Alimentation nucléaire sur moteur plasma ou ionique ?

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Bonjour,

Selon vous, quels sont les principaux obstacles à la réalisation d'un moteur plasma ou ionique prévu pour être couplé à une puissante source d'énergie électrique, comme une micro centrale nucléaire ?

Sur le papier, ça semble pas mal comme concept ! J'ai vu ça dans un documentaire sur Arte : "Thomas Pesquet, Objectif Mars". Le type annonçait la terre -> mars en 39 jours, ça change la donne.
Zero
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@Zero a écrit:Bonjour,

Selon vous, quels sont les principaux obstacles à la réalisation d'un moteur plasma ou ionique prévu pour être couplé à une puissante source d'énergie électrique, comme une micro centrale nucléaire ?

Sur le papier, ça semble pas mal comme concept ! J'ai vu ça dans un documentaire sur Arte : "Thomas Pesquet, Objectif Mars". Le type annonçait la terre -> mars en 39 jours, ça change la donne.

Bonjour,

Les difficultés sont dans l'utilisation d'une source nucléaire : miniaturisation nécessaire du réacteur de fission afin de réduire sa masse ,  masse du système de conversion de la chaleur en énergie électrique, fiabilité des dispositifs mécaniques (vannes, barres de contrôle,  système de conversion, ...) sur le long terme, nécessité éventuelle d'une protection pour la charge utile (hommes ou instruments), hostilité du grand public lorsqu'il s'agit de placer en orbite des matériaux radioactifs. Des prototypes de réacteur ont été testés sur Terre et les soviétiques on meme lancé un mini réacteur pour générer de l'énergie électrique  (TopazTopaz).


Dernière édition par Pline le Sam 27 Juil 2019, 15:45, édité 1 fois (Raison : typo)

Pline

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Merci Topaz, les difficultés sont nombreuses en effet, ce n'est donc sans doute pas une solution envisageable à court ou moyen terme. Cela dit, une idée me vient à l'esprit. Si j'ai bien compris, une partie du moteur sert à chauffer d'abord ce qui sera ensuite éjecté ; ça tombe bien, puisqu'un mini-réacteur produit de la chaleur ! On pourrait éviter une double conversion chaleur -> électricité -> chaleur. Après, il faudra quand même une énorme puissance électrique pour la partie "éjection" du moteur, et donc un système de conversion chaleur -> électricité. Enfin bref. Rêveries... :)
Zero
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@Pline a écrit:
@Zero a écrit:Bonjour,

Selon vous, quels sont les principaux obstacles à la réalisation d'un moteur plasma ou ionique prévu pour être couplé à une puissante source d'énergie électrique, comme une micro centrale nucléaire ?

Sur le papier, ça semble pas mal comme concept ! J'ai vu ça dans un documentaire sur Arte : "Thomas Pesquet, Objectif Mars". Le type annonçait la terre -> mars en 39 jours, ça change la donne.

Bonjour,

Les difficultés sont dans l'utilisation d'une source nucléaire : miniaturisation nécessaire du réacteur de fusion afin de réduire sa masse ,  masse du système de conversion de la chaleur en énergie électrique, fiabilité des dispositifs mécaniques (vannes, barres de contrôle,  système de conversion, ...) sur le long terme, nécessité éventuelle d'une protection pour la charge utile (hommes ou instruments), hostilité du grand public lorsqu'il s'agit de placer en orbite des matériaux radioactifs. Des prototypes de réacteur ont été testés sur Terre et les soviétiques on meme lancé un mini réacteur pour générer de l'énergie électrique  (TopazTopaz).

réaction épidermique: on s'en fout, on parle de fusion , il y a très peu de déchet. Si le grand public pige rien a rien sur le nucléaire on a cas pas leur demandé le avis ET JE PARLE PAS QUE DU SPATIAL  :x .
phenix
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Réacteur nucléaire à fusion : un des plus grand rêves de l'humanité et pour le moment c'est tout juste un zéro pointé !
Enfin pas tout à fait le meilleur essais a été une production de juste ce qu'il a fallu pour la produire, mais le réacteur pése pas loin de 2000 tonnes et ce sans les protections !!!!

Bon les autres réacteurs vous connaissez, pour autant c'est pas sur que ce soit très simple à mettre sur orbite sans risque.

Anovel
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Bonsoir,

Si je ne m'écarte pas trop de l'idée, la défense américaine avait testé dans les années 50/60 le programme Pluton dans le cadre du programme SLAM.  Pluton visait à propulsé un missile à tête nucléaire à l'aide d'un statoréacteur alimenté par un réacteur nucléaire mais l'ensemble faisait la taille d'une locomotive et pesait près de 20 t sans le blindage.
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@Anovel a écrit:Réacteur nucléaire à fusion ... .

Coquille rectifiée dans mon message initial, il s'agissait de fission. La fusion il faudrait déjà que cela marche sur Terre et après, qu'on parvienne à un dispositif satellisable, et là, sur la base de nos connaissances actuelles, il faudra sans doute compter en siècle afin d'y arriver.

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@phenix a écrit:
réaction épidermique: on s'en fout, on parle de fusion , il y a très peu de déchet. Si le grand public pige rien a rien sur le nucléaire on a cas pas leur demandé le avis ET JE PARLE PAS QUE DU SPATIAL  :x .

Dans une dictature technocratique comme la Chine cela devrait marcher...

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Je pensais qu'on savait en faire des tout petits. Dans les sous-marins, ils mettent quoi par exemple ? Et puis on peut monter le bouzin en pièces détachées sur 3 ou 4 lancements, et une fois là-haut, hop, 4 écrous de 18, on est bons. Comment ça, moi ? Optimiste ? Bah.

En parlant de ça, on arrive à envoyer combien de tonnes en LEO actuellement ?
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@Zero a écrit:En parlant de ça, on arrive à envoyer combien de tonnes en LEO actuellement ?

Le mieux en ce moment c'est une FH : ~65 t.
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@Zero a écrit:Je pensais qu'on savait en faire des tout petits. Dans les sous-marins, ils mettent quoi par exemple ? Et puis on peut monter le bouzin en pièces détachées sur 3 ou 4 lancements, et une fois là-haut, hop, 4 écrous de 18, on est bons. Comment ça, moi ? Optimiste ? Bah.

En parlant de ça, on arrive à envoyer combien de tonnes en LEO actuellement ?


il y a générateur nucleaire et generateur nucleaire. 
aujourd'hui le plus simple c'est les générateur radioisotopique comme curiosity, casini ou new horizon. theroiquement il n'y a pas de limite de taille basse , donc on peut en faire de tout petit de quelque kg. il sont simple , fiable et non contrôlable.  Par contre il sont pas très puissant et elle diminue avec le temps se qui oblige a les surdimensionné pour qu'il soit efficace une dizaine d'année vers le fond du systeme solaire. 

il y a les réacteur a fission contrôle (comme les centrales electique ou les sous marin). Il sont bien plus puissant, on peut controlé , mais plus il est petit plus le poid/kW est important, donc un gros reacteur est plus intéressent qu'un petit. a ma connaissance le plus petit est le reacteur des rorsat (dont un est connu pour s’être écrase au canada). il utilisé de l'uranium de qualité militaire (donc une horreur d'un point de vu approvisionnement, autorisation et prix), il pesait une demi tonne pour seulement 3kw (moins que les 4 panneaux solaire de l'ATV) , sont principale intérêt était de ne pas avoir de panneau solaire (peu aérodynamique) sur des satellites qui volé très bas pour que le radar soit efficace.
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Je ne connaissais pas les générateurs radioisotopiques. A l'intuitiomètre, leur puissance est donc si faible, comparée à leur poids, que l'idée de les utiliser pour alimenter un moteur plasma / ionique n'est pas réaliste.
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la puissance du RTG (generateur radioisotopique) depent principalement de deux chose.

-la puissance massique de l’élément utilisé, et la il n'y a pas de magie. soit on a des éléments dégagent peu d’énergie pendant longtemps. soit on a des éléments qui dégage énormément d’énergie pendant quelque mois puis la puissance massique s'effondre et deviens inutilisable au de quelque années après leur production. car oui la désintégration isotopique est une réaction naturelle de l’élément et non une réaction contrôlé qu'on pourrais ralentir pour économise le combustible. de plus , sa veut dire que si on veut une grosse puissance pendant les premiers mois de la mission, il faudrait une puissance encore plus importante pendant les mois de préparation du RTG , sont installation sur la sonde, l'installation de sonde sur le lanceur et la préparation de ce dernier. il faudra donc trouver un moyen de d’évacuer la chaleur pendant toutes ces étapes (parfois en milieux confiner ) et surtout protéger les technicien qui orbiterons autour. 

- le moyen de conversion themoelectique (bon c'est valable pour tout système electonucleaire) . aujourd'hui on utilise des thermocouples , simple , leger, fiable mais qui convertie une dizaine (de memoire) de % de l’énergie thermique en énergie electique. sa fait longtemps qu'on parle de convertiseur stirling plus complexe mais pour l'instant jamais utilisé.

donc l'idée de couple un RTG ne donnerais pas un coup de boost formidable mais n'est pas non plus dénué de sens. aujourd’hui on les utilises surtout sur des sondes au delà de Jupiter où de tout facon les panneaux solaire sont inefficace. elle passe donc les 5 a 10 pemieres années de leur vie (celle ou le RTG est le plus efficace) en ibernation avant d'arrivé a destination, sa fait énormément d’énergie gâché. en utilisant cette énergie pour alimenté un moteur électique, on peu arrivé a destination plus tot (donc plus de temps et de puissance) , élargir les fenêtre de tir ou accroître la masse d'instrument scientifique.
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Dans la mesure ou la question portait sur une puissante source d'énergie, les RTG sont exclus. La sonde spatiale  Cassini qui en a fait le plus grand usage emportait 3 RTG qui fournissaient en début de vie en tout environ 870 Watts électriques  sur 13000 Watts thermiques (rendement environ 6%)  soit moins qu'un modeste panneau solaire . Efficace substitut aux panneaux solaires dans les régions éloignées du Soleil mais pas de quoi produire une poussée forte avec une propulsion ionique énergivore. Avec un moteur Sterling pour réaliser la conversion en électricité on fait un peu mieux sur le papier (rendement 13 à 14%) mais de là à produire les centaines de kW nécessaires ...  

Il y a eu au début des années 2000 un projet de sonde spatiale combinant réacteur nucléaire (fission) et moteurs ioniques. C'était JIMO  abandonné en 2003 pour des raisons notamment de faisabilité, de cout (16 milliards US $) soit environ 5 fois celui de la plus couteuse des sondes spatiales et à la suite de la réorientation des investissements de la NASA vers le programme habité.

Schéma  de JIMO. Déployé JIMO a 59 mètres de long pour 16 mètres de large. Masse totale 36 tonnes dont 12 tonnes de xénon (ergol) et 6 tonnes pour le réacteur nucléaire. Celui-ci fournit 104 kW électrique. Les radiateurs ont une surface 422 m² (comme dans nos centrales thermiques terrestres une bonne partie de la chaleur produite ne peut être convertie en électricité et doit être évacuée). La poussée est fournie par 8 moteurs ioniques qui ont une consommation unitaire max de 30 kW et une impulsion spécifique de 7000 secondes.

Alimentation nucléaire sur moteur plasma ou ionique ? JIMO_spacecraft_%28fr%29


Dernière édition par Pline le Mar 06 Aoû 2019, 16:15, édité 4 fois (Raison : Schéma)

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Wikipedia a écrit:Son impulsion spécifique était prévue à 6000 s.

Waouh.
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@Zero a écrit:
Wikipedia a écrit:Son impulsion spécifique était prévue à 6000 s.

Waouh.
Mais quelques centaines de grammes de poussée max

Pline

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Il me semble qu'on a déjà quelques sondes automatiques avec un petit réacteur au plutonium, donc, c'est à peu près ok au niveau technique. Il manque surtout le niveau volonté. :wall:
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@Pseudo a écrit:Il me semble qu'on a déjà quelques sondes automatiques avec un petit réacteur au plutonium, donc, c'est à peu près ok au niveau technique.

Les sondes en question ont de simples RTG, rien à voir avec un réacteur nucléaire embarqué.

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