Nouveau concept

Bonjour
Je viens d'avoir une idée que j'ai très envie de partager avec vous, chers amis du cosmos.
J'ai lu il y a quelques jours sur le site d'Henri la doc: "Interstellar transportation using today's physics" et aussi "Mission design for the inovative Interstellar explorer" à l'adresse:
http://minilien.com/?1Oa9jZ7MgL
et hier soir j'ai lu cette autre doc au sujet du projet Anglo-Ukrainien-Allemand d'avion suborbital qui devrait atteindre un apogée de 340km avec deux pilotes et huit passagers à l'adresse:
http://www.flightglobal.com/articles/2007/02/27/212363/spacefleet-consortium-seeks-funds.html
et puis je me suis dit: "mais voilà deux concepts qui pourraient, loin dans l'avenir, n'en faire qu'un! Si l'on dispose d'un dispositif capable de produire cet énorme courant de plasma neutre pour propulser des engins spatiaux à 30% de c et avec de fortes accélérations, alors il suffirait, en partant de la surface de la Terre, de seulement atteindre une altitude suffisante pour pouvoir, ensuite, être emporté par le courant de plasma dont la source serait située dans l'espace!"
Ainsi, au départ de la Terre, il suffirait d'utiliser la propulsion chimique pour atteindre disons 400km d'altitude de façon à avoir le temps de déployer le supraconducteur... et le courant de plasma ferait le reste... Ainsi la charge utile pourrait atteindre 50% de la masse totale au moment du lancement de la surface terrestre!!! (avec propulsion chimique classique)
Il resterait à étudier la meilleure disposition pour utiliser la source de plasma dont le jet serait tangent à la Terre et qui serait en orbite ou sur la Lune et aussi à étudier l'interraction avec le champ magnétique terrestre.
Voilà! Qu'en penser?
à+
Socrates

Voir le MagBeam traité ici :
https://astronautique.actifforum.com/Technique-c5/Propulsions-et-lanceurs-f18/Magnetized-Beamed-Plasma-Propulsion-MagBeam-t1239.htm

Ben... je suis désolé... tout ce binz pour rien... et puisque l'idée a déjà été traitée ici l'an dernier.
Méa culpa :ven: :wall: :affraid: :oops: :scratch: :???:
désolé!

Puisque l'intitulé de ce fil de discussion est "nouveau concept", je vais tenter ma chance avec une autre idée... que je viens juste d'avoir... histoire d'essayer de rattraper le coup...

Le NERVA a une isp de 860s mais serait plutôt dangereux (dissémination de particules radioactives). Le risque de relacher des particules radioactives serait bien moindre (et enfin pratiquement acceptable) si on se contentait de réchauffer l'H2 à des températures moins élevées. Mais alors, bien sûr, l'isp serait aussi bien moindre.
D'où mon idée: un mini "NERVA" destiné à préchauffer de l'H2 à des températures de l'ordre de 2000°c seulement et avec un tout petit débit. L'idée serait d'utiliser l'énergie électrique fournie par des panneaux solaires et afin de porter l'H2 de 2000°c à environ 3500° et ainsi de viser une isp supérieure à 1000s et des poussées de quelques Newton à quelques dizaines de Newton.
Le préchauffage nucléaire permettrait de diminuer significativement la part de l'énergie solaire (dans le cas d'un voyage vers Mars = moins de sensibilité à l'éloignement du Soleil, comparé au "tout solaire"). Le coeur du réacteur et son enceinte et l'échangeur thermique étant à des températures très modestes, cela permettrait d'interdire toute fuite radioactive.
Donc, un moteur hybride à deux étages: (nucléothermique)+(solaire-électrique-thermique)
Cette variante a-t-elle déjà été étudiée?
Quoi qu'il en soit, je trouve l'idée plutôt intéressante.
à+
Socrates

Socrates a écrit:
...
Quoi qu'il en soit, je trouve l'idée plutôt intéressante.
à+
Socrates

Euh... celà parait assez étrange, d'un simple point de vue thermodynamique.
Si je me trompe, je suis très intéressé par un dimensionnement et quelques calculs d'ordre de grandeur.

A+

Qu'est-ce qui est thermodynamiquement étrange?
D'utiliser des panneaux solaires pour produire de l'électricité avec un rendement très médiocre et ensuite d'utiliser l'énergie électrique pour chauffer un gaz (?) ... lorsqu'on pourrait utiliser directement l'énergie solaire pour chauffer ledit gaz?

Si j'ai bonne mémoire, le nucléo-thermique permettrait d'atteindre jusqu'à 1200s d'isp. mais j'ignore à quelle température cela correspond. Quoi qu'il en soit, avec une source d'énergie électrique, il ne fait aucun doute que l'on pourrait chauffer de l'H2 aux mêmes températures que celles qui permettent au nucléothermique d'atteindre 1200s d'isp.

Supposons un moteur spatial 100% "solaire-électrique-thermique" c'est-à-dire que des panneaux solaires produisent de l'électricité qui est ensuite utilisée pour chauffer un gaz. Qu'y aurait-il d'étrange d'un point de vue thermodynamique? Si l'on comparait un tel moteur avec un moteur à effet Hall qui aurait un même isp de 1200s, lequel des deux aurait le meilleur rendement? Très certrainement le "solaire-électrique-thermique" non? (il doit ête possible de récupérer presque toute la chaleur et donc d'atteindre de très hauts rendements).

Donc, si le "solaire-électrique-thermique" peut atteindre de très bons rendements, alors avec un premier étage de chauffe "nucléo-thermique" cela ne peut que devenir encore plus intéressant.
Certes, on se retrouve avec un isp de seulement 1200s (au mieux) mais ce serait déjà pas mal.
à+
Socrates
P.S.: autrefois j'aimais bien les calculs et les maths... c'était il y a longtemps et aujourd'hui c'est plus trop ma tasse de thé.
Si j'ai bonne mémoire, de passer de -272° à 2000°c demande bien moins d'énergie que de passer de 2000° à 3500° et ainsi donc le préchauffage nucléothermique ne permettrait de réduire que d'environ 1/3 (à la louche) l'énergie électrique totale requise. Mais 1/3 c'est quand même 1/3.

On avait déjà discuté de ce concept hybride dans la discussion sur MITEE :
https://astronautique.actifforum.com/Technique-c5/Propulsions-et-lanceurs-f18/MITEE-MIniature-ReacTor-EnginE-t1246.htm

Dans le comparatif suivant (lien direct sur un fichier Excel):
http://minilien.com/?Djrp6xunog
le "NTR - MITEE (Hybrid Electro-Thermal)" semblait le plus intéressant.

Ben... je suis re-désolé... et puisque l'idée a déjà été traitée ici l'an dernier. Re-Méa culpa :ven: :affraid:

cependant, quand même,
j'ai suggéré une variante qui n'a pas été encore traitée: MITEE + solaire (ce qui n'est pas exactement le NTR MITEE "hybrid électrothermal" avec 1800s d'isp.)

et aussi j'ai suggéré un dispositif 100% "solaire-électrique-thermique" (sans radiateur et avec peu ou pas de "masses cachées", à ce qu'il me semble).

Socrates a écrit:Ben... je suis re-désolé... et puisque l'idée a déjà été traitée ici l'an dernier. Re-Méa culpa :ven: :affraid:

cependant, quand même,
j'ai suggéré une variante qui n'a pas été encore traitée: MITEE + solaire (ce qui n'est pas exactement le NTR MITEE "hybrid électrothermal" avec 1800s d'isp.)

et aussi j'ai suggéré un dispositif 100% "solaire-électrique-thermique" (sans radiateur et avec peu ou pas de "masses cachées", à ce qu'il me semble).

Pas de bol :|

Socrates a écrit:Qu'est-ce qui est thermodynamiquement étrange?
D'utiliser des panneaux solaires pour produire de l'électricité avec un rendement très médiocre et ensuite d'utiliser l'énergie électrique pour chauffer un gaz (?) ... lorsqu'on pourrait utiliser directement l'énergie solaire pour chauffer ledit gaz?
...

Oui, c'est ça.
Pas besoin de faire de calcul bien compliqué : dans ton système, on se donne du mal pour convertir l'énergie lumineuse en une forme d'énergie "noble" (électricité), avec un faible rendement, pour ensuite reconvertir l'énergie électrique en une forme dégradée (chaleur à basse température). Si on veut absolument utiliser l'énergie solaire, il semblerait plus naturel de concentrer directement le rayonnement solaire pour chauffer le fluide, d'autant plus que ce rayonnement solaire est à 6000 K (je crois qu'il existe quand même des petits moteurs utilisés pour les corrections d'attitude de satellites, dans lesquels un gaz est chauffé avec une résistance alimentée en électricité solaire, mais il s'agit de faible puissance).
L'intérêt du moteur nucléothermique classique est déjà douteux (masse excessive dûe aux blindages par exemple), mais si on rajoute en plus une centrale solaire électrique de plusieurs MW, celà me semble injouable.
Explication avec les mains, si je me trompe, je suis toujours intéressé par quelques calculs d'ordres de grandeur, rien de plus compliqué que quelques multiplications et de la thermo de base.

A+

PS:
Autre raisonnement "thermo" : bien que la distribution de vitesse des ions dans le faisceau de propulsion d'un moteur Hall auquel tu fais allusion n'ait rien à voir avec la statistique de Maxwell-Boltzmann, si on applique quand même la formule pour avoir un ordre de grandeur, un moteur Hall expulse les ions avec une température équivalente à plusieurs millions de degrés : il s'agit donc d'une excellente utilisation de l'énergie électrique.

lambda0 a écrit: Pas besoin de faire de calcul bien compliqué : dans ton système, on se donne du mal pour convertir l'énergie lumineuse en une forme d'énergie "noble" (électricité), avec un faible rendement, pour ensuite reconvertir l'énergie électrique en une forme dégradée (chaleur à basse température). Si on veut absolument utiliser l'énergie solaire, il semblerait plus naturel de concentrer directement le rayonnement solaire pour chauffer le fluide, d'autant plus que ce rayonnement solaire est à 6000 K (je crois qu'il existe quand même des petits moteurs utilisés pour les corrections d'attitude de satellites, dans lesquels un gaz est chauffé avec une résistance alimentée en électricité solaire, mais il s'agit de faible puissance).

Je te propose cet autre raisonnement:
si la SEP avec un rendement moteur de 65% est intéressante (par exemple le moteur à effet hall) alors elle devrait l'être avec un moteur dont le rendement lui serait supérieur...

Intuitivement, j'avais pensé qu'il doit exister quelque dispositif capable de chauffer l'hydrogène disons vers 3000°C avec un bon rendement (certains matériaux conservent de bonnes propriétés mécaniques à des températures supérieures à 3000°C comme par exemple l'hafnium carbide qui, je crois, fond à 3860°C). J'entends par "bon rendement" que la quantité de chaleur qui doit être dissipée "à l'extérieur" par ledit dispositif serait petite... de sorte que même le tout petit débit d'hydrogène (à la basse température de quelques °k) serait suffisant pour récupérer une part non négligeable de cette chaleur à dissiper "à l'extérieur" (ce qui servirait du même coup à préchauffer l'hydrogène). Faudrait aussi penser à compter que l'on profiterait de la chaleur latente de l'hydrogène. Suis-je clair cette fois-ci?
Donc, pour un même débit d'hydrogène, si on a un rendement moteur de 65% d'un côté (moteur à effet hall) et de l'autre côté un rendement de seulement 50% + 16% de récupération de la chaleur à dissiper "à l'extérieur" alors on serait mieux avec mon dispositif. Hélas, le problème est alors côté usure et durée de vie... et là c'est pas top: là je suis mal avec mon pseudo "nouveau concept". Avec un isp de 1200s la durée de vie maxi ne doit pas excéder une heure (de mémoire) avec les matériaux actuellement connus. Et donc on est en route pour réinventer le VASIMIR... (éviter l'usure par confinement magnétique).

lambda0 a écrit: L'intérêt du moteur nucléothermique classique est déjà douteux (masse excessive dûe aux blindages par exemple), mais si on rajoute en plus une centrale solaire électrique de plusieurs MW, celà me semble injouable.

Ce n'est pas la raison pour laquelle mon idée serait foireuse. Le vrai problème est que j'associais un dispositif à faible poussée et à longue durée de vie avec un dispositif à forte poussée et à courte durée de vie (une heure ou quelques heures maxi)... et donc ça ne peut pas marcher... sauf à utiliser un VASIMIR!
Je m'explique:
La masse du blindage peut être réduite en éloignant la source de radiations de l'équipage...
+ cette masse peut être réduite en donnant une forme légèrement alongée à la source radioactive et en l'orientant
+ en réduisant considérablement la masse de la source radioactive puisqu'on travaillerait à tout petit débit...
Je suggère donc de penser à cette disposition:
une petite source radioactive très bien isolée thermiquement et capable de préchauffer de l'hydrogène à environ 3000°C + un VASIMIR profondément modifié en ce qu'il fonctionnerait à l'hydrogène.
à+