du lhx ou méthane venant de la terre et du lox lunaire.

phenix a écrit:Une station autour de mars on y arrivera forcément un jour.

Rien ne permet d'affirmer cela...

mode HS on
A moins qu'on tombe dans un scénario pessimiste de disparition rapide de l'humanité, il y aura forcement un jours ou l'humanité se développera suffisamment pour avoir besoin de coloniser d'autres planètes. Même si je préférerais Venus, il y aura tôt ou tard une colonie sur Mars et tôt ou tard il y aura une station de ravitaillement pour les transits vers la terre, les autres planètes et les lunes de mars. 
je ne parle pas de 50 ou 100 ans comme Elon Musk même si je l’espéré . Mais même si une catastrophe réduit la population humaine ou qu'on passe par des phases de stagnation , dans 1 000 , 10 000 , 100 000 ans on sera sur Mars (et Venus). La seul autre solution c'est la disparition de l’humanité. 
mode HS off

phenix a écrit:mode HS on
A moins qu'on tombe dans un scénario pessimiste de disparition rapide de l'humanité, il y aura forcement un jours ou l'humanité se développera suffisamment pour avoir besoin de coloniser d'autres planètes. Même si je préférerais Venus, il y aura tôt ou tard une colonie sur Mars et tôt ou tard il y aura une station de ravitaillement pour les transits vers la terre, les autres planètes et les lunes de mars. 
je ne parle pas de 50 ou 100 ans comme Elon Musk même si je l’espéré . Mais même si une catastrophe réduit la population humaine ou qu'on passe par des phases de stagnation , dans 1 000 , 10 000 , 100 000 ans on sera sur Mars (et Venus). La seul autre solution c'est la disparition de l’humanité. 
mode HS off

Je ne conteste en rien le caractère hautement probable de ces futures colonisations à trés long terme. De là à dire "forcément", avec son acception plus ou moins définitive, il y a une nuance, que ma prudence légendaire m'incite à considérer 

non mais dans 1000 ans, si l’humanité est pas sur Venus, je me réincarne et je met des coups de pied au... de toute ma descendance. et ça c’est pas conditionnel :x

pour en revenir au sujet. un avantage d'une station de ravitaillement en orbite circumlunaire c'est qu'on peut y envoyer le carburant sous forme d'eau liquide (=économie de place, moins de gestion de pression, moins de problème de température=réservoir plus léger) qui serait électrolysé et cryogénisé dans la station grâce a l’énergie des (grands) panneaux solaires. Par contre, si on veut du méthane,  il faudra surement emporté en plus du graphite a combiné a l’hydrogène.

phenix a écrit:La seul autre solution c'est la disparition de l’humanité. 

Mouais. Je ne vois pas trop en quoi la colonisation d'une planète qui perd son atmosphère sauverait l'humanité de quoi que ce soit, quelle que soit l'époque à laquelle on se place.

nikolai39 a écrit:

phenix a écrit:La seul autre solution c'est la disparition de l’humanité. 

Mouais. Je ne vois pas trop en quoi la colonisation d'une planète qui perd son atmosphère sauverait l'humanité de quoi que ce soit, quelle que soit l'époque à laquelle on se place.

Il faudrait plusieurs millions d'années (voir milliards) pour que Mars perde son atmosphère entièrement mais je suis d'accord avec phénix que si nous ne colonisons pas une autre planète l'humanité a des chances de disparaître. Le nombre de cataclysmes pouvant causer notre extinction est incalculable.

Gabriel_ a écrit:mais je suis d'accord avec phénix que si nous ne colonisons pas une autre planète l'humanité a des chances de disparaître.

Moi aussi. Mais de là à dire que Mars, ou que n'importe quelle autre planète du système solaire, nous apporterait une chance de survie supplémentaire, c'est autre chose.

Comme dit dans le sujet http://www.forum-conquete-spatiale.fr/t16680p50-comment-s-installer-durablement-sur-la-lune#393360 on pourrait apporter dans un premier temps depuis la Terre que le L H2  et né produire sur place que le LOx à partir du CO2 de l' atmosphère martienne : cela éviterait les difficultés de l'extraction de l'eau martienne...même si à plus long terme il faudra utiliser ce H2O martien pour une installation durable.
En tout cas les pertes se réduisent en pourcentage pour ce transport  plus la masse transportée augmente puisque la déperdition est proportionnelle au rapport de la surface du réservoir à son volume donc inversement proportionnelle à ses dimensions.

Je ressuscite un peu ce sujet pour partager une réflexion matinal (enfin d'hier matin)

la question est : comment approvisionner un station de ravitaillement depuis la terre? On parle donc d'un station en LOE , orbite lunaire ou en orbite autour d'une autre planète. Un alimentation depuis la Terre car on serait avant l'installation d'une ISRU massive, mais la question se pose pour tout les transports d'ergol.

Le but est de limiter , la masse , le volume et la complexité du transport. Tant que la propulsion électrique n'aura pas fait de progrès, elle n'est pas assez puissante pour propulser de gros vaisseau rapidement. donc on est obligé de se rabattre sur le chimique, et le plus efficace , c'est hydrolox.

hors l’hydrogène nécessite d’être cryogénisé et est volumineux, donc peu pratique a transporté sous la coiffe d'un lanceur ou pendant un vol longue durée. La question se pose aussi (mais de façon point importante) pour le methalox sachant qu'il faut de tout façon plus d'ergol vu sa plus faible ISP.

ATTENTION : ci-dessous un ingé meca vas faire de la chimie, donc molécule sensible s’abstenir

Ce qui serait bien, c'est donc de pouvoir avoir des ressources facilement transportable qui puisse ensuite être transformé en ergol. La solution qui saute aux yeux, c'est l'eau. c'est liquide sans cryogenie, c'est dense et sa contient de l’oxygène et de l’hydrogène. le hic, c'est que dans un moteur hydrolox (le vinci pour les calculs) on introduit volontairement un excès d’hydrogène pour augmenté l'ISP.

Donc pour produire 1kg d'ergol, il faut 959,5g d'eau pour transporter tout l’oxygène, mais il manque 40,4g d’hydrogène . donc a quoi l’attacher pour le transporter? prenons le tableau de mandél?? périodique


1: hydrure d’hydrogène :scratch:: bref c'est du H2. On a aucune masse supplémentairement (en terme de ressource pas de réservoir) car on transporte que des composent d'ergol.  on a moins d’hydrogène a transporter mais ça prend quand même de la place et faut le cryogéniser. donc on simplifie le problème mais on le règle pas.
1kg hydrolox= 959,5g H20 +40,4g H2 = 1000kg et 1,57l

2: hydrure d'helium : ça n'existe pas , l'helium est un gaz noble , hors de question qu'il se mélange a de l’hydrogène de prolo.

3: hydrure de lithium : plutôt pas mal, c'est un cristal (donc solide , plutôt cool niveau transport) qui associe un atome d’hydrogène a un de lithium. on vas devoir jeter le lithium , c'est dommage, mais c'est un atome plutôt légé, dommage qu'il ne transport qu'un atome d’hydrogène
 1kg hydrolox= 959,5g H20 +323,5g LiH = 1,283kg et 1,38l

4: dihydrure de berylium : ça ressemble a un sorte de polymère (de se que je sais de polymère)donc solide donc cool. un atome de berylium( qu'on jete) est associer a  deux atomes d'hydro se qui en fait un transporteur plus efficace que le LiH. mais bon j'ai l'impression que le berylium est plutôt dure a trouver (même si on l'utilise sur les bouclier thermique).
1kg hydrolox= 959,5g H20 +222,4g LiH = 1,182kg et 1,3l

5: tihydrure de bore :???::du borane (rien a voir avec bourane ou morane) c'est un atome de bore avec trois d'hyro, donc plutôt cool niveau rapport masse perdu (bore) masse utile (hydrogène).mais wikipedia dit "C'est un gaz incolore impossible à concentrer sous ça forme pure" je suis pas chimiste mais sa pu, une traduction? par se que la j'ai l'impression que c'est de pas liquéfiable donc galéré a transporter.
1kg hydrolox= 959,5g H20 +188,7g borane = 1,148kg et ?????l



6: quardihydrure de carbone  :eeks::on le connais lui c'est le méthane. avec un atome de carbone pour 4 d’hydrogène , le rapporte masse perdu par masse utile est excellent . mais c'est aussi un cryo, donc on simplifie encore le problème sans le résoudre. 
1kg hydrolox= 959,5g H20 +182g CH4 = 1,142kg et 1,39l


7:trihydrure d'azote  :suspect:: c'est de l'amoniac, ça pu mais c'est plutôt pas mal, le top c'est qu'on peut soit le cryogénise a -33°c (pas trop méchant) soit le mélange a l'eau (il est très soluble : 540g/l) 
1kg hydrolox= 959,5g H20 +229g NH3 = 1,189kg et 1l? (faut que je révise la solubilité)


8: dihrydure d'oxygene :shock:: c'est de l'eau, ça veut dire jeter un atome d’oxygène pour seulement deux d’hydrogène, donc bauf
1kg hydrolox= 1323,5g h20    1,32l

9: ethanol  : solution un peu différente est d'utilisé de l’éthanol. ça veut dire jeter 2 atomes de carbone pour 4 d'hydro, mais on gagne un d’oxygène se qui permet d’économiser une peu d'eau.
1kg hydrolox=777g H2O + 465g ethanol= 1242g et 1,37L

donc un liquide compose d'eau et de 43% d'etanol, mais les russe l'on déjà inventé :scratch:
NASDROVIA :cheers: :cheers:


mention légal: l'abus de précurseur d'ergol est dangereux pour la santé

Pour le complément d'hydrogène, la dissociation thermique de l'ammoniac me semble la méthode la plus éprouvée même si des recherches ont lieu actuellement sur celle du méthane.
En effet cette dernière conduit à du carbone solide comme résidu plus difficile à éliminer
https://www.rtflash.fr/produire-l-hydrogene-partir-methane-sans-emettre-co2/article
https://www.agoravox.fr/actualites/technologies/article/de-l-hydrogene-presque-gratuit-a-185700
 que le diazote gazeux de la dissociation de celle de l'ammoniac 
https://www.crystec.com/kllhyamf.htm
(La séparation du diazote et du dihydrogène peut se faire par tamis moléculaire et/ou distillation fractionnée)

phenix a écrit:
1: hydrure d’hydrogène :scratch:: bref c'est du H2. On a aucune masse supplémentairement (en terme de ressource pas de réservoir) car on transporte que des composent d'ergol.  on a moins d’hydrogène a transporter mais ça prend quand même de la place et faut le cryogéniser. donc on simplifie le problème mais on le règle pas.
1kg hydrolox= 959,5g H20 +40,4g H2 = 1000kg et 1,57l

2: hydrure d'helium : ça n'existe pas , l'helium est un gaz noble , hors de question qu'il se mélange a de l’hydrogène de prolo.

3: hydrure de lithium : plutôt pas mal, c'est un cristal (donc solide , plutôt cool niveau transport) qui associe un atome d’hydrogène a un de lithium. on vas devoir jeter le lithium , c'est dommage, mais c'est un atome plutôt légé, dommage qu'il ne transport qu'un atome d’hydrogène
 1kg hydrolox= 959,5g H20 +323,5g LiH = 1,283kg et 1,38l

4: dihydrure de berylium : ça ressemble a un sorte de polymère (de se que je sais de polymère)donc solide donc cool. un atome de berylium( qu'on jete) est associer a  deux atomes d'hydro se qui en fait un transporteur plus efficace que le LiH. mais bon j'ai l'impression que le berylium est plutôt dure a trouver (même si on l'utilise sur les bouclier thermique).
1kg hydrolox= 959,5g H20 +222,4g LiH = 1,182kg et 1,3l

5: tihydrure de bore :???::du borane (rien a voir avec bourane ou morane) c'est un atome de bore avec trois d'hyro, donc plutôt cool niveau rapport masse perdu (bore) masse utile (hydrogène).mais wikipedia dit "C'est un gaz incolore impossible à concentrer sous ça forme pure" je suis pas chimiste mais sa pu, une traduction? par se que la j'ai l'impression que c'est de pas liquéfiable donc galéré a transporter.
1kg hydrolox= 959,5g H20 +188,7g borane = 1,148kg et ?????l

6: quardihydrure de carbone  :eeks::on le connais lui c'est le méthane. avec un atome de carbone pour 4 d’hydrogène , le rapporte masse perdu par masse utile est excellent . mais c'est aussi un cryo, donc on simplifie encore le problème sans le résoudre. 
1kg hydrolox= 959,5g H20 +182g CH4 = 1,142kg et 1,39l

7:trihydrure d'azote  :suspect:: c'est de l'amoniac, ça pu mais c'est plutôt pas mal, le top c'est qu'on peut soit le cryogénise a -33°c (pas trop méchant) soit le mélange a l'eau (il est très soluble : 540g/l) 
1kg hydrolox= 959,5g H20 +229g NH3 = 1,189kg et 1l? (faut que je révise la solubilité)

8: dihrydure d'oxygene :shock:: c'est de l'eau, ça veut dire jeter un atome d’oxygène pour seulement deux d’hydrogène, donc bauf
1kg hydrolox= 1323,5g h20    1,32l

9: ethanol  : solution un peu différente est d'utilisé de l’éthanol. ça veut dire jeter 2 atomes de carbone pour 4 d'hydro, mais on gagne un d’oxygène se qui permet d’économiser une peu d'eau.
1kg hydrolox=777g H2O + 465g ethanol= 1242g et 1,37L

donc un liquide compose d'eau et de 43% d'etanol, mais les russe l'on déjà inventé :scratch:

mention légal: l'abus de précurseur d'ergol est dangereux pour la santé

Le terme hydrure ne peut être utilisé que pour un atome d'hydrogène au degré d'oxydation -1, donc uniquement quand il est associé avec un atome d'électronégativité plus faible.

Les noms "hydrure d'hydrogène" (les deux hydrogène sont au même degré d'oxydation 0), "quardihydrure de carbone", "trihydrure d'azote" et "dihydrure d'oxygène" (dans ces trois cas l'hydrogène est au degré d'oxydation +1) sont donc totalement fantaisistes et incorrects...

Oups , merci pour l'info,  vu qu'en tapent hydrure de .... (lithium, berylium, bore) je tombé plus ou moins directement sur la molécule que je cherche , je pensait c’était une règle général. bon, je suis pas chimiste et les cours de chimie by Wikipedia a des limites.

intéressent les liens sur la pyrolyse (bon terme?) de l’ammoniac mais a 900°c c 'est chaud . il y a pas moyenne de faire de l’électrolyse de l'ammoniac ?

phenix a écrit:Oups , merci pour l'info,  vu qu'en tapent hydrure de .... (lithium, berylium, bore) je tombé plus ou moins directement sur la molécule que je cherche , je pensait c’était une règle général. bon, je suis pas chimiste et les cours de chimie by Wikipedia a des limites.

intéressent les liens sur la pyrolyse (bon terme?) de l’ammoniac mais a 900°c c 'est chaud . il y a pas moyenne de faire de l’électrolyse de l'ammoniac ?

Effectivement l’atome d’hydrogène H^. qui ne possède qu’un électron peut , soit le perdre en se transformant en proton H⁺, soit en gagner un pour se transformer en ion hydrure H^- dont la structure électronique stable est équivalente alors à l’hélium ,ou mettre en commun son électron avec celui d’un autre atome pour établir une liaison de covalence. Les hydrures ne se forment qu’en présence d’éléments très électropositifs comme les alcalins.

Malheureusement l’électrolyse de l’ammoniaque, qui est une solution aqueuse d’ammoniac conduit à l’electrolyse de l’eau .
Il existe bien une chimie dans le liquide ammoniac pur à basse température en dessous de - 30 °C avec les alcalins et des composés de chimie organique,mais je n’ai pas connaissance d’électrolyse qui permettrait d’obtenir du dihydrogène sans apport d’eau.

phenix a écrit:Oups , merci pour l'info,  vu qu'en tapent hydrure de .... (lithium, berylium, bore) je tombé plus ou moins directement sur la molécule que je cherche , je pensait c’était une règle général. bon, je suis pas chimiste et les cours de chimie by Wikipedia a des limites.

L'hydrogène ayant une électronégativité de 2,2, supérieure à celles du lihtium (0,98), du béryllium (1,57) et du bore (2,04), il peut en effet former des hydrures avec ces éléments.

Il peut aussi en former avec les plus légers des métaux.

@phenix: pour répondre à ta question sur la possibilité d’électrolyse de l’ammoniac liquide, donc anhydre ( à ne pas confondre avec l’ammoniaque,solution aqueuse ), effectivement c’est possible et cela me semble prometteur 
Cela peut se faire avec comme électrolyte de l’amidure de potassium ou de sodium qui seront recyclés et donc non consommés 
Voit ce Pdf
Autre publication :
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ee/c5ee01840d#!divAbstract

merci, c'est trop froid pour l'application vénusien que j'imaginé , mais c'est parfait pour un ravitaillement de station orbital qui de tout façon auront de quoi cryogénisée les ergols, donc -30°C c'est limite chaud.

De plus en ravitaillant la station avec de l'eau et de l'ammoniac , on a notre hydrolox, mais on obtiens aussi de l'azote . il peut servir a compensé les pertes si la station est pressurisé, mais aussi sous forme compresser dans un système RCS a gaz froid. Un remorqueur qui viendrait se ravitailler pourrait récupéré sont ergols de propulsion mais aussi de l'azote pour c'est prochain amarrage , mais aussi pour faire une brève poussé afin de plaqué les ergols au fond des réservoirs avant l'allumage du moteur hydrolox.

pour finir, dans le cas d'une station en orbite basse autour d'une planète ayant un atmosphère, ou sur une orbite instable (HALO) il est possible d'utilisé les restes d'azote pour rehaussé ou corrigé (au moins partiellement) l'orbite de la station et ainsi diminuer les besoin de ravitaillement de cette dernier pour sa propre consommation .

bon il faudrait que je dimension un peu tout ça. quelqu'un a l'ISP d'un propulseur a gaz froid (pour une pression standard)?

phenix a écrit:merci, c'est trop froid pour l'application vénusien que j'imaginé , mais c'est parfait pour un ravitaillement de station orbital qui de tout façon auront de quoi cryogénisée les ergols, donc -30°C c'est limite chaud.

Plus exactement, sous une atmosphère terrestre , dite Pression Normale, la température d’ ébullition est de - 33°C -ce qui n’est pas si froid que ça pour des procédés industriels avec une bonne isolation thermique .
Mais , bon , en pressurisant on peut maintenir l’ammoniac liquide à des températures plus élevées puisque le point critique est de 132,5°C pour 112,8 bar
Air Liquide