ISRU martienne (CH4-LOx) à partir des composants atmosphériques

J'ouvre ce sujet technique pour étudier les procédures nécessaires pour alimenter le Starship sur le sol martien qui n'utiliserait que les ingrédients présents dans l'atmosphère martienne (discussion commencée sur le Fil du site de Boca Chica).*

Le principal intérêt de ces techniques, c'est que l'atmosphère est présente sur tous les points de la planète. Ce serait donc une ISRU universelle à utiliser sur la planète rouge.

Je remets ici les compositions (en moyenne) de l'atmosphère martienne :



* AMHA, le projet de faire une simulation (approchée ?) avec (au moins en partie) les ingrédients présents dans l'atmosphère terrestre dans une installation implantée à Boca Chica peut rester dans le Fil initial (?).

Il est intéressant de comparer aussi les pressions partielles en dioxyde de carbone .

Pour Mars, 570 Pa en moyenne pour 35 Pa sur la Terre.

Donc si on arrive à synthétiser le méthane sur Terre à partir de son atmosphère, on doit pouvoir le faire sur Mars avec une pression partielle en dioxyde de carbone 16 fois plus forte.

Important de souligner aussi que malgré la faible pression martienne, sa pression partielle en dioxyde de carbone est 16 fois plus élevée que sur Terre, ce qui facilitera son exploitation.
https://astronautique.actifforum.com/t18655p100-site-de-lancement-de-boca-chica-au-texas

Il faudrait ajouter ici le message d'Eloi sur un autre thread où il calcule la surface de PV pour alimenter une station génératrice de CH4.
Avis aux modérateurs ! :cheers:

Eloi a écrit:Partons sur 2000 t de CH4 par lancement, et 1 lancement par semaine, soit ~300 t/j de CH4. Basons-nous sur le démonstrateur MINERVE à Nantes : 14 Nm3/j, soit ~9.5 kg/j de CH4 avec des électrolyseurs de 12 kWe ; cela donne ~1 kg-CH4/j/kWe. Il nous faudrait donc une puissance de 300 MWe, soit sur l'année une énergie de 2,7 TWh. Supposons du PV à 1200 Wh/Wc/an, il faudrait donc 2 GWc. Disons 50 Wc/m2, soit 500 kW/ha. Il faudrait une surface de 40e6 m2, soit 4000 ha, soit un carré de 6 km de côté. Une belle propriété, mais pas besoin d'envahir le Mexique.


Et là on suppose que le CO2 arrive tout prêt à l'emploi, par exemple capté et comprimé à la cheminée d'une centrale au charbon ou au gaz. Je suppose que s'il faut réaliser une distillation fractionnée de l'air pour récupérer les 400 ppm de CO2, ça risque de coûter bonbon.

(Calculs de coin de table non vérifiés :D )

https://www.forum-conquete-spatiale.fr/t18655p125-site-de-lancement-de-boca-chica-au-texas

Merci de ces précisions, mais il nous faut quoi au juste sur Mars ? Hydrogène, Oxygène plus Carbone ?

Alors attention, les calculs ci-dessus c'est pour la Terre : sur Mars, il faudrait doubler la surface de PV. Et la quantité de méthane à générer pour le même trafic serait considérablement plus faible (pas de Superheavy)

Si pour les essais sur la Terre, on peut envisager uniquement le solaire et l'éolien puisque en cas de difficulté temporaire, il y a toujours la ressource d'utiliser le réseau électrique, ce ne sera pas le cas sur Mars où des tempêtes de poussières peuvent réduire l’ensoleillement sur de longues durées . IL faut pouvoir assurer l'alimentation électrique pendant ces périodes et avoir dans ce cas recours à l'énergie nucléaire  comme par exemple ce Megapower

Petite songerie a propos d'un système ISRU dans la tempête. En fait ça pourrait être un avantage, imaginez un avant poste martien avec a coté de lui un MAV en train de faire le plein. En cas de tempête les panneaux solaires sont HS (RIP oppy  :( ) donc plus d'ISRU mais plus de courant plus non pour la base, le support vie, les communications, bref les astronautes sont morts (RIP Matt Damon 8-) ).  Mais si on prévoit un système d'ISRU réversible, on peut pomper dans les réserves du MAV pour produire le courant nécessaire a la survie de la base le temps de la tempête.
Bon le problème c'est que cela compromet le retour sur Terre, il y a donc plusieurs solutions:

1: des réservoirs dédiés, calculés pour tenir le temps de la tempête, (calcul a la louche ~31t/mois pour 6 personnes ayant la conso de l'ISS)
2: surdimensionner la production d'ergol afin que le plein soit fini avant la Te=Td-Dt-Dp   (Td=date de départ prévue, Dt= durée maximale d'une tempête, Dp durée nécessaire pour produite autant d'ergol que consommé par une tempête de durée Dt). Ainsi, si la tempête intervient avant Te, on aura le temps de finir le plein après la tempête pour être a l'heure pour le départ. Par contre si la tempête se lève après Te, l’équipage monte dans le MAV (qui est donc déjà plein)  qui se met en orbite et rejoint l’éventuel vaisseau de transfert Terre-Mars qui patientera en orbite jusqu'au départ vers la Terre. ça leur fera plusieurs mois de plus dans une cabine exiguë a bouffer des radiations, mais au moins ne suffoqueront et gèleront pas dans une base sans électricité. 

les deux scénarios nécessitent que la production d’ergols commence avant l'arrivé des astronautes pour avoir une marge au cas ou ils soient accueillis par une tempête dès leur arrivée. 

Pour une colonie (donc première proposition, hors de question de tout abandonner dès le premier coup de vent) il serait bien plus facile de faire grossir les réservoirs proportionnellement a la colonie plutôt que d'importer des générateurs nucléaires a chaque extension. au lieu des réservoirs on pourrait même stocker le méthane et l’oxygène (plus compliqué car risque de réagir avec la roche) dans des couches géologiques comme cela se fait naturellement avec le gaz naturel et comme il est envisagé de le faire avec le CO2.

@phenix : Effectivement c'est à envisager ! Mais pour les premiers temps , sans connaissance approfondie de la géologie de Mars , il serait préférable de s'en tenir à des réservoirs cryogéniques. En effet l'énergie nécessaire pour maintenir liquide le méthane et le dioxygène serait faible. De nuit, on se rapproche de leurs  températures de liquéfaction et on peut encore accentuer ce refroidissement passif au moyen de radiateurs dirigés vers le ciel nocturne. De jour une bonne isolation thermique favorisée par la faible pression atmosphérique martienne avec des pare-soleils devraient réduire de beaucoup le réchauffement solaire.

"ouai" cela repose l'éternel dilemme : qui était la en premier : La poule ou l’œuf ? Pour Mars, comme je le dis toujours, il faudra partir de la Terre avec sa gourde pleine d'eau et de tous les fluides nécessaires pour survivre de façon "confortable" pendant le trajet aller, séjour Martien en attendant la fenêtre de retour ad hoc et pendant le temps de retour. Après on verra à voir, si la présence humaine le justifie, d'imaginer des processus pour exploiter et extraire de l'existant sur Mars pour les convertir en ressources pour les humains.

Astro-notes a écrit:"ouai" cela repose l'éternel dilemme : qui était la en premier : La poule ou l’œuf ? Pour Mars, comme je le dis toujours, il faudra partir de la Terre avec sa gourde pleine d'eau et de tous les fluides nécessaires pour survivre de façon "confortable" pendant le trajet aller, séjour Martien en attendant la fenêtre de retour ad hoc et pendant le temps de retour. Après on verra à voir, si la présence humaine le justifie, d'imaginer des processus pour exploiter et extraire de l'existant sur Mars pour les convertir en ressources pour les humains.

Sauf que pour le patron de SpaceX c'est pas une mission "Apollo" mais un véritable débarquement en vue d'une colonisation donc dès le premier jour il faut autant que possible être autonome et donc fabriquer, extraire et faire pousser tout ce que l'on peut.
Ceci étant posé, c'est sûr que il faut un viatique minimal pour commencer !

P.S : D'ailleurs une mission type Apollo n'aurait jamais lieu AMHA, c'est trop loin, trop cher et trop risqué !!!!
Si une mission de découverte est organisée ce sera pour au moins plusieurs semaines à la surface voir plusieurs années !

Pour reprendre l'idée de phenix d'utiliser partiellement les réserves de méthane et de dioxygène  en cas de tempête de poussière réduisant l’ensoleillement , des recherches sont en cours pour la Terre pour le stockage de l'énergie électrique  dans les périodes excédentaire et sa restitution dans les périodes déficitaires par le vecteur méthane. Des électrolyseurs réversibles sont en cours de mise au point  : voir C.E.S
Bien sûr sur la Terre, pas besoin de stocker aussi  le dioxygène... ;)