Thème et variations sur les voyages interstellaires

Nextstep-to-Mars a écrit:

Non pas réaliste du tout. Un accouchement ça peut saigner, ça se transforme parfois en césarienne en urgence, ça nécessite parfois une hystérectomie d'hémostase, des transfusions sanguines, un séjour en soins intensifs.....les nouveaux-nés ça peut naître prématurément, être malades, nécessiter un passage sous ventilation artificielle......rien que ça impossible de maintenir un niveau de compétence suffisant sur 7 générations avec un équipage de 30 au départ. Qui va leur apprendre leur métier (qui nécessite beaucoup de pratique pour être performant) aux gynécos et anesthésistes de la 2ème génération, ceux de la 3ème etc....? Qui va entretenir le matos? Fabriquer les médicaments? etc etc le tout pendant 700 ans !!

Ça c'est le moindre des problème, je dirais. Si le problème est circonscrit à la médecine tu embarques 5 médecins par exemple sur les 30, dont 3 avec des compétences chirurgicales (je balance ça un peu au pif évidemment) et tu fais en sorte qu'il y ait toujours un staff opérationnel (pas toutes au même stade de grossesse, ce genre de truc). Et la plupart des amazones possède en plus des compétence minimale pour jouer le rôle d'assistants. Dans la génération qui suit tu forme obligatoirement de quoi leur succéder. Ce n'est pas insurmontable.

Mais plus largement ça pose le problème de la sommes des compétences génériques qu'il faut accumuler dans l'équipage. Il faut aussi des ingénieures de pointes dans différents domaines avec une connaissance précise des différents systèmes du vaisseau, des chimistes, des agronomes, des astronomes et tout ça avec un minimum de redondance. Plus un certains nombres de compétences humaines très difficile à rationaliser mais indispensable pour la cohésion du groupe. Chaque amazone devra être multicartes, avec une complémentarité judicieuse des talents pour que le groupe soit robuste.

a+

Gilgamesh a écrit:

Nextstep-to-Mars a écrit:

Non pas réaliste du tout. Un accouchement ça peut saigner, ça se transforme parfois en césarienne en urgence, ça nécessite parfois une hystérectomie d'hémostase, des transfusions sanguines, un séjour en soins intensifs.....les nouveaux-nés ça peut naître prématurément, être malades, nécessiter un passage sous ventilation artificielle......rien que ça impossible de maintenir un niveau de compétence suffisant sur 7 générations avec un équipage de 30 au départ. Qui va leur apprendre leur métier (qui nécessite beaucoup de pratique pour être performant) aux gynécos et anesthésistes de la 2ème génération, ceux de la 3ème etc....? Qui va entretenir le matos? Fabriquer les médicaments? etc etc le tout pendant 700 ans !!

Ça c'est le moindre des problème, je dirais. Si le problème est circonscrit à la médecine tu embarques 5 médecins par exemple sur les 30, dont 3 avec des compétences chirurgicales (je balance ça un peu au pif évidemment) et tu fais en sorte qu'il y ait toujours un staff opérationnel (pas toutes au même stade de grossesse, ce genre de truc). Et la plupart des amazones possède en plus des compétence minimale pour jouer le rôle d'assistants. Dans la génération qui suit tu forme obligatoirement de quoi leur succéder. Ce n'est pas insurmontable.

Mais plus largement ça pose le problème de la sommes des compétences génériques qu'il faut accumuler dans l'équipage. Il faut aussi des ingénieures de pointes dans différents domaines avec une connaissance précise des différents systèmes du vaisseau, des chimistes, des agronomes, des astronomes et tout ça avec un minimum de redondance. Plus un certains nombres de compétences humaines très difficile à rationaliser mais indispensable pour la cohésion du groupe. Chaque amazone devra être multicartes, avec une complémentarité judicieuse des talents pour que le groupe soit robuste.

a+

En plus de tout ça, il faudra de sacrées compétences en pédagogie parce que transmettre du savoir, surtout celui d'un médecin, ça en prend du temps !

Une petite mise à jour...

Profil des parois rayonnantes.

Le retombé des deux parois rayonnantes (qui ferment le cylindre) me faisait bien du soucis eh oui, alala. Mécaniquement, on a un fil de masse linéique constante qui retombe sous l'effet de la force centrifuge. Je partais d'une équation de la chainette, bien connue (fonction cosinus hyperbolique), et j'imaginais qu'il fallait refaire l'intégration dans un champs de gravité g croissant (de 0 au centre à w²R au sol) d'où de douloureuses difficultés calculatoire en perspective :pfff:

En fait cette courbe existe dans la littérature ! Joie :love: Le problème a déjà été résolu, sot que j'étais.

C'est la courbe dite de la corde à sauter (skipping rope curve) cf. aussi : lien google book ou jump rope.




Impossible de la différentier à l'oeil nu d'une arche de sinusoïde, et pourtant c'est la représentation graphique de la fonction sinus de Jacobi notée sn, et non celle de la fonction sinus.

On montre que la courbe de la corde à sauter d'extrémité A et B de longueur L est aussi la courbe de longueur L joignant A à B ayant le plus grand moment d'inertie par rapport à l'axe (AB).




Après correction (à gauche) ça nous donne donc ça :

Correction par Schimz :jap:




La correction n'est que manuelle, est ce que quelqu'un aurait Mapple où tout autre appli permettant de calculer la forme exacte du retombée avec les fonctions de Jacobi ? Y'a pas ça pas sous Excel :roll:


a+

Anyway...



Un moment que j'attendais depuis longtemps, vous devez vous douter...


Quelques vues de l'Arche, et de sa corole propulsive. Il reste encore la collerette à placer, ainsi que le carburant à l'avant.

Vue à travers le mât :




Vue 3/4 arrière. Le corps de l'Arche est très sombre (rappelons que c'est nécessaire pour optimiser les échanges radiatifs)
et se fond dans le noir de l'espace. D'elle on ne voit presque rien.
Seuls ressortent les pétales éblouissants de la coroles.
Ces 12 éléments compartimentés en hexagones donnent à l'ensemble un allure
qui semble tout droit issue d'un jeu vidéo des années 80.



Vue de loin, un astre atypique dans les télescopes :




Petite vidéo d'allumage des coroles (.avi) 611 Ko



Merci encore à Schmiz ! Y'a du boulot et du talent, là-dedans.

:amour:

a+

Gilgamesh a écrit:Une petite mise à jour...

Profil des parois rayonnantes.

Le retombé des deux parois rayonnantes (qui ferment le cylindre) me faisait bien du soucis eh oui, alala. Mécaniquement, on a un fil de masse linéique constante qui retombe sous l'effet de la force centrifuge. Je partais d'une équation de la chainette, bien connue (fonction cosinus hyperbolique), et j'imaginais qu'il fallait refaire l'intégration dans un champs de gravité g croissant (de 0 au centre à w²R au sol) d'où de douloureuses difficultés calculatoire en perspective :pfff:

En fait cette courbe existe dans la littérature ! Joie :love: Le problème a déjà été résolu, sot que j'étais.

C'est la courbe dite de la corde à sauter (skipping rope curve) cf. aussi : lien google book ou jump rope.

La courbe de la corde à sauter est la forme prise par un fil pesant flexible homogène inextensible en rotation autour d'un axe accroché à deux points de cet axe (en négligeant la pesanteur).




Impossible de la différentier à l'oeil nu d'une arche de sinusoïde, et pourtant c'est la représentation graphique de la fonction sinus de Jacobi notée sn, et non celle de la fonction sinus.

On montre que la courbe de la corde à sauter d'extrémité A et B de longueur L est aussi la courbe de longueur L joignant A à B ayant le plus grand moment d'inertie par rapport à l'axe (AB).





Après correction (à gauche) ça nous donne donc ça :

Correction par Schimz :jap:




La correction n'est que manuelle, est ce que quelqu'un aurait Mapple où tout autre appli permettant de calculer la forme exacte du retombée avec les fonctions de Jacobi ? Y'a pas ça pas sous Excel :roll:


a+

Toutes ces études semblent avoir été faites avec des câbles à masse linéique constante ce qui implique que la tension du câble est maximale près des attaches où le risque de rupture est donc plus grand.
Y-a-t-il des études où au lieu de maintenir constante la masse linéique du câble on maintiendrait la tension constante par exemple avec une section du câble qui s’accroit en se rapprochant des attaches ? Cela ne doit pas être sans doute très simple à résoudre mais pourrait être intéressant. Cette question pourrait se poser aussi pour le fameux ascenseur spatial où à masse linéique constante, la tension atteint son maximum au niveau de l’orbite stationnaire qui est donc l’endroit où le risque de rupture est le plus grand.
Cordialement,
Giwa

giwa a écrit:
Toutes ces études semblent avoir été faites avec des câbles à masse linéique constante ce qui implique que la tension du câble est maximale près des attaches où le risque de rupture est donc plus grand.
Y-a-t-il des études où au lieu de maintenir constante la masse linéique du câble on maintiendrait la tension constante par exemple avec une section du câble qui s’accroit en se rapprochant des attaches ? Cela ne doit pas être sans doute très simple à résoudre mais pourrait être intéressant. Cette question pourrait se poser aussi pour le fameux ascenseur spatial où à masse linéique constante, la tension atteint son maximum au niveau de l’orbite stationnaire qui est donc l’endroit où le risque de rupture est le plus grand.
Cordialement,
Giwa

Je suis d'accord et j'ajoute que ça se combine avec une difficulté supplémentaire qui est que la surface pesante augmente avec le rayon au niveau des parois rayonnantes.

Mais je pense que la solution globale à tout ça peut se faire à diamètre de toron constant ce qui facilite sa conception.
L'idée c'est simplement de diminuer le nombre de couche de torons en partant du moyeu (paroi épaisse) vers la parois périmétriques (paroi fine). D'où l'intérêt supplémentaire de segmenter la paroi sous forme de boucles fermées enroulées autours de peignes de carbone qui délimitent la frontière de chaque couche et assure la connexion mécanique avec la suivante.

a+

Et sinon, je réitère ma question :face: : quelqu'un saurait calculer la fonction elliptique de Jacobi sn (JacobiSN sur Maple) ?

http://www.mathcurve.com/courbes2d/cordeasauter/cordeasauter.shtml


a+

Gilgamesh a écrit:Et sinon, je réitère ma question :face: : quelqu'un saurait calculer la fonction elliptique de Jacobi sn (JacobiSN sur Maple) ?

http://www.mathcurve.com/courbes2d/cordeasauter/cordeasauter.shtml


a+

Tu peux toujours tenter ta chance dans les "Numerical recipes", section fonctions spéciales.
http://www.nr.com/oldverswitcher.html
(disponible en format pdf)

lambda0 a écrit:

Gilgamesh a écrit:Et sinon, je réitère ma question :face: : quelqu'un saurait calculer la fonction elliptique de Jacobi sn (JacobiSN sur Maple) ?

http://www.mathcurve.com/courbes2d/cordeasauter/cordeasauter.shtml


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Tu peux toujours tenter ta chance dans les "Numerical recipes", section fonctions spéciales.
http://www.nr.com/oldverswitcher.html
(disponible en format pdf)

Merci Lambda. Effectivement j'ai trouvé la routine pour le langage C.

Je ne pratique pas le C, hélas. Retranscrire ça en Java... :suspect:

Sinon j'ai trouvé Maxima qui a l'air très puissant, mais alors coton à utiliser, forcément :P

En tout cas, y'a les fonction elliptique de Jacobi (cf. manuel p152)
http://michel.gosse.free.fr/documentation/fichiers/maximafr.pdf

a+

J'ai un peu erré ces derniers temps, pour m'aventurer finalement à consolider la question de l'extraction des matériaux de l'Arche.

On a besoin pour bâtir la structure fibreuse de l'Arche d'éléments volatiles en quantités énormes. Deux solutions : les prélever sur Terre ou dans le système solaire.

Pour les prélever sur Terre, il faut leur donner la première vitesse cosmique, celle qui donne accès à l'orbite basse (LEO), plus celle nécessaire à la traversée de l'atmosphère. Cela représente un deltaV ~ 9 km/s (8 km/s sans atmosphère).

Pour les prélever dans le système solaire il faut aller jusqu'au delà de la limite des glaces, qui se situe à l'orbite de Jupiter. Au périhelie, l'orbite jovienne approche à r1 = 4,95 UA du Soleil.

L'Arche reste en orbite à 1 UA, et on désorbite les masses de matériaux volatiles nécessaires à sa croissance (eau, glace carbonique, ammoniac, méthane...) depuis les corps situés au delà de la limite des glaces du système solaire, un peu au delà de la Ceinture d’astéroïdes. De préférence, on ciblera les petits corps dont la gravité de surface est très faible et qui sont peu évolués.

Il existe aux points de Lagrange L4 et L6, à 60° de part et d'autre de l'orbite de Jupiter, un groupe d'astéroïdes gelés, les Troyens, répartis en deux groupes : les Grecs en L4 et les Troyens en L5. On soupçonne les Troyens d'être des corps rescapés du bombardement intense tardif ou Late Heavy Bombardment (LHB) qui a eu lieu environ 700 Ma après la naissance du système solaire. Ils proviendraient de la ceinture de Kuiper disloquée par l'influence gravitationnelle de Neptune et seraient à ce titre riches en glaces planétaires, étant formés très loin du soleil. Ces glaces contiennent tous les éléments dont on a besoin pour faire croitre une structure végétale.




Le deltaV minimal (transfert de Hohmann) pour désorbiter une masse depuis cette distance r1 jusqu'à la distance r2, l'orbite terrestre (1 UA) est :



Avec µ = GM
G la cte de gravitation et M la masse du Soleil 1,99e30 kg

soit deltaV = 3,9 km/s

L'énergie cinétique du transfert de Hohmann depuis la limite des glaces représente 1/4 (au minimum) de celle que nécessite l'extraction de matériaux terrestre. Ce n'est pas un avantage si considérable en soi, car les contrainte techniques sont par ailleurs bien plus grandes. Mais cela joue sur des masses vraiment considérables.

L'énergie cinétique de désorbitation depuis Jupiter représente 1,5e20 J (8,1e20 J depuis la Terre + atm) pour 20 Gt. En 2010, l'activité humaine représente 5,1e20 J annuels (cf Échelle de Kardashev).

La conquête des petits corps glacés réprésente une économie d'énergie de quelques années de production énergétique terrestre. Mettons que ça valle le coup. Sus aux Troyens.



On imagine donc des missions capables d’amener en trajectoire directe des navettes jusqu’à croiser près de Jupiter. Ces navettes sont capable de conduire 12 hommes en 6 mois, pour y travailler de quelques semaines à 6 mois (soit des mission d'un an et demi au maximum).

Ces équipes amènent avec elles une centrale minière autonome, une mineuse, d’environ 10 m de diamètre.


La mineuse s’enterrant dans le manteau glacé de l'astéroïde, fait tourner une grosse vis d’Archimède creuse, chauffée de l’intérieur par un courant gazeux, comme un énorme ver des glaces. Les vapeurs captée au sein de la vis sont recueillies par une tuyauterie périphériques et acheminées vers d’immenses enveloppes à fines parois. Les gaz extraits s’y refroidissent et recondensent en glace en rayonnant leur chaleur dans l’espace. Selon la température de la vis, on extrait de manière fractionnée les différentes composantes des manteaux glacés. En fin de processus on a accumulé d’énormes poches de matériaux solides et purifiés : eau, oxyde et dioxyde de carbone, méthane, ammoniac...


La mission de retour le ramène en orbite terrestre, à la manière d’un pousseur sur les canaux terrestre. Sur sa nouvelle orbite rapprochée et fortement illuminée par le Soleil, le contenu des réservoir riche en hydrogène (OH2, NH3, CH4…) passent en boucle dans un grand dispositif fonctionnant à l'énergie solaire, l’Alambic.


L'Alambic se compose d'un tunnel cylindrique de grand diamètre fait d'un polymère très fin et gonflé à très faible pression, sur le point de Lagrange Terre-Lune, disposé perpendiculairement au rayonnement solaire. Sa face dirigée vers le Soleil est transparente. L’autre face, recouvert d’une fine couche d’aluminium, forme un miroir parfait. Dans l'axe du tunnel, au foyer du miroir cylindrique, court un tube de carbone, supportant de très haute température, sur lequel se concentre les feux concentrés du rayonnement solaire.


Faisant un angle droit avec ce cylindre, protégé du rayonnement solaire par la paroi réfléchissante, s’étendent d’immenses réservoirs qui rayonnent leur chaleur dans l’espace.


Le matériau volatile, après s’être évaporé dans la colonne chauffée, vient s’y refroidir et condenser en glace. Le cycle d’évaporation - condensation répété de nombreuses fois permet de séparer les molécules contenant l’hydrogène lourd, le Deutérium qu’il faut accumuler en masse pour alimenter les moteurs de l’Arche.


La matière enrichie est ensuite craquée dans un second temps, en diminuant le débit dans le conduit pour atteindre les hautes température nécessaire à la thermolyse. On recueille à part l’hydrogène enrichi et une molécule résiduelle qui rentrera dans la composition des parois de l’Arche. La transformation du courant gazeux chauffé qui circule dans l’Alambic permet également la production d’électricité.


L'Arche se situe à une orbite quasi-équipotentielle par rapport à l'Alambic et le transfert des matériaux de l'un à l'autre nécessite un deltaV très faible.


Sacrifions Patrocle !

Parmi les astéroïdes qui peuples l'orbite troyenne, on devrais choisir un compromis entre le confort et l'énergie. Le confort, c'est à dire a capacité à travailler en sécurité dessus. Et l'énergie c'est à dire la faiblesse du champs de gravité pour en extraire du matériau.

A titre de cas d'école, prenons Patroclus and Menoetius. Ils forment un système double ce qui offre à mon avis plus d'avantage que d'inconvénient.

Il s'agit de 2 corps de taille sensiblement égale, 60 km de rayon environ, soit une surface de 40 000 km2 et une masse de 6 à 700 000 Gt chaque (la densité est faible 0,8). S'il s'agit de matériau assez proche de la matière cométaire comme on doit s'y attendre, la surface est formé d'un neige peu cohésive et poussiéreuse, formée au 3/4 d'eau.

Le fait de prendre un système double comme celui ci permet de doubler la surface de prospection pour une vitesse de libération minimale (40 m/s). Cette vitesse est faible sans être ridicule et il est assez sécurisant de travailler à la surface d'un corps dont on ne risque pas de s'éjecter à la moindre fausse manœuvre qui communiquerait de la vitesse à ceux qui travaillent à sa surface.

Que ce soit ce couple de Grecs ou un autre Grec ou Troyen, a priori on n'en choisie qu'un seul, dont l'exploitation permet de collecter la totalité de la masse de l'Arche.

Les 20 Gt représente l'extraction d'une couche d'environ 50 m d'épaisseur sur toute la surface d'un des deux corps, ou 25 m répartis sur les deux. On peut également imaginer ouvrir la surface sous forme d'un entonnoir qui s'approche du coeur de l'astéroide si certains matériaux ne sont présent qu'au coeur. On connait très peu de chose de ces petits corps et on ignore notamment s'ils sont homogène. On sait qu'ils sont sans doute peu différenciés ; à quel degré, on l'ignore. Peut être que pour recueillir les 3% de silicium de la masse de l'Arche et quelques menus métaux il sera avantageux de s'approcher du centre.

Mode d'extraction.

Le principe est d'extraire juste la quantité requise pour la désorbiter.

Rapel des besoins et du ratio arche/glaces planétaires





On voit notamment que l'azote (sous forme d'ammoniac NH3) est une denrée rare et qu'il faut traiter une masse près de 10 fois (taux d'extraction = 1/10e) égale au matériau brut pour extraire le nécessaire.

La mineuse doit permettre prélever et de purifier grossièrement en un seul passage le matériau extrait.




Enveloppant le tube, une vis de progression joue le rôle d'hélice pour progresser dans le matériau poreux. Non représenté, 2 couples d'ailerons en croisillons situés à l'arrière, ancré sur la case moteur-énergie, permettent l'appui sur la glace et la direction 2 axes de l'engin (en lacet et en profondeur) à la manière d'un gouvernail. A l'avant un vis de pénétration tasse le matériau dans le conduit. La vis d'extraction, découplée de la précédente, tourne à son propre rythme et vient prendre sur le bouchon de glace accumulée dont la densité augmentée assure l'étanchéité. La vis d'extraction est triple corps cad que de chaque coté d'un filet central vide et isolant, on trouve deux filets dans lesquels circulent de la vapeur thermostatée qui chauffe les compartiments individualisés par les tours de vis. L'axe central est poreux aux gaz sublimés et des conduits les acheminent vers l'arrière.

Durée d'extraction.
Il dépend de la vitesse de progression et du nombre d'engins mis en service.
A titre d'exemple, en tentant d'être réaliste au moins par pifométrie, prenons une vitesse de progression de 1 cm/s, 100 engins et un taux d'extraction de 1/10e. Cela nous donne une durée d'extraction de 1 siècle.

Coût énergétique
Pour le coût énergétique, il faut ajouter la sublimation de la glace extraite au transfert orbital. En procédant de telle sorte qu'on ne sublime que la quantité requise, et en comptant 50 kJ/mol (vu que c'est au 3/4 de l'eau), ça donne un total de 6e19 J environ.


Soit au total (0,6 + 1,5)e20 J. Ça représente une consommation de 240 t de Deutérium, et l'équivalent en gros d'une décennie de production énergétique nécessaire à l'entretien des écosystèmes et parois dans l'Arche.


a+