Titan Explorer

La mission est en compétition avec Europa Geophysical Explorer. Sinon, rendez-vous le 23 avril 2018. je serai moins jeune qu'aujourdhui et le forum sera dans sa treizième année :D . Bien entendu, ce rapport n'est pas tout chaud, mais réaliser une mission s'assimile sur Terre à une course de fond(s !).

http://www.lpi.usra.edu/opag/oct_05_meeting/langley_titan.pdf

:eeks: :eeks: :eeks: un dirigeable pour exporer titan ! souhaitons que ce projet se concrétise.



d'aprés eux, le risque est plus mesuré par rapport à un avion ou hélico.

Et pourquoi pas, c'est un bon moyen d'exploration !

même s'il y a quelques contraintes techniques :

- gaz employé pour le gonflage du ballon sinom BOOUM.
- structure du ballon.
- etc.

Ou plutôt maintenant Titan Saturn System Mission :

http://opfm.jpl.nasa.gov/titansaturnsystemmissiontssm/ :D

Titan Explorer pourrait virer amphibie :

http://futureplanets.blogspot.com/2009/09/dive-dive-titan-submersible.html

Je n'ai pas compris si le dirigeable et le module flottant/coulant sont dans la même mission ?

Il faudra aussi un satellite - au moins - pour relayer les communications de données ... On va avoir besoin d'une Ares V pour lancer tout çà

Titan affords a unique laboratory for the investigation of alternative—“weird”—biochemical processes involving nonwater polar solvents (ammonia) or nonpolar solvents (hydrocarbons) [cf. NRC, 2007]."

En tout cas cela serait un sujet d’études passionnant sur les possibilités de processus biochimiques utilisant d’autres solvants que l’eau : l’ammoniac liquide est un solvant polaire et pourrait peut-être jouer le rôle de l’eau à plus basse température.

buzz13 a écrit:
-gaz employé pour le gonflage du ballon sinom BOOUM.

L’atmosphère de Titan n'est pas oxydante, mais réductrice - ce qui permettrait de gonfler le ballon au dihydrogène - deux fois plus léger et quant-même plus facilement stockable sous forme liquide que l'hélium (et moins cher, mais bon cela ne serait qu'une goutte d' "eau " sur le budget qui serait considérable) - et ceci sans risque d'explosion.

Giwa a écrit:
L’atmosphère de Titan n'est pas oxydante, mais réductrice - ce qui permettrait de gonfler le ballon au dihydrogène - deux fois plus léger et quant-même plus facilement stockable sous forme liquide que l'hélium (et moins cher, mais bon cela ne serait qu'une goutte d' "eau " sur le budget qui serait considérable) - et ceci sans risque d'explosion.

Je ne suis pas certain de cette affirmation ? AMHA les difficultés de conservation des deux gaz liquéfiés dans l'espace sont assez comparables. Tu peux compléter ?

Je confirme l'assertion de Giwa. Dans une atmosphère sans oxygène ni autre oxydant il n'y aucun danger à utiliser le dyhydrogène gazeux pour un aérostat, est il en faut moins que si on utilise de l'Hélium, le tout pour une meilleure flotabilité.
Températures d'ébullition :
H₂ : 20,268 K
He : 4,216 K
Masses volumiques du gaz à 1 bar :
H₂ : 0,089 9 kg/m³
He : 0,178 5 kg/m³
Maintenant, conserver pendant plusieurs années du LH2 paraît peut paraitre difficile sans qu'il y ait pertes par évaporation, même en sortant du système solaire intérieur, mais il en faut très peu pour gonfler un aérostat de petite taille, et le transporter sous pression ne paraît pas rédhibitoire en termes de masse (Il faut 89,9 g/m3 de dydrogène gazeux à la pression atmosphérique).

EDIT : Certains satellites astronomiques d'observation dans l'IR emportent de l'hélium liquide à 4,216 k pendant des années, ça devrait donc être jouable pour du LH2 à 20,268 K... Ce serait plus pour des raisons de masse de l'isolation thermique que d'évaporation que le choix de H₂ sous pression pourrait être privilégié quand il s'agit de petites quantités.

Tout s'explique par la loi d'Avogadro: le volume occupé par un gaz est proportionnel au nombre de ces molécules dans les mêmes conditions de température et de pression quelque soit la nature de ses molécules . Or la masse molaire du dihydrogène est de 2 g/mol tandis que la masse molaire atomique de l'hélium est de 4g/mol ce qui induit que les molécules H₂ sont deux fois plus légères que les atomes He - et donc que pour un même volume de gaz la masse en hydrogène est la moitié de celle en hélium.
Stocker du dihydrogène liquide est plus facile que pour l’hélium, non seulement parce qu’il n’est pas nécessaire de descendre aussi bas en température, mais aussi parce que sa chaleur de vaporisation est plus de 5 fois plus grande : 0,449 36 kJ/mol au lieu de 0,0845kJ/ mol, -donc pour la même fuite thermique on en perd plus de 5 fois moins.

Henri a écrit:
EDIT : Certains satellites astronomiques d'observation dans l'IR emportent de l'hélium liquide à 4,216 k pendant des années, ça devrait donc être jouable pour du LH2 à 20,268 K... Ce serait plus pour des raisons de masse de l'isolation thermique que d'évaporation que le choix de H₂ sous pression pourrait être privilégié quand il s'agit de petites quantités.

Je me demande s'il ne serait pas intéressant pour ces satellites où la nécessité d'un froid proche du zéro absolu oblige à recourir malgré tout à l'hélium liquide d'entourer celui -ci d'un cryostat à l'hydrogène liquide pour limiter les pertes en hélium : il y aurait un gain en masse embarquée de liquides cryogéniques - et aussi en $ ou €

Giwa a écrit:Tout s'explique par la loi d'Avogadro: le volume occupé par un gaz est proportionnel au nombre de ces molécules dans les mêmes conditions de température et de pression quelque soit la nature de ses molécules . Or la masse molaire du dihydrogène est de 2 g/mol tandis que la masse molaire atomique de l'hélium est de 4g/mol ce qui induit que les molécules H₂ sont deux fois plus légères que les atomes He - et donc que pour un même volume de gaz la masse en hydrogène est la moitié de celle en hélium.
Stocker du dihydrogène liquide est plus facile que pour l’hélium, non seulement parce qu’il n’est pas nécessaire de descendre aussi bas en température, mais aussi parce que sa chaleur de vaporisation est plus de 5 fois plus grande : 0,449 36 kJ/mol au lieu de 0,0845kJ/ mol, -donc pour la même fuite thermique on en perd plus de 5 fois moins.

Non, Giwa : plus de 10 fois moins en masse car il ne faudrait tout de même pas oublier que la masse molaire de H₂ est 2 fois moindre que celle de He, n'est-ce pas ? ;)

Giwa a écrit:

Giwa a écrit:Tout s'explique par la loi d'Avogadro: le volume occupé par un gaz est proportionnel au nombre de ces molécules dans les mêmes conditions de température et de pression quelque soit la nature de ses molécules . Or la masse molaire du dihydrogène est de 2 g/mol tandis que la masse molaire atomique de l'hélium est de 4g/mol ce qui induit que les molécules H₂ sont deux fois plus légères que les atomes He - et donc que pour un même volume de gaz la masse en hydrogène est la moitié de celle en hélium.
Stocker du dihydrogène liquide est plus facile que pour l’hélium, non seulement parce qu’il n’est pas nécessaire de descendre aussi bas en température, mais aussi parce que sa chaleur de vaporisation est plus de 5 fois plus grande : 0,449 36 kJ/mol au lieu de 0,0845kJ/ mol, -donc pour la même fuite thermique on en perd plus de 5 fois moins.

Non, Giwa : plus de 10 fois moins en masse car il ne faudrait tout de même pas oublier que la masse molaire de H₂ est 2 fois moindre que celle de He, n'est-ce pas ? ;)

:megalol: :megalol: :megalol: Giwa qui s' enguirlande lui-meme :megalol:

C'et ce que l'on appelle de l'autocritique ;) ...mais light-pour de détendre un peu et et surtout bien faire passer le message - rien à voir avec celles du temps des gardes rouges de la révolution maoïste - beaucoup plus hard - et pas drôle du tout ! Mais on dérive en HS et il faut revenir sur le satellite Titan.

Quelque soit le type d'engin - dirigeable, hélicoptère ou avion - il devra se diriger seul juste avec quelques grandes lignes d'instruction de la Terre vu la durée des communications, donc il faudra faire appel à leur intelligence artificielle. C'est là que réside peut-être le plus grand challenge.

Les survols par Cassini ont-ils permis d'avoir une idée de la profondeur de la mer d'hydrocarbures ?

La liaison entre un éventuel module qui plongerait et la surface (pour relayer les données) parait assez complexe. Une liaison filaire parait indispensable ... mais si c'est profond de plusieurs km, ce sera galère d'avoir une telle masse sur le radeau et un treuil pour dévider le fil de liaison. Le radeau devrait aussi avoir une antenne pour émettre vers le dirigeable ou vers les satellites. Bref il y a du boulot !

Giwa a écrit:...Stocker du dihydrogène liquide est plus facile que pour l’hélium, non seulement parce qu’il n’est pas nécessaire de descendre aussi bas en température, mais aussi parce que sa chaleur de vaporisation est plus de 5 fois plus grande : 0,449 36 kJ/mol au lieu de 0,0845kJ/ mol, -donc pour la même fuite thermique on en perd plus de 5 fois moins.

Grrr... Tu me coiffes encore sur le poteau, je n'avais pas pensé à chercher du coté de l'enthalpie de vaporisation... :wall:

montmein69 a écrit:Les survols par Cassini ont-ils permis d'avoir une idée de la profondeur de la mer d'hydrocarbures ?

Voui. ;)

http://www2.cnrs.fr/presse/journal/3914.htm

Pour autant, le méthane liquide ne serait pas absent de la surface de la lune gelée. En juillet 2006, les planétologues ont en effet repéré sur les images du radar de Cassini des dizaines de « surfaces lisses » au-delà des 70° de latitude nord4. Pour les experts, ces taches sont des lacs de méthane. Toutes réunies, ces étendues liquides, parfois longues de centaines de kilomètres, représenteraient une superficie supérieure à celle de la mer Noire5. Quid de leur profondeur ? C’est justement l’objet de la seconde étude impliquant le CNRS. Philippe Paillou, chercheur au Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux (LAB)6, Gilles Ruffié, ingénieur au Laboratoire de l’intégration, du matériau au système (IMS)7, et leurs collègues américains ont réexaminé les images du radar de Cassini afin de voir s’il n’était pas finalement possible de chiffrer cette valeur. Le fond des lacs étant par endroits visible sur ces clichés, ils en ont déduit que le signal de l’orbiteur pouvait traverser le liquide. Pour déterminer jusqu’à quelle profondeur, ils ont mesuré, dans le cadre d’une collaboration avec Gaz de France, la « constante diélectrique » du gaz naturel liquide, lequel est essentiellement composé de méthane. Comme cette grandeur caractérise l’atténuation du signal de Cassini dans ce composé, l’équipe a pu calculer que les lacs de Titan ont une dizaine de mètres de profondeur, au moins. Et même, grâce à des données topographiques, estimer leur volume total. Celui-ci s’avère gigantesque. Les réserves de méthane de Titan seraient, en effet, 400 fois supérieures à celles de tous les hydrocarbures terrestres…


a+

Gilgamesh a écrit: Le fond des lacs étant par endroits visible sur ces clichés, ils en ont déduit que le signal de l’orbiteur pouvait traverser le liquide. Pour déterminer jusqu’à quelle profondeur, ils ont mesuré, dans le cadre d’une collaboration avec Gaz de France, la « constante diélectrique » du gaz naturel liquide, lequel est essentiellement composé de méthane. Comme cette grandeur caractérise l’atténuation du signal de Cassini dans ce composé, l’équipe a pu calculer que les lacs de Titan ont une dizaine de mètres de profondeur, au moins . Et même, grâce à des données topographiques, estimer leur volume total. Celui-ci s’avère gigantesque. Les réserves de méthane de Titan seraient, en effet, 400 fois supérieures à celles de tous les hydrocarbures terrestres…a+

Donc la possibilité d'explorer les fonds des lacs par un engin submersible serait grandement facilitée si les signaux peuvent traverser le méthane liquide sans être obligé de passer par des relais en surface. Mais, même si ce n'était pas possible, on peut envisager que cet engin remonte en surface de manière programmée pour transmettre ses informations. De toute manière- vu la durée des communications qui, pour un aller-retour, avoisine les quatre heures - un tel engin devrait être dotée d’une intelligence artificielle suffisante pour s’autoguider – les instructions qu’il recevrait n’étant que des ordres globaux d’accomplir telle ou telle tâche.
En tout cas, en plus de l’intérêt scientifique de continuer l’exploration de Titan, cela permettrait le développement de la robotique et de l’intelligence artificielle.

Bien que les données physiques (qui ne sont pas pour autant les seules à prendre en compte pour une solution technologique au problème) donnent l'avantage au H2 ... dans le pdf sur la mission, la NASA privilégie l'hélium.



Les ingénieurs qui ont cogité là-dessus n'étant pas équipés de demi-cervelles :shock: .... ils doivent avoir leur raison (peut-être l'extrême facilité de diffusion des molécules de H2 et donc une difficulté de confinement incompatible avec un voyage d'approche si long ?)

Je suggère aussi que l'inertie chimique est un facteur déterminant (joints, soupapes sont très fragiles en environnement cryotechnique)

C’est exact que la diffusion du dihydrogène est un peu plus rapide que celle de l’hélium – mais sous forme gazeuse. Or pendant les voyages on peut le stocker soit sous forme liquide ou dans des hydrures - donc le problème n’existera que sur place lorsque le ballon sera rempli de gaz – mais vu la température très basse de Titan, la diffusion sera considérablement ralenti – et rien n’empêche de compenser en permanence les pertes par un apport à partir d’un réservoir à hydrogène liquide ou à hydrures.
http://fr.wikipedia.org/wiki/H%C3%A9lium
En raison de la petite taille de ses atomes (on parle de l’hélium), sa vitesse de diffusion à travers les solides est égale à trois fois celle de l'air et environ 65 % celle de l'hydrogène.

Le dihydrogène gazeux a tout de même était utilisé dans les airs pendant plus de deux siècles - et si son usage a été interdit, c’est avant tout pour des raisons de sécurité après les nombreux accidents - qui n’auraient pu se produire dans l’atmosphère réductrice de Titan où le dihydrogène ne peut rentrer en combustion. Quant à l’hydrogène liquide, on l’utilise bien pour Ariane V par exemple et cet hydrogène passe obligatoirement dans des tuyauteries à très basse température. Bon l’équipe d’ingénieurs de la NASA en charge de cette partie du programme ne voulait peut-être tout simplement ne prendre de risque en innovant et rester en terrain connu –surtout qu’ils ont sans doute plein d’autres problèmes à résoudre.
De toute manière, l’option hélium sera viable – et la NASA peut quant-même se payer de l’hélium – malgré la crise.

Giwa a écrit:Quant à l’hydrogène liquide, on l’utilise bien pour Ariane V par exemple et cet hydrogène passe obligatoirement dans des tuyauteries à très basse température. Bon l’équipe d’ingénieurs de la NASA en charge de cette partie du programme ne voulait peut-être tout simplement ne prendre de risque en innovant et rester en terrain connu –surtout qu’ils ont sans doute plein d’autres problèmes à résoudre..

Je vois une différence notable en ce qui concerne la durée pendant laquelle on travaille avec ce fluide cryogénique.
- un lancement c'est un segment sol qui complète en permanence le niveau jusqu'à quelques minutes du lift-off. C'est une utilisation pendant quelques minutes qui consomme tout le contenu des réservoirs. Un délai un peu plus long si on doit utiliser un second étage (ESCB ... s'il vole un jour) ou au maximum quelques jours / semaines (si par exemple on utilise un étage ré-allumable pour des corrections de trajectoire interplanétaire).
On sait que les américains ont envisagé des réservoirs d'H2 en réserve pour des voyages lunaires ou martiens, mais que le problème de conservation parait très délicat et pas encore vraiment solutionné.

- gonfler un ballon destiné à Titan, c'est devoir conserver le fluide pendant plusieurs années de voyage ... et avoir 99,99 % de chance que le ballon soit opérationnel en arrivant à destination. Je comprends qu'on privilégie la sécurité et les méthodes éprouvées (on utilise je crois de l'hélium pour la pressurisation de réservoirs d'ergols chimiques stockables pour des missions longues, donc on doit bien maitriser la technique avec ce gaz). Bref ... si on ne trouve pas de raison très évidente pour éliminer l'H2 ... elles sont peut-être à chercher de ce côté ?

Il ne s’agirait pas de gonfler le ballon avant l’arrivée sur Titan - et le gonflage de celui-ci serait de l’ordre des minutes - à la rigueur des heures

Quant à l’hélium, il pose aussi pas mal de problèmes pour un long voyage car si on le conserve sous forme gazeuse les parois devront être bien épaisses pour limiter la diffusion.
Et sous forme liquide, on rencontre tous les problèmes déjà évoquées d’évaporation - plus le problème de sa très faible viscosité qui favorise les fuites:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Superfluide
Ce liquide incolore a une viscosité très faible, et une densité 1/8, qui n'est qu'un quart de la valeur prévue par la physique classique.
(En dessous de 2 ,17 K, il devient d’ailleurs superfluide)

Quant au choix de la pressurisation des réservoirs d'ergols à l'hélium, c'est un problème de sécurité : on part de la Terre dans une atmosphère oxydante et on ne tient pas à transformer ceux-ci en bombes potentielles- et dans le cas d'un réservoir à oxygène liquide, il est évident que l'on ne va le pressuriser à l'hydrogène gazeux - sauf si on tient à faire un super feu d'artifice.
Dans l'autre cas particulier d'un réservoir à hydrogène liquide, il n'ya pas d'autre choix que l'hélium car tout autre gaz introduit au dessus se liquéfiera - hydrogène compris puisqu'il devra être introduit à une pression supérieure à celle de sa pression de vapeur saturante si on veut créer une pressurisation.

Mais bon le choix a été fait et on ne va revenir sans arrêt dessus.

Ne pas oublier le poids de l'habitude. Cela fait tellement longtemps que l'hydrogène est banni des aérostats sur la Terre, qu'aucun responsable de programme spatial n'a envi de se casser la tête à justifier son usage dans un aérostat face à un public (politiques compris) qui ne comprendra pas que dans ce cas de figure c'est le meilleur choix... (Un peu la même problématique idéologique que la propulsion nucléaire dans l'espace.)