Moteur fonctionnant au méthane.

Puisque cette solution semble envisagée pour les futurs missions lunaires, qu'en pensez vous ? Caractéristiques, avantages et inconvénients par rapport aux autres technos ?

A ce sujet un article de spacedaily ici : http://www.spacedaily.com/news/rocketscience-05zzb.html (en anglais)

L'impulsion spécifique est un peu plus faible que celle de H2/O2 (env. 380s au lieu de 450s), mais reste quand même très intéressante, et de toute façon bien suffisante pour décoller de la Lune ou de Mars.
Le principal avantage est une plus grande facilité de stockage que H2.
Il y a aussi un développement en cours en Europe, en collaboration avec la Russie, pour le moteur Volga.

lambda0 a écrit:L'impulsion spécifique est un peu plus faible que celle de H2/O2 (env. 380s au lieu de 450s)...

380s dans le vide, mais au niveau de la mer c'est au mieux 330s (c'est là que le gain par rapport au tandem LOX-Kérosène est le plus intéressant.) Voir tableau suivant :


Henri

Il a l'air sympa ce petit fichier !
Tu l'as trouvé quelque part ou c'est perso ?

Peut-être qu'il est plus facile de "produire" ou d'extraire ce carburant sur d'autres "planètes" (je pense à Titan) que du H2?

astro seb a écrit:Peut-être qu'il est plus facile de "produire" ou d'extraire ce carburant sur d'autres "planètes" (je pense à Titan) que du H2?

Plus près de nous, sur Mars notamment en apportant un peu d'Hydrogène au départ.

Et depuis Mars, Zubrin a même pensé à un moteur brûlant de l'éthanol (C2H5OH).
L'impulsion spécifique n'est pas ridicule non plus : Isp=330 s
En tout cas suffisante pour décoller de Mars.
Pour le stockage, c'est même encore mieux que CH4 : liquide à température ambiante.
Mais j'imagine l'alcootest des gars qui assistent à un décollage si la combustion n'est pas complète ;)

Au fait, tous ces moteurs au méthane sont-ils déjà utilisés ? Sur quels lanceurs, parce que ça ne me dit rien ?

En y repensant, l'intérêt du méthane par rapport à l'éthanol ne me semble plus si évident.
J'ai fais quelques calculs rapides, pour trois situations différentes : décollage depuis la Terre, Mars, la Lune, en considérant la vitesse de libération approximative, et sans parler de pertes aérodynamiques.
Lune : vl = 2400 m/s
Mars : vl = 5000 m/s
Terre : vl = 12000 m/s
Pour chaque propergol, on calcule le rapport de masse.
C'est un calcul très simpliste, qui ne tient pas compte de la masse des moteurs et des réservoirs, juste pour avoir des ordres de grandeur.

Isp Lune Mars Terre
330 (C2H5OH) 0.48 0.22 0.026
380 (CH4) 0.53 0.27 0.043
450 (H2) 0.59 0.33 0.069

Depuis la Terre, la supériorité du méthane sur l'éthanol est évidente (on passe de 0.026 à 0.043 !), mais depuis la Lune, le gain est assez marginal, et depuis Mars, il n'est pas spectaculaire : on passe de 0.22 à 0.27. Pour peu que les réservoirs destinés à contenir CH4 liquide à basse température soient un peu plus massifs que les réservoirs contenant l'éthanol, le gain peut être encore plus faible.
Autre argument : H constitue 25% de la masse de CH4, mais seulement 13% de la masse de C2H5OH. Il faudrait amener 2 fois moins d'hydrogène sur Mars pour produire la même masse de propergol.
Sauf erreur de ma part.

Qu'en pensez-vous ?

Steph a écrit:Il a l'air sympa ce petit fichier !
Tu l'as trouvé quelque part ou c'est perso ?

Il est de ma facture, mais inspiré des données du site www.astronautix.com de Mark Wade.
Je l'ai déjà posté il y a quelques semaines sur le forum Usenet exploration.spatiale de news.zoo-logique.org, mais je peux le reposter si vous savez comment vous y connecter.
J'ai l'impression que les seules pièces jointes que l'on peux poster ici sont les images.

Henri

Tu peux le mettre sur rapidshare ici :
http://www.rapidshare.de/

Donne nous ensuite le lien qui te sera fourni !

Steph a écrit:Tu peux le mettre sur rapidshare ici :
http://www.rapidshare.de/

Donne nous ensuite le lien qui te sera fourni !

Ok, le voili...
http://minilien.com/?b6gEazQpgK (URL corrigée puisque rapishare efface les fichiers au bout d'un certain temps - 15 mars 2006)
Ne pas hésiter à valider l'utilisation des macros, la seule macro contenue dans le fichier sert à extraire des nombres de chaînes de caractères.
Chaque feuille du classeur correspond à un tandem d'ergols.
Les 3 premières feuilles du classeur comportent d'abord un tableau général où les noms de moteurs sont des liens cliquables qui mènent à l'entrée correspondante de l'encyclopédie astronautix.com. Puis à droite un exemple d'extraction avec la fonction filtre avancé d'Excel (débutant s'abstenir :bball: )

Henri

lambda0 a écrit:Au fait, tous ces moteurs au méthane sont-ils déjà utilisés ? Sur quels lanceurs, parce que ça ne me dit rien ?

Moi je pensais que ça avait déjà été utilisé, mais l'article de SpaceDaily laissait un peu entendre le contraire.
Par contre le fichier de Henri liste pas mal de moteurs (dont les dénominations semblent russe). Ont-ils été utilisés ?

Edit : http://www.astronautix.com/props/loxlch4.htm pour les moteurs utilisant le méthane et http://www.astronautix.com/props/index.htm pour une liste en fonction des propergols.

Steph a écrit:

lambda0 a écrit:Au fait, tous ces moteurs au méthane sont-ils déjà utilisés ? Sur quels lanceurs, parce que ça ne me dit rien ?

Moi je pensais que ça avait déjà été utilisé, mais l'article de SpaceDaily laissait un peu entendre le contraire.
Par contre le fichier de Henri liste pas mal de moteurs (dont les dénominations semblent russe). Ont-ils été utilisés ?

Edit : http://www.astronautix.com/props/loxlch4.htm pour les moteurs utilisant le méthane et http://www.astronautix.com/props/index.htm pour une liste en fonction des propergols.

En fait tous ces moteurs ont été développés après la chute de l'URSS, et n'ont donc jamais volé d'après ce que je sais. Il n'ont fonctionné qu'au banc d'essai.

Henri

Rep Henri

Merci pour l'info. C'est bien ce qui me semblait.

Sinon, l'intérêt des russes pour le moteur CH4/O2 ne s'est pas limité aux moteurs fusées : il y a également eu des développements pour les avions.
Le Tupolev 155, suivi du Tupolev 156 étaient des prototypes équipés de moteurs brûlant du méthane, et ont encore évolué vers une version utilisant l'hydrogène.
Le prototype du Tupolev 155 a volé en 1988. Je pensais que ce projet était mort, mais apparemment, c'est toujours à l'étude.

http://www.aeronautics.ru/nws001/tass091.htm

Finalement assez logique, étant donné les importantes réserves russes en méthane.

A+

La JAXA poursuivra aussi ses travaux sur la propulsion au méthane (malgré l'arrêt du projet de lanceur GX) avec un budget de 3 milliards de yens (22 millions d'euros).

http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=7442

pour les lanceurs du Futurs, quels sont les autres projet qui prévoit l'emploi du méthane?

en complément où peut-on trouver du métahne dans l'Univers

Selon l'ESA,

◦Le méthane a été retrouvé à l'état de traces dans plusieurs nuages interstellaires.
◦Le méthane se trouve partout sur Titan, et même sous forme de lacs, de rivières, et de mers. Sa présence en a été établie dès 1944. Au point que la chaleur dégagée par la sonde Huygens, lors de l'impact du 14 janvier 2005 a provoqué un notable dégagement de méthane gazeux.
◦Titan présente une atmosphère uniforme d'azote-méthane. Il ne pleuvait pas lorsque la sonde Huygens s'est posée sur Titan, mais l'ESA n'exclut pas que des averses de méthane y soient fréquentes. Simplement, l'aridité du sol absorberait rapidement ces précipitations, à la manière des déserts terrestres.
◦Des traces de méthane sont détectées par la Nasa dans l'atmosphère de Mars en 2004, au moyen de spectromètres infrarouges à haute-résolution [4]. cette découverte est rapidement contestée, avant d'être confirmée en 2009, après une étude de 90% de l'atmosphère de mars, durant 3 années martiennes (soit 7 années terrestres). Du méthane est effectivement périodiquement relâché dans 3 zone du Nili fossae dont dans le secteur de l'ancien volcan Syrtis major dans la zone dite « Arabia terra ». Il y est émis en quantité significative : 0,6 kg/seconde durant l'été marsien, ce qui est comparable aux taux mesurés localement sur terre. Il pourrait éventuellement être d'origine biologique, mais cela reste à démontrer[5]. M Mumma pose l'hypothèse qu'il puisse provenir d'un hydrate de méhane libéré lors de la fonte estivale de glace. l'origine pourrait alors en être géologique, résultant de réactions chimiques entre eau et anciennes roches volcaniques. Une analyse isotopique pourrait infirmer ou confirmer cette hypothèse, mais imposerait d'aller y faire des prélèvements.
◦Quelque part, dans l'Univers, une vie à base de méthane et non plus d'eau est-elle concevable sinon possible ? C'est l'une des grandes questions posées par cette mission. Avec Cassini c'est donc toute notre conception des exoplanètes (et donc du monde) qui est à revoir.
◦L'atmosphère de méthane y permettrait le vol de « moins lourds que l'air » au point que les planétologues de l'ESA, rêvent d'y envoyer des ballons, des montgolfières, des robots mobiles… afin de comprendre ce monde extraterrestre dont on ne vient d'explorer qu'une infime partie.
◦Dans quatre milliards d'années, lorsque le soleil enflera démesurément avant d'exploser et d'engloutir la Terre, les planétologues s'amusant à imaginer le temps qu'il ferait sur Titan, pensent qu'il devrait faire bon y vivre dans son atmosphère de méthane (pendant un bref moment seulement).
◦On trouve aussi le méthane sous forme de nuages et de brume sur Uranus et Neptune, ainsi que peut-être sur les exoplanètes Epsilon Eridani c et Fomalhaut b

http://www.enerzine.com/energipedia/M%C3%A9thane

tatiana13 a écrit:

pour les lanceurs du Futurs, quels sont les autres projet qui prévoit l'emploi du méthane?

Pour l'instant on en est encore aux études, et le niveau de maturité n'est pas bien élevé en Europe.

Il me semble que la Snecma travaillait un temps sur un projet "Volga" de moteur Lox Méthane réutilisable, en coopération avec les Russes.

Des travaux sont prévus sur le sujet dans l'enveloppe du programme FLPP de l'ESA, comme candidat possible pour la propulsion principale (HTE) du NGL. Je ne sais pas quelle part y est consacrée en comparaison de l'hydrogène.

Un petit moteur méthane a également été évoqué comme candidat possible dans le cadre de l'évolution de Vega, en remplacement des 3ème et 4ème étage actuels.

tatiana13 a écrit:
pour les lanceurs du Futurs, quels sont les autres projet qui prévoit l'emploi du méthane?

Ce type de propulsion apparait aussi dans les présentations d'Astrium sur son projet d'avion de tourisme spatial:

http://spatioportfrance.free.fr/docs/SpaceTourism-12mars08/RaesTls-3AF-HuguesLaporteWeywada-12mars08.ppt

Si vous relisez ce (necro-)fil depuis le début, vous verrez que du point de vue de l'Isp le tandem LCH4-LOX est surtout intéressant dans l'atmosphère (un peu moins dans le vide, où là c'est le tandem LH2-LOX qui est imbattable).
Malheureusement les gains d'Isp sont moins important que pourrait le faire croire la forte richesse en hydrogène de CH₄, à cause de sa trop grande stabilité (il faut pas mal d'énergie pour briser la molécule CH₄), mais surtout sa faible masse volumique dégrade pas mal l'indice structurel des réservoirs, ce qui dévore une bonne partie des gains réalisés sur l'Impulsion spécifique par rapport au kérosène. Il faudrait investir une bonne brochette de G€ dans cette techno sans être sûr qu'elle surpasse réellement le bon vieux tandem kérosène-LOX si l'on tient compte de tous les paramètres (Isp et indices structurels).

4 mai 2010: http://www.aerojet.com/news2.php?action=fullnews&id=221

la NASA a réussi les tests d'altitude du moteur Aerojet "oxygène liquide (LOX) / méthane liquide (LCH4)" à White Sands Test Facility (WSTF).
Le moteur, tel que testé à WSTF, fait preuve d'une impulsion spécifique (Isp) de 345,2 secondes, et basé sur une extrapolation Aerojet des données à une configuration type de vol, il serait capable de produire une impulsion spécifique (Isp) de 350 secondes.

lambda0 a écrit:En y repensant, l'intérêt du méthane par rapport à l'éthanol ne me semble plus si évident.
J'ai fais quelques calculs rapides, pour trois situations différentes : décollage depuis la Terre, Mars, la Lune, en considérant la vitesse de libération approximative, et sans parler de pertes aérodynamiques.
Lune : vl = 2400 m/s
Mars : vl = 5000 m/s
Terre : vl = 12000 m/s
Pour chaque propergol, on calcule le rapport de masse.
C'est un calcul très simpliste, qui ne tient pas compte de la masse des moteurs et des réservoirs, juste pour avoir des ordres de grandeur.

Isp Lune Mars Terre
330 (C2H5OH) 0.48 0.22 0.026
380 (CH4) 0.53 0.27 0.043
450 (H2) 0.59 0.33 0.069

Depuis la Terre, la supériorité du méthane sur l'éthanol est évidente (on passe de 0.026 à 0.043 !), mais depuis la Lune, le gain est assez marginal, et depuis Mars, il n'est pas spectaculaire : on passe de 0.22 à 0.27. Pour peu que les réservoirs destinés à contenir CH4 liquide à basse température soient un peu plus massifs que les réservoirs contenant l'éthanol, le gain peut être encore plus faible.
Autre argument : H constitue 25% de la masse de CH4, mais seulement 13% de la masse de C2H5OH. Il faudrait amener 2 fois moins d'hydrogène sur Mars pour produire la même masse de propergol.
Sauf erreur de ma part.

Qu'en pensez-vous ?

Désolé de ressortir ce vieux message, mais il me parait néanmoins intéressant.
En fait, je n'ai pas compris ce que tu as calculé. Tu parles de rapport de masse. Quel rapport de masse ? (va falloir reprendre le fil de ton raisonnement qui date un peu, mais je ne doute pas de ta capacité à repenser de la même manière).

A+,
Argyre

Argyre a écrit:
...
Désolé de ressortir ce vieux message, mais il me parait néanmoins intéressant.
En fait, je n'ai pas compris ce que tu as calculé. Tu parles de rapport de masse. Quel rapport de masse ? (va falloir reprendre le fil de ton raisonnement qui date un peu, mais je ne doute pas de ta capacité à repenser de la même manière).
...

Réponse un peu tardive, je n'ai vu ton message que maintenant.
Il s'agit de la simple application de la formule de Tsiolkovski.
Pour la compréhension, en première approche, on ne tient pas compte de paramètres "technologiques" (masse des moteurs, réservoirs, etc.).

On calcule r = M/M0 = exp(-v/ve)
Ensuite, on compare r(CH4)/r(C2H5OH) dans différentes situations, pour avoir une idée de l'intérêt d'un propergol par rapport à un autre. La situation envisagée ici est la vitesse de libération, depuis différents astres.
Et que trouve-t-on ?
Lune : r(CH4)/r(C2H5OH) = 1.1
Mars : r(CH4)/r(C2H5OH) = 1.23
Terre : r(CH4)/r(C2H5OH) = 1.65

On voit que l'intérêt du CH4 par rapport au C2H5OH est marginal pour quitter la Lune, du seul point de vue de l'Isp (abstraction faite d'autres contraintes technologiques).
Dans le cas de Mars, il parait y avoir un avantage à CH4, jusqu'à ce qu'on remarque qu'il faut quasiment deux fois plus d'hydrogène, en masse, pour le produire, ce qui pourrait éventuellement annuler cet avantage si H2 est importé.
Sauf erreur de calcul de ma part.

Mais bon, dans le détail, il faut tenir compte des paramètres technologiques, et je vais peut-être un peu trop loin dans la simplification en négligeant l'atmosphère.
Mais des spécialistes comme Zubrin ont dû penser à tout celà (j'ai vague souvenir d'un de ses articles sur l'utilisation du C2H5OH)

A+

lambda0 a écrit:
Réponse un peu tardive, je n'ai vu ton message que maintenant.
Il s'agit de la simple application de la formule de Tsiolkovski.
Pour la compréhension, en première approche, on ne tient pas compte de paramètres "technologiques" (masse des moteurs, réservoirs, etc.).

On calcule r = M/M0 = exp(-v/ve)
Ensuite, on compare r(CH4)/r(C2H5OH) dans différentes situations, pour avoir une idée de l'intérêt d'un propergol par rapport à un autre. La situation envisagée ici est la vitesse de libération, depuis différents astres.
Et que trouve-t-on ?
Lune : r(CH4)/r(C2H5OH) = 1.1
Mars : r(CH4)/r(C2H5OH) = 1.23
Terre : r(CH4)/r(C2H5OH) = 1.65

On voit que l'intérêt du CH4 par rapport au C2H5OH est marginal pour quitter la Lune, du seul point de vue de l'Isp (abstraction faite d'autres contraintes technologiques).
Dans le cas de Mars, il parait y avoir un avantage à CH4, jusqu'à ce qu'on remarque qu'il faut quasiment deux fois plus d'hydrogène, en masse, pour le produire, ce qui pourrait éventuellement annuler cet avantage si H2 est importé.
Sauf erreur de calcul de ma part.

Mais bon, dans le détail, il faut tenir compte des paramètres technologiques, et je vais peut-être un peu trop loin dans la simplification en négligeant l'atmosphère.
Mais des spécialistes comme Zubrin ont dû penser à tout celà (j'ai vague souvenir d'un de ses articles sur l'utilisation du C2H5OH)

A+

Ok, merci.
C'est vrai que Zubrin avait publié un truc là-dessus, faudrait que je le retrouve. Mais je ne suis pas sûr qu'il ait abordé le problème de la masse des réservoirs pour stocker CH4 ou C2H5OH. C'est ce point là qui me turlupine.

Argyre

petite question d'un béotien des propergols astronautique

que vaudrais pour le stockage du méthane-propergol l'utilisation de sa forme d'hydrate de méthane en effet d'apres wikipedia

1m3 d'hydrate de méthane est un solide qui se conserve a -20 °C et contient 170m3 de méthane +0.8 m3 de h2O

le méthane liquide demandant lui une température de -162 °C

peronik a écrit:petite question d'un béotien des propergols astronautique
que vaudrais pour le stockage du méthane-propergol l'utilisation de sa forme d'hydrate de méthane en effet d'apres wikipedia
1m3 d'hydrate de méthane est un solide qui se conserve a -20 °C et contient 170m3 de méthane +0.8 m3 de h2O
le méthane liquide demandant lui une température de -162 °C

On augmenterait la masse sans augmenter le contenu énergétique, donc non, ce n'est pas intéressant de stocker le CH4 de cette façon à bord d'une fusée pour la propulsion.
(enfin, sauf peut-être si on considère que l'eau peut avoir un usage autre que pour la propulsion...)