Re: VASIMR - Le moteur plasmique

**Giwa** Donateur Messages : 12848 Inscrit le : 15/04/2006

lambda0 a écrit:
Astro-notes a écrit:
...
Eplucher un atome pour séparer nucléon et électron, guider les électrons, si je n'étais pas rationnel jusqu'au bout des doigts, je parlerais de miracle :)
Les champs magnétiques, c'est magique ;)

Giwa a écrit:
Henri a écrit:En fait en utilisant des éléments de faibles masses atomiques (Hydrogène, Deutérium...) VASIMR peut surclasser d'un ordre de grandeur la propulsion ionique (15000 à 30000 s contre seulement quelques milliers pour cette dernière). Mais surtout ses principaux avantages c'est de pouvoir moduler l'Isp en baisse pour augmenter la poussée, et d'être plus adapté à des poussées et des puissances bien plus importantes que celles de la propulsion ionique.
Actuellement on se cantonne à des éléments de numéros atomiques élevés que l'on peut ioniser plus facilement, mais c'est sûr que lorsqu’on disposera de sources d'énergie plus puissantes on pourra opter pour des éléments de plus faibles masses atomiques et donc aussi de plus faibles numéros atomiques plus difficiles à ioniser - le nec plus ultra étant la fusion nucléaire à l'intérieur même du moteur plasmique : ITER défrichera la voie !

L'énergie d'ionisation de l'hydrogène est de 13.6 eV (m=1), de 24.5 eV pour l'hélium (m=4), 15.8 eV pour l'argon (m=40). Ce n'est pas vraiment une question de numéros atomique élevé mais plutôt de structure électronique.
Mais en fait, dans le dispositif réel, le coût d'ionisation est bien plus élevé, du fait de pertes diverses : de l'ordre de 100 eV.
La masse atomique a surtout un impact sur le rendement : le coût d'ionisation doit rester assez faible devant l'énergie de l'ion éjecté en sortie du moteur, proportionnelle à la masse. Donc à faible Isp (mettons 2000-5000 s), il faut utiliser des ions lourds.
Application numérique :
pour v=50 km/s (Isp=5000 s), on a :
E=13 eV pour un ion hydrogène (=1/2 mv²)
E=520 eV pour un ion argon

Avec un coût d'ionisation de 100 eV, on voit que l'utilisation d'un élément léger comme l'hydrogène est une catastrophe du point de vue du rendement, puisqu'il faut dépenser au moins 100+13=113 eV pour éjecter un ion à 13 eV.
Même si on arrivait à améliorer notablement le rendement d'ionisation et à s'approcher de la limite théorique de 13.6 eV, le rendement du dispositif resterait assez mauvais, compte tenu d'autres pertes.
Par contre, c'est acceptable pour l'argon, on dépense 520+100=620 eV pour accélérer un ion à 520 eV.
L'hydrogène devient intéressant au dessus de Isp = 10000 à 15000 s.
En remontant dans cette discussion, il doit y avoir un tableur permettant de calculer ce rendement en fonction du propulsif utilisé.

A+

:) Merci de cette mise au point qui explique pourquoi actuellement on emploie des éléments de masses atomiques élevées sans trop tenir compte de leur énergie de première ionisation. Quant à la variation de l'énergie de première ionisation, elle dépend de la structure électronique qui se modifie en fonction du numéro atomique avec les éléments ayant l'énergie de première ionisation la plus faible en bas à gauche dans la classification périodique, donc pour des numéros atomiques élevés comme le francium de Z= 87 (mais inexploitable car radioactif) et le césium de Z = 55; tandis que l'hélium en haut à droite de Z=2 à l'énergie de première ionisation la plus élevée.
Si j'ai bien compris l'utilisation d'éléments légers ne deviendra intéressante que lorsque nous pourrons obtenir des Isp très élevées. Peut-être devrons-nous attendre les réacteurs à fusion thermonucléaire?

Giwa a écrit:
...
Si j'ai bien compris l'utilisation d'éléments légers ne deviendra intéressante que lorsque nous pourrons obtenir des Isp très élevées.
...

En améliorant le rendement d'ionisation, par exemple en descendant à 50 eV, on pourrait en principe arriver à un rendement acceptable avec l'hydrogène pour une Isp de 10000 s, donc ça peut être intéressant.
D'un autre côté, il n'y a pas tant de missions où on a besoin d'une Isp si élevée : pour des vols habités vers Mars, l'optimum est plutôt à des valeurs de l'ordre de 4000 s (un peu plus basse pour quitter l'orbite terrestre, en privilégiant la poussée, un peu plus élevée en croisière, n'oublions pas qu'un intérêt du Vasimr qui est de pouvoir faire varier l'Isp), mais ça dépend aussi de la puissance électrique dont on dispose.
D'autre part, un élément comme l'argon se stocke peut-être plus facilement que l'hydrogène sur des longues durées, et prend moins de volume.
La contrepartie d'utiliser des éléments lourds dans le Vasimr est qu'il faut un champ magnétique plus musclé dans l'étage d'accélération pour tenir tout ça (le rayon de gyration des ions vaut R=mv/qB, proportionnel à la masse des ions, il faut augmenter B quand on augmente m pour rester compatible avec le diamètre de l'étage d'accélération), d'où l'intérêt du nouvel aimant supraconducteur en cours d'installation, qui peut produire 2 T sans chauffer.

A+

lambda0 a écrit:
Giwa a écrit:
...
Si j'ai bien compris l'utilisation d'éléments légers ne deviendra intéressante que lorsque nous pourrons obtenir des Isp très élevées.
...

En améliorant le rendement d'ionisation, par exemple en descendant à 50 eV, on pourrait en principe arriver à un rendement acceptable avec l'hydrogène pour une Isp de 10000 s, donc ça peut être intéressant.
D'un autre côté, il n'y a pas tant de missions où on a besoin d'une Isp si élevée : pour des vols habités vers Mars, l'optimum est plutôt à des valeurs de l'ordre de 4000 s (un peu plus basse pour quitter l'orbite terrestre, en privilégiant la poussée, un peu plus élevée en croisière, n'oublions pas qu'un intérêt du Vasimr qui est de pouvoir faire varier l'Isp), mais ça dépend aussi de la puissance électrique dont on dispose.
D'autre part, un élément comme l'argon se stocke peut-être plus facilement que l'hydrogène sur des longues durées, et prend moins de volume.
La contrepartie d'utiliser des éléments lourds dans le Vasimr est qu'il faut un champ magnétique plus musclé dans l'étage d'accélération pour tenir tout ça (le rayon de gyration des ions vaut R=mv/qB, proportionnel à la masse des ions, il faut augmenter B quand on augmente m pour rester compatible avec le diamètre de l'étage d'accélération), d'où l'intérêt du nouvel aimant supraconducteur en cours d'installation, qui peut produire 2 T sans chauffer.

A+

Donc les éléments légers ne seront nécessaires que pour les voyages interstellaires ? Voir le sujet dont tu es l’initiateur:
http://www.forum-conquete-spatiale.fr/autres-f21/theme-et-variations-sur-les-voyages-interstellaires-t690.htm
Pour les vols dans notre système solaire, les éléments lourds devraient très bien convenir si on dispose d’électro-aimants supraconducteurs suffisamment puissants.

Giwa a écrit:
...
Pour les vols dans notre système solaire, les éléments lourds devraient très bien convenir si on dispose d’électro-aimants supraconducteurs suffisamment puissants.

Parmi les éléments légers, le lithium est intéressant, ça se stocke bien, et ça peut être un bon compromis du point de vue du rendement, sous réserve qu'il n'y ait pas d'autres difficultés (condensation par exemple).

A+

lambda0 a écrit:
Giwa a écrit:
...
Pour les vols dans notre système solaire, les éléments lourds devraient très bien convenir si on dispose d’électro-aimants supraconducteurs suffisamment puissants.

Parmi les éléments légers, le lithium est intéressant, ça se stocke bien, et ça peut être un bon compromis du point de vue du rendement, sous réserve qu'il n'y ait pas d'autres difficultés (condensation par exemple).

A+

Le point d'ébullition sous la pression atmosphérique est de 1366°C, mais sous pression réduite cette température est plus basse (il faudrait examiner le diagramme de changements d'état. Il y aussi le fait que ce n'est plus un élément inactif chimiquement comme le xénon.

Il y a également le problème du dispositif d'alimentation, qui peut être plus ou moins compliqué suivant le propulsif utilisé, mais dans le cas du lithium, on a déjà dû étudier ce problème, pour le LiLFA (Lithium Lorentz force accelerator, un moteur plasmique utilisant le lithium), et les propriétés du lithium introduisent effectivement quelques complications.

Petite digression sur le LiLFA (un concurrent du Vasimr!) :
http://alfven.princeton.edu/projects/LiLFA.htm
http://alfven.princeton.edu/projects/Lithium_Feed_System.htm
(c'est un système de laboratoire, pas pour usage dans l'espace)

Ces complications font que cette option n'a pas été beaucoup explorée pour le VASIMR (pour mieux se concentrer sur le reste je pense), je n'ai vu que quelques courbes théoriques, mais d'un autre côté, celà aurait permis de travailler à champ magnétique plus faible et peut-être de simplifier ou d'alléger d'autres parties du moteur.

A+[i]

Je crois que le patron d'Ad Astra Rocket va embaucher Giwa et lambda0 pour leur expérience en la matière (matière dans les deux sens du terme). :)

lambda0 a écrit:Il y a également le problème du dispositif d'alimentation, qui peut être plus ou moins compliqué suivant le propulsif utilisé, mais dans le cas du lithium, on a déjà dû étudier ce problème, pour le LiLFA (Lithium Lorentz force accelerator, un moteur plasmique utilisant le lithium), et les propriétés du lithium introduisent effectivement quelques complications.

Petite digression sur le LiLFA (un concurrent du Vasimr!) :
http://alfven.princeton.edu/projects/LiLFA.htm
http://alfven.princeton.edu/projects/Lithium_Feed_System.htm
(c'est un système de laboratoire, pas pour usage dans l'espace)

Ces complications font que cette option n'a pas été beaucoup explorée pour le VASIMR (pour mieux se concentrer sur le reste je pense), je n'ai vu que quelques courbes théoriques, mais d'un autre côté, celà aurait permis de travailler à champ magnétique plus faible et peut-être de simplifier ou d'alléger d'autres parties du moteur.

A+[i]

Très interessant. De plus bien sûr le lithium a des propriétés chimiques, mais en tant que réducteur ce qui est mieux que d'être oxydant pour les tuyauteries.

Un peu HS, mais en consultant les propriétés de l'hydrure de lithium susceptible par décomposition de donner un mix H₂ + 2 Li, je suis tombé sur les têtes nucléaires au deutéro - tritiure de lithium... et sur un projet style Frankenstein, mais qui sait ? :affraid:

http://www.agoravox.fr/commentaire_static.php3?id_article=10680&id_forum=82072
Si cela marchait pourquoi pas un astronef se propulsant par ce moyen …mais bon, il faut être un peu circonspect ! ;)

Giwa a écrit:
lambda0 a écrit:Il y a également le problème du dispositif d'alimentation, qui peut être plus ou moins compliqué suivant le propulsif utilisé, mais dans le cas du lithium, on a déjà dû étudier ce problème, pour le LiLFA (Lithium Lorentz force accelerator, un moteur plasmique utilisant le lithium), et les propriétés du lithium introduisent effectivement quelques complications.

Petite digression sur le LiLFA (un concurrent du Vasimr!) :
http://alfven.princeton.edu/projects/LiLFA.htm
http://alfven.princeton.edu/projects/Lithium_Feed_System.htm
(c'est un système de laboratoire, pas pour usage dans l'espace)

Ces complications font que cette option n'a pas été beaucoup explorée pour le VASIMR (pour mieux se concentrer sur le reste je pense), je n'ai vu que quelques courbes théoriques, mais d'un autre côté, celà aurait permis de travailler à champ magnétique plus faible et peut-être de simplifier ou d'alléger d'autres parties du moteur.

A+[i]
Très interessant. De plus bien sûr le lithium a des propriétés chimiques, mais en tant que réducteur ce qui est mieux que d'être oxydant pour les tuyauteries.

Un peu HS, mais en consultant les propriétés de l'hydrure de lithium susceptible par décomposition de donner un mix H₂ + 2 Li, je suis tombé sur les têtes nucléaires au deutéro - tritiure de lithium... et sur un projet style Frankenstein, mais qui sait ? :affraid:

http://www.agoravox.fr/commentaire_static.php3?id_article=10680&id_forum=82072
Si cela marchait pourquoi pas un astronef se propulsant par ce moyen …mais bon, il faut être un peu circonspect ! ;)

Le Lithium serait déjà entré dans le carburant des bombes nucléaires. Lorsqu'il est employé on aperçoit en marge de la boule de feu des franges violacées
presque bleutées qui en sont la marque. J'ai vu ça dans le temps sur des commentaires de photos de "mushroom cloud". Je n'ai plus de référence.

Astro-notes a écrit:
Le Lithium serait déjà entré dans le carburant des bombes nucléaires. Lorsqu'il est employé on aperçoit en marge de la boule de feu des franges violacées
presque bleutées qui en sont la marque. J'ai vu ça dans le temps sur des commentaires de photos de "mushroom cloud". Je n'ai plus de référence.

A ce propos voilà un site:

http://www.francenuc.org/fr_mat/lithium_f.htm

Les Américains utilisent l'hydrure de lithium pour les têtes à fission dopée et principalement le deutéride de lithium pour l'étape de fusion dans les têtes thermonucléaires. Les militaires français pourraient utiliser le deutéro-tritiure de lithium (voir Deutérium). L'utilisation d'un composé de lithium pour remplacer le tritium dans une tête évite la nécessité de remplacer le tritium périodiquement à cause de sa courte période.
Du point de vue nucléaire civil, le lithium-6 est utilisé comme source de tritium pour l'expérimentation portant sur la fusion.

Enfin cela met en évidence que l'hydrure de lithium est manipulable.

Effectivement il peut exister d'autres versions de VASIMR que celle fonctionnant au xénon comme celles fonctionnant au lithium et pourquoi pas à l'hydrure de lithium qui par décomposition au environ de 800°C donne un mélange de dihydrogène et de lithium qui peuvent ensuite s'ioniser en Li⁺ , H⁺ et 2 e ^-
Référence : http://www.cdc.gov/niosh/ipcsnfrn/nfrn0813.html
Se décompose au-dessous du point d'ébullition à 850°C
Point de fusion : 680°C

Les difficultés de mise au point sont différentes. Pour le moment celle au Xénon est en avance et souhaitons lui de réussir. Toutefois rien n'empêche d'autres filières s'avèrent plus performantes et la concurrencent.

Giwa a écrit:
Astro-notes a écrit:
Le Lithium serait déjà entré dans le carburant des bombes nucléaires. Lorsqu'il est employé on aperçoit en marge de la boule de feu des franges violacées
presque bleutées qui en sont la marque. J'ai vu ça dans le temps sur des commentaires de photos de "mushroom cloud". Je n'ai plus de référence.

A ce propos voilà un site:

http://www.francenuc.org/fr_mat/lithium_f.htm

Les Américains utilisent l'hydrure de lithium pour les têtes à fission dopée et principalement le deutéride de lithium pour l'étape de fusion dans les têtes thermonucléaires. Les militaires français pourraient utiliser le deutéro-tritiure de lithium (voir Deutérium). L'utilisation d'un composé de lithium pour remplacer le tritium dans une tête évite la nécessité de remplacer le tritium périodiquement à cause de sa courte période.
Du point de vue nucléaire civil, le lithium-6 est utilisé comme source de tritium pour l'expérimentation portant sur la fusion.

Enfin cela met en évidence que l'hydrure de lithium est manipulable.

C'est un peu hors sujet, mais je croyais que l'on produisait toujours le tritium à partir du Detérium (naif ?).

Au sujet de la durée de vie du tritium, cela n'était pas grave, car il y a 50 ans les générateurs de neutrons rapides par le Polonium 210 était
eux aussi limités (1/2 période 6 mois). Toujours hors sujet, je ne sais pas maintenant comment on génère le flash de neutrons pour accentuer
la fission (est-ce par accélérateur de particules) ou encore une de ces étonnantes opération chimique comme pour le Lithium-6 ?
:?:

Astro-notes a écrit:
C'est un peu hors sujet, mais je croyais que l'on produisait toujours le tritium à partir du Detérium (naif ?).

Au sujet de la durée de vie du tritium, cela n'était pas grave, car il y a 50 ans les générateurs de neutrons rapides par le Polonium 210 était
eux aussi limités (1/2 période 6 mois). Toujours hors sujet, je ne sais pas maintenant comment on génère le flash de neutrons pour accentuer
la fission (est-ce par accélérateur de particules) ou encore une de ces étonnantes opération chimique comme pour le Lithium-6 ?
:?:

Effectivement c'est un peu HS, il ne faudrait pas s'y attarder de trop car sur le nucléaire on peut y passer des mois, voire des années et mieux vaut que nous revenions à notre thème.
Donc pour en terminer même si ce n’est pas satisfaisant complètement voilà quelques sites trouvés sur le net et mes commentaires ou extraits :
http://www.francenuc.org/fr_mat/lithium_f.htm
Il n’y a aucune réaction chimique ou d’électrolyses capables de faire des transmutations - à part l’histoire obscure de la fusion froide- mais une opération d’enrichissement du lithium naturel en isotope 6 …mais bon, il semble que cela soit abandonné d’après les informations de ce site.
http://www.francenuc.org/fr_mat/tritium_f.htm
Le tritium est créé artificiellement par irradiation de cibles de lithium ; il est également un sous-produit des essais nucléaires et de l'exploitation des centrales nucléaires.
En raison de la période relativement brève du tritium, 5.5% du tritium dans une tête nucléaire disparaît par an. Ainsi les militaires doivent périodiquement remplacer le tritium dans les têtes stockées.
http://www-fusion-magnetique.cea.fr/en_savoir_plus/tritium/tritium.htm

Je n’ai rien trouvé sur la production éventuelle du tritium à partir du deutérium, mais seulement des réactions de fusion deutérium/ tritium
Cordialement,
Giwa

Giwa a écrit:
Effectivement c'est un peu HS, il ne faudrait pas s'y attarder de trop car sur le nucléaire on peut y passer des mois, voire des années et mieux vaut que nous revenions à notre thème.
Giwa

Oui, merci Giwa, et j'ai la réponse à ma question avec tes URL, s'il y a 1 D pour 6000 H il y a 1 T pour 10**17 H ! je comprends mieux pourquoi on utilise
pas de centrifugeuses pour le tritium ou même pas des spectrographes de masse

C'est vrai que ce fil sur le sujet VASIMIR est plus confidentiel au FCS que l'actualité ou l'histoire, pourtant si un jour les humains veulent partir vers les
planètes du système solaire il faudra bien user d'une technologie de ce genre ou proche pour rendre le voyage compatible avec la durée de vie des humains.
A vous suivre

bravo

Astro-notes a écrit:
Giwa a écrit:
Effectivement c'est un peu HS, il ne faudrait pas s'y attarder de trop car sur le nucléaire on peut y passer des mois, voire des années et mieux vaut que nous revenions à notre thème.
Giwa

Oui, merci Giwa, et j'ai la réponse à ma question avec tes URL, s'il y a 1 D pour 6000 H il y a 1 T pour 10**17 H ! je comprends mieux pourquoi on utilise
pas de centrifugeuses pour le tritium ou même pas des spectrographes de masse

C'est vrai que ce fil sur le sujet VASIMIR est plus confidentiel au FCS que l'actualité ou l'histoire, pourtant si un jour les humains veulent partir vers les
planètes du système solaire il faudra bien user d'une technologie de ce genre ou proche pour rendre le voyage compatible avec la durée de vie des humains.
A vous suivre

Il n'y a pas de quoi Astro-notes et je partage ton point de vue pour les voyages par les humains dans notre système solaire. :)

Astro-notes a écrit:
C'est vrai que ce fil sur le sujet VASIMIR est plus confidentiel au FCS que l'actualité ou l'histoire, pourtant si un jour les humains veulent partir vers les
planètes du système solaire il faudra bien user d'une technologie de ce genre ou proche pour rendre le voyage compatible avec la durée de vie des humains.

C'est un vrai problème de se projeter sur la "maturité" d'un tel système de propulsion * et son utilisation pour écourter des voyages interplanétaires, sans oublier bien sûr le coût induit sur de tels voyages (plus ou moins que la propulsion classique aux ergols chimiques, paramètre qu'il faut avoir en tête).
Si on estime que c'est réalisable en version opérationnelle dans 20, 30, 50 ... ans, on peut évidemment envisager des scénarios de missions (robotiques et surtout avec équipage) dans un contexte très différent que ce qu'on peut raisonnablement prévoir avec les technologies utilisables actuellement.
Le timing de missions qui se succèdent, ou celui de vols de fret intermédiaires pour le ravitaillement ou compléter les infrastructures ou écourter un temps de fonctionnement en autonomie de celles-ci, etc .... se poserait très différemment.

Je persisterai cependant, pour ma part à raisonner avec "l'existant" pour faire des hypothèses de missions ... je suis conscient que le futur pourrait m'étonner et m'amener à changer d'avis ... mais d'ici que les concepts et prototypes deviennent des "outils" disponibles sur l'étagère ... je resterai sur ce positionnement plutôt conformiste.

* ou d'autres qui pourraient paraître et connaitre un développement fulgurant

montmein69 a écrit:
...
Je persisterai cependant, pour ma part à raisonner avec "l'existant" pour faire des hypothèses de missions ... je suis conscient que le futur pourrait m'étonner et m'amener à changer d'avis ... mais d'ici que les concepts et prototypes deviennent des "outils" disponibles sur l'étagère ... je resterai sur ce positionnement plutôt conformiste.

C'est le point de vue majoritaire, retenu aussi bien par la Mars Society que la NASA (encore que les deux n'excluent pas la propulsion électrique, sur le principe), et ça peut effectivement paraitre raisonnable à première vue, mais d'un autre côté, la durée des missions avec les propulsions classiques induit tant de complications qu'il n'est pas certain que le développement de nouvelles propulsions augmente tant le budget global, au moins pour les propulsions électriques, qui ont d'autres applications (que les vols habités) pouvant rentabiliser leur développement, et dont certaines sont opérationnelles et utilisées depuis longtemps, à des niveaux de puissance plus faible.

Et si on y regarde de près, il manque également de nombreuses briques techniques, même assez fondamentales, pour des missions en propulsion chimique, ce n'est pas non plus de l'existant.
Le conformisme (actuel de la NASA) n'implique pas la faisabilité dans des conditions de coût et de sécurité acceptables.
D'une façon générale, ce n'est pas l'utilisation de techniques éprouvées qui rend un projet plus réaliste, quand on sort du domaine pour lequel ces techniques ont été optimisées.

Sujets déjà abordés par ailleurs, ce fil est plutôt destiné aux aspects techniques d'un système particulier (parmi d'autres), le VASIMR...

lambda0 a écrit:
Le conformisme (actuel de la NASA) n'implique pas la faisabilité dans des conditions de coût et de sécurité acceptables.
D'une façon générale, ce n'est pas l'utilisation de techniques éprouvées qui rend un projet plus réaliste, quand on sort du domaine pour lequel ces techniques ont été optimisées.

Je suis d'accord ... on se retrouve donc avec un système éprouvé disponible (propulsion chimique) mais qui serait utilisé à ses limites (ou même hors limites comme tu l'expliques) et un système en phase expérimentale (le VASIMR) qui devra valider sa technique pour le niveau de performance, de fiabilité qui sera requis (je suis d'accord aussi qu'on ne peut préjuger du prix dans un sens ou dans l'autre.... je voulais simplement relever que c'est un paramètre qu'on ne peut négliger)
Mon propos n'était pas de parasiter la discussion technique mais de la mettre en miroir avec les discussions qu'on a par ailleurs sur les "serres martiennes" puisque des "scénarios" sur les durées des voyages et des missions doivent forcément être envisagés pour proposer des solutions un tant soit peu crédibles pour ces équipements, et Giwa reprend l'argumentation sur une évolution de la propulsion pour développer son point de vue à ce sujet.

La morale serait alors ... inutile d'en discuter pour l'instant, il faut d'abord avoir l'assurance que le VASIMR va tenir ses promesses et que le voyage martien raccourci sera possible (et je ne pose pas la question pour dénigrer cette technologie qui s'annonce prometteuse ... mais on sait que dans le domaine technique le changement d'échelle apporte souvent des surprises.)

montmein69 a écrit:
...
il faut d'abord avoir l'assurance que le VASIMR va tenir ses promesses et que le voyage martien raccourci sera possible (et je ne pose pas la question pour dénigrer cette technologie qui s'annonce prometteuse ... mais on sait que dans le domaine technique le changement d'échelle apporte souvent des surprises.)

Aucune certitude sur le VASIMR, c'est pourquoi je rappelle volontiers à l'occasion qu'il existe d'autres propulsions électriques plus matures et qui pourraient aussi convenir, et qui font que le voyage Terre-Mars en propulsion électrique n'est pas plus hypothétique qu'en propulsion chimique, les contraintes sont simplement différentes.
Et on essaye aussi de découpler les analyses de missions en propulsion électrique et le détails des technologies : la mission définit une plage de valeurs d'impulsion spécifique, de puissance, puissance massique, etc..., des paramètres de haut niveau qui permettent d'éviter de faire trop dépendre ces analyses de la disponibilité d'une technologie particulière pour l'instant.

Même si le VASIMR ne convient finalement pas, ce qui est tout à fait possible, celà n'invalide pas toutes ces analyses parce que d'autres propulsions électriques rentrent dans les plages requises.
En attendant : sujet de recherche intéressant, à suivre.

A+

lambda0 a écrit:Même si le VASIMR ne convient finalement pas, ce qui est tout à fait possible, celà n'invalide pas toutes ces analyses parce que d'autres propulsions électriques rentrent dans les plages requises.
En attendant : sujet de recherche intéressant, à suivre.

A+

Oui.
En fait, il y a 2 paramètres fondamentaux, la durée du trajet, mais aussi la charge utile maximale. Gagner 1 mois serait déjà appréciable, mais il me parait bien plus important de gagner en charge utile. Ce gain vient du fait qu'à partir de l'orbite basse on peut accéder à l'orbite haute puis à l'orbite de transfert grâce à une propulsion avec très forte ISP au lieu de la propulsion chimique habituelle. La propulsion nucléaire thermique offre déjà un gain substantiel. Suivant le même principe, on pourrait gagner beaucoup plus avec le VASIMR, mais je ne suis pas sûr que cette technologie soit exploitable pour cette phase. Quelqu'un pourrait-il éclairer ma lanterne ?

A+,
Argyre

Argyre a écrit:
Oui.
En fait, il y a 2 paramètres fondamentaux, la durée du trajet, mais aussi la charge utile maximale. Gagner 1 mois serait déjà appréciable, mais il me parait bien plus important de gagner en charge utile. Ce gain vient du fait qu'à partir de l'orbite basse on peut accéder à l'orbite haute puis à l'orbite de transfert grâce à une propulsion avec très forte ISP au lieu de la propulsion chimique habituelle. La propulsion nucléaire thermique offre déjà un gain substantiel. Suivant le même principe, on pourrait gagner beaucoup plus avec le VASIMR, mais je ne suis pas sûr que cette technologie soit exploitable pour cette phase. Quelqu'un pourrait-il éclairer ma lanterne ?

A+,
Argyre

On utiliserait le VASIMR en privilégiant la poussée pour quitter l'orbite terrestre (avec une Isp de, mettons, 2000 à 3000 s), pour passer à une Isp plus élevée (donc poussée plus faible) en croisière.
Comme la montée depuis l'orbite basse peut prendre quelques semaines (suivant la puissance disponible), les astronautes prennent place dans le vaisseau une fois que celui est sur une orbite assez haute, avant d'échapper à l'attraction terrestre (ça évite aussi de les faire cuire dans les ceintures de Van Allen!).

Pour l'ensemble de la mission, on peut choisir de privilégier la réduction de la durée de mission, ou la charge utile, ou faire un compromis entre les deux, les propulsions électriques sont assez souples pour ça, on trouve des analyses de missions qui vont dans les deux sens.

A+

Une petite curiosité : la source helicon, le premier étage du VASIMR, qui sert à produire le plasma, est à elle seule déjà un système de propulsion intéressant pour certaines applications (maintien d'attitude de satellites).
Le MIT développe un petit propulseur plasmique de ce type

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2009-02/miot-mra022309.php
http://web.mit.edu/newsoffice/2009/plasma-rocket-0224.html

CAMBRIDGE, Mass.--Satellites orbiting the Earth must occasionally be nudged to stay on the correct path. MIT scientists are developing a new rocket that could make this and other spacecraft maneuvers much less costly, a consideration of growing importance as more private companies start working in space.

The new system, called the Mini-Helicon Plasma Thruster, is much smaller than other rockets of its kind and runs on gases that are much less expensive than conventional propellants. As a result, it could slash fuel consumption by 10 times that of conventional systems used for the same applications, said Oleg Batishchev, a principal research scientist in the Department of Aeronautics and Astronautics and leader of the work.

The propulsion systems currently used for maintaining a satellite's orbit, pushing a spacecraft from one orbit to another, and otherwise maneuvering in space rely on chemical reactions that occur within the fuel, releasing energy that ultimately propels the object.
...

Etude réalisée au MIT, financée par l'USAF.

Il me semble que somme toute, le niveau de financement en R&D du VASIMR est assez modeste (au point que le projet avait été transféré de la NASA à la petite société privée Ad Astra Rocket il y a quelques années). Et surtout il n'y a aujourd'hui aucune étude notable sur les générateurs électronucléaires de fortes puissances massiques nécessaires au VASIMR…
Cela relativise un peu toute discussion sur les échelles de temps nécessaires pour atteindre la maturité de cette filière propulsive. Un fort niveau de financement basé sur une volonté politique (ou commerciale) pourrait fort bien réduire d'un ordre de grandeur les délais de développement… C'est l'absence ou la présence de cette volonté de financement sur ces question de propulsion avancée qui me fait en général porter un jugement sur les "grands" projets interplanétaires habités…

De toute façon, les vols habités vers Mars ne sont pas au programme avant une trentaine d'années, au moins, quelle que soit la solution retenue, ce n'est pas une priorité.
La R&D au sol n'est pas non plus si coûteuse, ce qui permet à de nombreux laboratoires universitaires de travailler sur des propulseurs électriques divers et variés, ainsi que des compagnies comme AARC. On peut bien encore passer 10 ou 15 ans à explorer toutes ces voies avant de concentrer les financements sur le système le mieux adapté aux vols habités.

Ce qui me parait intéressant avec les propulsions électriques, dont le VASIMR, est qu'il y a des applications intermédiaires et des chemins de développement continus vers les hautes puissances, aussi bien au niveau des moteurs que des centrales électriques. On peut développer des propulseurs de plus en plus puissants, d'abord pour des satellites et sondes (jusqu'à 100 kW), ensuite pour des "tugs" (jusqu'à 1 MW), enfin pour des vaisseaux habités (10 MW et plus), et les centrales solaires conviennent bien au moins pour ces deux premières étapes.

Pour développer un générateur nucléaire, il faut prévoir une quinzaine d'années, en restant sur des technologies assez classiques (réacteurs à coeur solide, refroidissement gazeux).
Mais à mon avis, il serait un peu prématuré de se lancer maintenant dans le développement d'un grand générateur nucléaire avant de voir jusqu'où on peut aller avec le solaire.
Si le réacteur nucléaire n'apporte qu'un gain marginal, il est possible qu'une centrale solaire fasse aussi bien l'affaire, et celà ne nécessite pas de recherches spécifiques au VASIMR, on a besoin de centrales solaires légères et performantes pour toutes sortes d'applications.

A+

lambda0 a écrit:De toute façon, les vols habités vers Mars ne sont pas au programme avant une trentaine d'années, au moins, quelle que soit la solution retenue, ce n'est pas une priorité.
La R&D au sol n'est pas non plus si coûteuse, ce qui permet à de nombreux laboratoires universitaires de travailler sur des propulseurs électriques divers et variés, ainsi que des compagnies comme AARC. On peut bien encore passer 10 ou 15 ans à explorer toutes ces voies avant de concentrer les financements sur le système le mieux adapté aux vols habités.
A+

Et finalement, c'est un avantage car cela permettra d'innover tranquillement et d'éviter de se scléroser (comme le disait Astro-notes sur un autre sujet ) dans des solutions qui seraient des impasses à long terme.
En effet en y mettant des moyens colossaux, il me semble qu'il serait possible avec les techniques actuels - et peut-être même avec des techniques du passé - de se poser sur Mars, mais cela conduirait à un enterrement de première classe de la conquête spatiale !

Giwa a écrit:(.../...)
En effet en y mettant des moyens colossaux, il me semble qu'il serait possible avec les techniques actuels - et peut-être même avec des techniques du passé - de se poser sur Mars, mais cela conduirait à un enterrement de première classe de la conquête spatiale !

C'est déjà le reproche que l'on pouvait faire à Apollo : des moyens colossaux pour poser un drapeau et ramener 3 cailloux. "Mars Direct", tant que le cout de lancement en orbite est colossal, c'est pareil. Même en restant 500 jours(je m'en tient au canon de Zubrin), ca n'est jamais qu'une exploration sans lendemain.

Mar 24 Mar 2009 - 10:27

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