Sea Dragon ou le lanceur "maximal" 1962, que serait-il en 2020 ?

Bonjour, il fut un temps où les américains ont réfléchi au Maximal Battleship (cuirassé) pour leurs flottes de guerre, qu'en serait-il pour les fusées : y a-t-il une limite plus ou moins connue (ou envisagée) à la poussée d'un moteur au décollage selon la technologie actuelle ?

Le F1 a rencontré comme principale difficulté la stabilité de la combustion, les russes ont "réglé" le problème avec des chambres multiples. 
Mais au niveau mécanique, où serait la limite actuelle ?

Cette question me vient après la dernière scène de la série For All Mankind, qui montre le lanceur Sea Dragon, un monstre devant posséder un moteur de grosso modo 40 000 tonnes de poussée avec la technologie la plus simple possible.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Dragon_des_Mers


edit : modification du titre pour ouvrir un peu plus la réflexion.

Une vidéo qui commence par le projet Sea Dragon :

Oui ... il y a aussi celle-ci (en anglais, mais compréhensible) :
C'est la partie moteur qui m'a mis le pied à l'étrier pour ce sujet, on est vraiment dans une architecture ultra simple !

Effectivement cette vidéo est plus complète et malgré qu’elle soit en anglais assez facile à suivre avec le débit oral posé des commentaires ( ce qui n’est pas toujours le cas d’autres un peu trop excité qui n’ont pas compris que pour étendre leur public à des locuteurs non natifs de langue anglaise ou plutôt de son avatar américain, il faut réduire son débit et éviter le slang ). De plus les sous-titres permettent de reprendre le fil si on a un peu décroché.

Bon pour parler du fond, c’est aussi très intéressant...À se demander d’ailleurs si ce projet ne pourrait revoir le jour au XXII siècle quand Elon Musk aura colonisé Mars !   
...car on aura besoin d’installer des usines clé en main !  ;)

Giwa a écrit:
Bon pour parler du fond, c’est aussi très intéressant...À se demander d’ailleurs si ce projet ne pourrait revoir le jour au XXII siècle quand Elon Musk aura colonisé Mars !   
...car on aura besoin d’installer des usines clé en main !  ;)

Deux étages, dont le premier ré-utilisable, 550t de charge utile, ni réel pas de lancement ni grosses infrastructures liées au transport ... sur le papier c'est beau.
Mais 40 000 t de poussée, c'est dans l'ordre du possible ?

Actuellement qu'est ce qui limite mécaniquement la taille des moteurs (je mets de côté les besoins et les finances) ? C'est toute ma question ! :)

narount a écrit:

Giwa a écrit:
Bon pour parler du fond, c’est aussi très intéressant...À se demander d’ailleurs si ce projet ne pourrait revoir le jour au XXII siècle quand Elon Musk aura colonisé Mars !   
...car on aura besoin d’installer des usines clé en main !  ;)

Deux étages, dont le premier ré-utilisable, 550t de charge utile, ni réel pas de lancement ni grosses infrastructures liées au transport ... sur le papier c'est beau.
Mais 40 000 t de poussée, c'est dans l'ordre du possible ?

Actuellement qu'est ce qui limite mécaniquement la taille des moteurs (je mets de côté les besoins et les finances) ? C'est toute ma question ! :)

Dans ton premier message, tu évoquais le manque de stabilité de combustion des moteurs-fusées géants.
Ce qui peut être dû aux difficultés de répartition uniforme des ergols et de problèmes de résonance.

Ce qui manque, c'est effectivement des moteurs, à moins qu'on invente une nouvelle technologie permettant un bond technologique dans ce domaine, je ne vois pas comment on pourrait passer à l'étape supérieure.

Bon revenons au fondamentaux :
Sur un moteur anaérobie il y a deux grandeur qui importe.  
Le débit massique de gaz éjecter qui est directement le débit d ergol injecter.
La vitesse d éjection qui dépend de la géométrie de la tuyere (ratio entre la surface du col et la surface de sorti) et de la pression dans la chambre.  La pression elle dépend de la température qui dépend de l énergie apporte par la combustion qui dépend de la proposition de carburant brûler.  
La ou on galère c est que pour un moteur plus puissant on a tendance à augmenter la pression donc la température,  donc on cherche une combustion parfait donc une injection totalement homogène. Si on reste dans des pressions acceptable,  on diminue la contrainte et on a plus de limite de taille théorique, mais au prix d une plus grosse consommation par unité de pousser.

Jusqu’à maintenant le moteur maximal actuel est le F-1
Sa poussée est de 690 tonnes. Certes le RD-171 le dépasse avec une poussée de 790 tonnes.mais ce dernier est à quatre chambres de combustion.

Giwa a écrit:Jusqu’à maintenant le moteur maximal actuel est le F-1
Sa poussée est de 690 tonnes. Certes le RD-171 le dépasse avec une poussée de 790 tonnes.mais ce dernier est à quatre chambres de combustion.

Et c'est un maximal réel, pas un maximal théorique (désolé, j'en reviens à mon interrogation première et au cas particulier du Sea Dragon ... et au delà des problèmes d'instabilité de combustion).

Oui, je suis convaincu comme Giwa le rappelle que le plus puissant mono chambre à carburant liquide est le F1 de la Saturn V. Le plus puissant toujours à carburant liquide reste encore le RD-171 mais le bloc pompes débite dans quatre chambres.  :ven:  
Pour les moteurs à carburant solide, je n'en sais rien.  :scratch:

Le problème est donc de construire un moteur supérieur au F1 pour un coût minimal.

narount a écrit:

Giwa a écrit:Jusqu’à maintenant le moteur maximal actuel est le F-1
Sa poussée est de 690 tonnes. Certes le RD-171 le dépasse avec une poussée de 790 tonnes.mais ce dernier est à quatre chambres de combustion.

Et c'est un maximal réel, pas un maximal théorique (désolé, j'en reviens à mon interrogation première et au cas particulier du Sea Dragon ... et au delà des problèmes d'instabilité de combustion).

Je suis bien d’accord avec vous...mais le problème, c’est que ce maximal théorique n’est pas encore trouvé.
D’ailleurs les théories sur les instabilités dans les moteurs-fusées, c’est du costaud.
Voilà une ‘ petite’ thèse à ce  propos:
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00283229/document

Bien que ce ne soit pas tout à fait dans sujet, il est intéressant de se demander comment le projet Sea Dragon pourrait être remanier en tenant compte de l'expérience de SpaceX .
Il serait préférable pour le retour final d'utiliser , plutôt que des parachutes-, la rétropropulsion et en arrêtant en vol stationnaire à quelques mètres de la surface de l'océan , la fusée, avant de la laisser plonger sans propulsion dans l'océan.
L'utilisation de la rétropropulsion impliquerait de remplacer le moteur-fusée géant par une batterie de plusieurs moteurs plus petits dont un seul (voire trois si ces moteurs ne sont pas orientables) serait utilisé au retour.  On pourrait malgré tout conserver le principe de la forte pressurisation des réservoirs comme moyen d'alimentation de ces  moteurs-fusées à la place de pompes :  la modulation se faisant par l'ouverture graduelle des vannes.

Giwa a écrit:Bien que ce ne soit pas tout à fait dans sujet, il est intéressant de se demander comment le projet Sea Dragon pourrait être remanier en tenant compte de l'expérience de SpaceX .

Je peux modifier le titre façon "A quoi ressemblerait un Sea Dragon  en 2020 ?"
On resterait dans l'idée du lanceur "maximal" et on ne se limiterait pas à la simple propulsion.

Bonnes fètes à tous
Je vois quand meme un problème majeur sur ce projet de fusée aquatique. Pour le lancement on peux bien sur protéger les moteurs ou le moteur de l eau de mer par des opercules, des caches ou autres systèmes mais comment faire au retour?
Le ou les moteurs surchauffés trempés brutalement dans l eau salée  j ai du mal a croire a une réutilisation sans gros travaux de maintenance.
d autre part compter uniquement sur la pressurisation des réservoirs implique que la pression dans ceux ci soit supérieure à la pression dans la chambre de combustion soit pas bien loin d une centaine de bars ce qui demande des réservoirs blindés extrêmement lourds
Le projet est tentant mais la réalisation bien cornue

hector 45 a écrit:mais comment faire au retour?
Le ou les moteurs surchauffés trempés brutalement dans l eau salée  j ai du mal a croire a une réutilisation sans gros travaux de maintenance.

C'était une époque où les américains envisageaient même la récupération entière du premier étage d'une Saturn V (les moteurs étaient tête en haut)
J'imagine que l'expérience des boosters de la Navette les ont refroidis.

narount a écrit:

Giwa a écrit:Bien que ce ne soit pas tout à fait dans sujet, il est intéressant de se demander comment le projet Sea Dragon pourrait être remanier en tenant compte de l'expérience de SpaceX .

Je peux modifier le titre façon "A quoi ressemblerait un Sea Dragon  en 2020 ?"
On resterait dans l'idée du lanceur "maximal" et on ne se limiterait pas à la simple propulsion.

hector 45 a écrit:Bonnes fètes à tous
Je vois quand meme un problème majeur sur ce projet de fusée aquatique. Pour le lancement on peux bien sur protéger les moteurs ou le moteur de l eau de mer par des opercules, des caches ou autres systèmes mais comment faire au retour?
Le ou les moteurs surchauffés trempés brutalement dans l eau salée  j ai du mal a croire a une réutilisation sans gros travaux de maintenance.
d autre part compter uniquement sur la pressurisation des réservoirs implique que la pression dans ceux ci soit supérieure à la pression dans la chambre de combustion soit pas bien loin d une centaine de bars ce qui demande des réservoirs blindés extrêmement lourds
Le projet est tentant mais la réalisation bien cornue

Effectivement les problèmes soulevés par hector 45 sont de taille et demanderait une révision très importante de ce concept de Sea Dragon...
et le changement de titre de narount nous permettra d'en discuter en 2020 !
Bonnes fêtes aussi à tous !

Pour reprendre ce sujet, comment pourrait-on envisager un Sea Dragon maintenant en gardant le concept d'une fusée géante submersible lancée depuis la mer et réutilisable ?
L'expérience de la Falcon Heavy montre qu'il est possible de maîtriser un lanceur comportant jusqu'à 27 moteurs-fusées . Donc on doit pouvoir abandonner le moteur-fusée unique géant pour plusieurs - tout de même de taille importante, mais dont les instabilités de combustion resteraient maîtrisables
De même l'alimentation en propergols par haute  pressurisation des réservoirs conduirait à des enveloppes trop lourdes et mieux vaut en revenir à un système à turbines.
Pour éviter la corrosion par l’eau de mer, le lanceur pourrait être partiellement immergé lors du remplissage des réservoirs cryogéniques jusqu'au décollage dans un silo placé au milieu d'une barge et remplis d'eau déminéralisée avec addition d'un antigel organique (éthylène glycol) pour éviter la formation de glace .
Le retour s’effectuerait à sec (le poids du lanceur  presque vide étant bien plus réduit) sur cette même barge sur une plate-forme mobile au dessus du silo.

Y a plus simple: tirer depuis un lac, mais il faut avoir besoin d'un tel lanceur !
Je ne vois pas beaucoup d'utilité à un tel monstre sinon peut-être comme ravitailleur pour des vaisseaux plus petits qui feraient le plein en une seule fois!

On ne va pas mettre de l'antigel dans un lac  car les poissons  ... et aussi les écologistes n'aiment pas çà ... et là çà se comprend !
De plus un lac ,on n ne peut le déplacer comme une barge pour la réception au retour !

Sinon la question principale  , c'est bien d'en trouver  l'utilité !

Giwa a écrit:
Pour éviter la corrosion par l’eau de mer, le lanceur pourrait être partiellement immergé lors du remplissage des réservoirs cryogéniques jusqu'au décollage dans un silo placé au milieu d'une barge et remplis d'eau déminéralisée avec addition d'un antigel organique (éthylène glycol) pour éviter la formation de glace .
Le retour s’effectuerait à sec (le poids du lanceur  presque vide étant bien plus réduit) sur cette même barge sur une plate-forme mobile au dessus du silo.

Mais y gagnerait-on beaucoup avec cette barge forcément gigantesque ?
Le but du tir directement depuis l'eau étant de limiter les infrastructures nécessaires au transport et au lancement. Là il faudrait déjà construire la barge et réussir à placer le lanceur dans ce silo ...

Dans les chantiers navals, on est capable de construire des paquebots et des pétroliers gigantesques. On doit pouvoir y construire aussi des barges géantes , ainsi que cette fusée géante à vide  directement dans son silo en position verticale ... comme SpaceX l'essaye pour ses  Starships.

D'accord cela correspondrait à plus de constructions et d'infrastructures que dans le projet initial du Sea Dragon, mais il s'agit d'arriver à un système réutilisable de nombreuses fois  pour pouvoir amortir les investissements qui seraient de toute manière assez colossaux.

Mais comme déjà dit un tel projet ne pourrait être viable qu'après, que des implantations permanentes sur la Lune et sur Mars soient déjà faites , donc au delà du XXI siècle, par exemple pour l'envoi de matériels lourds industriels.

Il n'y a sans doute pas de limite théorique précise à la poussée : il suffit de multiplier les chambres de combustion et/ou les moteurs. Mais par contre il y a un plafond financier. Le rapport cout/poussée évolue de manière exponentielle.

Par contre, il doit y avoir une limite à la densité de poussée, en N/m², et donc à la hauteur d'un lanceur.