Re: Thème et variations sur les voyages interstellaires

[lambda0]

On se rend compte en effet que ce modèle standard devient de plus en plus biscornu, et que de nombreux problèmes résistent, aussi bien en physique des particules qu'en cosmologie.
Mais celà ne signifie pas qu'on est sur le point de trouver.
La théorie des cordes occupe des milliers de physiciens depuis 30 ans, et je sentais plutôt poindre un certain désespoir.
Pareil en cosmologie où on raffine à l'infini le modèle cosmologique standard.
Pour l'étape suivante, on a le choix entre des milliers de modèles d'univers inflatoire, et des milliards de versions de la théorie M...
Quand bien même une de ces théories serait correcte, il faudrait encore qu'elle puisse changer les données de notre problème. Pour une théorie de Heim qui nous ouvrirait la porte des étoiles, il y a cent théories possibles qui confirment que la vitesse de la lumière est une limite absolue avec laquelle on ne peut pas tricher.

Pour anecdote: j'ai essayé de discuter de la théorie de Heim avec des théoriciens, pour savoir ce qu'ils en pensaient. Ils m'ont un peu envoyer promener après y avoir jeté (peut-être) un coup d'oeil superficiel, et le fait que cette théorie soit testable, contrairement aux cordes, ne semble intéresser personne.
Autre exemple symptomatique : je croyais avoir compris que le but du LHC était de faire apparaitre le boson de Higgs, une des pierres angulaires manquantes du modèle standard, qui en aurait été une confirmation éclatante. Et voici qu'apparaissent des versions du modèle dans lesquelles le Higgs n'existe pas...
Alors, compter sur la physique théorique... On peut aussi bien patauger pendant 300 ans.

Par contre, la fusion, ou l'antimatière, ça existe, ça a été démontré en laboratoire, et on retombe sur de la recherche appliquée et des problèmes d'ingénierie.

A+

EDIT: merci pour ces quelques documents que je me hate de télécharger :D

[Argyre]

Bonjour,

Il faut voir que la puissance requise augmente comme le carré de la vitesse, donc pour éjecter des particules à 200000 km/s, il faut 100 fois plus d'énergie, et la seule source d'énergie concevable est alors l'annihilation de l'antimatière.

Attention, il me semble que tu mélanges puissance et énergie. Pour arriver à 200000 km/s, il faut une certaine puissance qui implique une certaine quantité d'énergie par seconde. Le dispositif qui permet d'obtenir de la puissance est une chose, celui qui permet de stocker de l'énergie en est une autre. A priori, je ne vois pas de lien direct entre les 2. D'un point de vue purement théorique par exemple, on peut brûler du charbon pour obtenir autant d'énergie que souhaité (sous forme électrique par exemple) qui sera exploité avec un certain rendement par un moteur qui permet d'obtenir une certaine puissance d'éjection.
Il faudrait donc dissocier les problèmes :
1) Quel poids pour quel moteur pour atteindre 200000 km/s de Ve ?
2) Quelle puissance du moteur pour en déduire l'énergie à stocker et sous quelle forme ?
A moins que les contraintes sur l'énergie à stocker conduisent inévitablement à l'anti-matière ?

Sur le flux de matière : de telles vitesses d'éjection impliquent en effet des poussées très faibles, et des distances d'accélération de plusieurs années-lumières, à moins de surdimensionner les moteurs, ce qui se fait au détriment de la charge utile...
Ces propulsions sont aussi assez inadaptées pour se déplacer à l'intérieur d'un système planétaire dans des champs gravitationnels trop forts.

Oui, c'est effectivement ma crainte, mais peut-on le quantifier (et posons l'hypothèse qu'on sort du système solaire avec V0=100km/s par exemple) ?

[lambda0]

Salut

Je pensais seulement à l'énergie cinétique des particules.
On considère bien la puissance du faisceau de propulsion, reliée à la vitesse d'éjection et au débit, à un rendement près.
Mais en dernière analyse, le paramètre important est bien l'énergie stockée par unité de masse de réactif.
On peut bien brûler du charbon pour accélérer des particules à 200000 km/s, mais il en faudra un peu plus que de combustible nucléaire parce que la densité énergétique est bien plus faible, et du coup, il en résultera une accélération bien plus faible pour la même poussée. Ou dit autrement : en brulant 1 kg de charbon, on n'obtient pas assez d'énergie pour accélérer à 200000 km/s la totalité de la masse des produits de combustion.
Mais c'est vrai que ma phrase portait un peu à confusion, j'ai fais un raccourci un peu rapide : j'entendais par là qu'on a globalement besoin d'une source d'énergie d'une densité 100 fois supérieure, ce qui mène à l'annihilation d'antimatière.
J'ai quand même vu récemment un concept de réacteur à fusion inertielle qui pourrait produire un faisceau de propulsion à 50000 km/s, mais il semble que ce soit vraiment l'extrême limite, sans utiliser de source d'énergie autre que celle contenue dans le réactif, évidemment.

Par ailleurs, tu as raison d'insister sur la masse du système de propulsion : c'est souvent le paramètre qui est oublié dans certaines analyses sommaires basées uniquement sur la formule de Tsiolkovski.
Si tu reprends par exemple le pdf que j'ai donné sur la production d'antimatière, ce paramètre n'est absolument pas pris en compte, alors que ça change totalement le résultat.
Dans mon message du 1/2, 8h37, j'intègre bien la masse du système de propulsion dans le modèle, et au premier ordre, le système de propulsion est caractérisé par son impulsion spécifique, et sa puissance spécifique.

Le temps de mettre en forme quelques chiffres pour fixer les idées, et je reviens.

A+

[Argyre]

Mais en dernière analyse, le paramètre important est bien l'énergie stockée par unité de masse de réactif.

Pas tout à fait me semble t-il, parce qu'en dissociant le système énergétique du système propulsif, on peut envisager toutes les techniques possibles pour récupérer de l'énergie spatiale et la transformer en électricité par exemple.
Sauf que les quantités à récupérer sont peut-être bien trop négligeables, même sur une période de plusieurs dizaines d'années ?

Cordialement,
Argyre

[Alpha2]

Vos exposé successifs mon rapidement largué, mais vous avez également égratigné au passage une croyance que je détenais de mes cours de physique. Je croyais que dans le vide sidéral sans influence gravitationnel, la vitesse final étais défini par la quantité de matières éjecté, et l'accélération était tributaire du temps utilisé pour éjecté la totalité de la matière prévu à la propulsion.

Je crois comprendre de vos texte que la vitesse des éjectats défini la vitesse du propulseur. À L' AIDE !

[lambda0]

Mais en dernière analyse, le paramètre important est bien l'énergie stockée par unité de masse de réactif.

Pas tout à fait me semble t-il, parce qu'en dissociant le système énergétique du système propulsif, on peut envisager toutes les techniques possibles pour récupérer de l'énergie spatiale et la transformer en électricité par exemple.
Sauf que les quantités à récupérer sont peut-être bien trop négligeables, même sur une période de plusieurs dizaines d'années ?

C'est bien la conclusion à laquelle on arrive : pour que le vol interstellaire devienne praticable, la source d'énergie et/ou la masse de réaction doivent provenir de l'extérieur.
Ce qui mène (pour l'instant) à deux types de systèmes :
- Le voilier photonique, accéléré par un faisceau laser
- Le ramjet de Bussard, utilisant l'hydrogène du milieu interstellaire
http://en.wikipedia.org/wiki/Bussard_ramjet

Si le vaisseau doit tout emporter, il me semble que quelle que soit la façon dont on tourne le problème, il faut plusieurs siècles pour atteindre une étoile proche et s'y satelliser, même si certains systèmes permettent de faire le trajet en moins d'un siècle mais en survol.
Pour montrer aussi l'influence de paramètres comme la poussée, ou la masse de la propulsion, voici un calcul pour un moteur à fusion.
La propulsion est basée sur un réacteur à fusion en confinement inertiel électrostatique (IEC), dû à Bussard.
On considère la réaction p+Li7->2He4+17.4 MeV, produisant une vitesse d'éjection de 20600 km/s.
Le système de propulsion est constitué d'une matrice de réacteurs d'une puissance unitaire de 8 GW et pesant 14t.
On dimensionne le vaisseau pour expédier une sonde d'environ 500t vers Alpha Centauri, sur une distance de 4,4 a.l.
Cette masse semble assez importante, mais il faut considérer qu'à l'arrivée, elle se fractionne en plusieurs sondes autonomes pour explorer chaque planète d'un système. Il faut également prévoir un système de communication adéquat, avec sa source d'énergie.
Ce qui donne :
Vitesse d'éjection : ve=20600 km/s
Puissance de fusion par réacteur : Pf=8 GW
Rendement : r=0,6
Poussée par moteur : F0 = 466 N
Nombre de moteurs : N = 108
Poussée totale : F = 50 kN
Masse sèche : Ms = 2000 t
Masse propulsive : Mp = 18000 t
Masse des moteurs : Mm = 1511 t
Charge utile : Mu = 489 t
k = 0,9
Distance : D = 4,4 a.l.
Distance accélération/décélération : Da = 3 a.l.
Vitesse max : vmax = 14230 km/s
Temps de vol : T = 170 ans

On dispose d'une poussée équivalente à 5t pour accélérer un vaisseau de 20000t au départ, malgré un système de propulsion développant au total près de 500 GW. Le système de propulsion lui-même constitue ici les 3/4 de la masse sèche, ce qui laisse peu de marge pour obtenir une poussée plus importante en rajoutant des moteurs.

Je commence donc plutôt à me documenter sur les concepts de voiliers photoniques, et de ramjet.
L'idée du voilier photonique est assez séduisante pour lancer des sondes légères, mais souffre d'un gros handicap : comment freiner ?
Le Ramjet de Bussard a aussi des limitations, mais il semble que ce soit contournable.

Mon intime conviction, que je n'arrive pas à démontrer, est qu'il doit exister une solution physique conventionnelle pour atteindre une étoile proche et s'y satelliser en moins d'un siècle, peut-être une variante des deux systèmes précédents.

A+

[lambda0]

Vos exposé successifs mon rapidement largué, mais vous avez également égratigné au passage une croyance que je détenais de mes cours de physique. Je croyais que dans le vide sidéral sans influence gravitationnel, la vitesse final étais défini par la quantité de matières éjecté, et l'accélération était tributaire du temps utilisé pour éjecté la totalité de la matière prévu à la propulsion.

Je crois comprendre de vos texte que la vitesse des éjectats défini la vitesse du propulseur. À L' AIDE !

C'est la formule de Tsiolkovski : M(t)=M0.Exp(-v(t)/ve)
Mais on peut la retourner et écrire : v(t) = -ve.Ln(M(t)/M0)
Si on se fixe un rapport de masse M(t)/M0, la vitesse finale est bien définie par la vitesse d'éjection.
On aurait intérêt à avoir M(t)/M0 le plus petit possible pour arriver à une vitesse maximale, mais il faut considérer que M(t) doit inclure la masse des moteurs : on ne peut donc pas s'approcher autant qu'on veut de 0, et celà se fait au détriment de la charge utile. Et en diminuant la masse des moteurs, on diminue la poussée et on augmente la distance d'accélération, même si on arrive au final à la même vitesse.
Il y a donc des compromis à faire.
Mais sinon, oui, bien sûr, l'accélération est bien reliée au temps mis pour éjecter la masse de réaction. Noter que la poussée étant constante, définie par la puissance des moteurs et la vitesse d'éjection, et la masse diminuant au cours du temps, l'accélération augmente au cours du temps.

A+

[Argyre]

On considère la réaction p+Li7->2He4+17.4 MeV, produisant une vitesse d'éjection de 20600 km/s.

Quid de l'énergie potentielle de toutes formes ?
On pourrait très bien prendre le combustible (avant utilisation) et fabriquer avec un objet détenant une énergie mécanique, qui pourrait donc être récupérée. On pourrait même construire un astéroïde creux artificiel, et exploiter l'énergie gravitationnelle en le faisant écrouler au fur et à mesure.
Je dis un peu n'importe quoi, mais par principe, il faut emmagasier le plus possible d'énergie quelle que soit sa forme.
Cependant, tu me confirmeras peut-être que ce ne sont que des gesticulations de mouches, donc négligeables devant l'ampleur de la demande énergétique ?

[lambda0]

Pour fixer les idées, l'énergie libérée par les différentes réactions de fusion possibles est en général de l'ordre de 10^14 à 3.10^14 J/kg. Pour l'antimatière, c'est 9.10^16 J/kg.
Difficile de lutter avec ça.
Il y a bien un cas où l'énergie d'effondrement gravitationnel donne des valeurs de cet ordre : l'accrétion d'un trou noir !
Comme il semble qu'on pourrait fabriquer des micro trous noirs dans un accélérateur de particules, l'idée ne me paraissait pas si absurde, et j'avais posé la question il y a quelques mois. Je pensais que celà pouvait être utilisé comme une source d'énergie à partir des rayonnements émis pendant l'accrétion. Maheureusement, ces trous noirs s'évaporent en moins de 10^-26 s...

Dans tous les autres cas, on est très loin des ordres de grandeurs requis.

A+

[Argyre]

Pour fixer les idées, l'énergie libérée par les différentes réactions de fusion possibles est en général de l'ordre de 10^14 à 3.10^14 J/kg. Pour l'antimatière, c'est 9.10^16 J/kg.
Difficile de lutter avec ça.

Oui, c'est bien ce que je craignais.
Encore une chose cependant : à chaque fois on parle d'énergie par kg. Or l'énergie des ondes électromagnétiques n'est pas pesante. Est-ce qu'il n'y aurait pas là une piste à creuser en emprisonnant par exemple des rayons lumineux dans une enceinte (par exemple en les faisant tourner dans un tore) ?
De plus, pourquoi ne pourrait-on pas commencer à accélérer les particules à éjecter, puis on les ferait tourner grâce à un champ magnétique et on ne les libérerait (éjection) que progressivement ? (a priori, ça me semble infaisable, mais bon on est en phase de brainstorming, faut lancer les idées ...)

[lambda0]

Tiens, pour le stockage de particules accélérés dans un anneau, ça peut se défendre, si elles sont accélérées avant le départ du vaisseau au moyen d'une source d'énergie externe bien sûr.
On est quand même limité vers le haut : aux vitesses relativistes, on perd de l'énergie par rayonnement synchrotron.
D'autre part, la densité spatiale d'énergie est limitée par la charge d'espace : on aurait donc intérêt à utiliser des ions lourds pour limiter ces effets.
D'un autre côté, celà augmente le rayon de gyration et le diamètre de l'anneau.
Pour fixer les idées, si on utilise des protons stocké à 20000 km/s dans l'anneau, on obtient un rayon de gyration de l'ordre de 2 m pour un champ magnétique de 0,1 T.
Ce sont des valeurs raisonnables, et on doit pouvoir utiliser des particules plus lourdes, éventuellement en augmentant le champ. Au point où on en est, on peut bien envisager des anneaux de stockage de plusieurs dizaines ou centaines de mètres.

J'ai bien peur qu'on arrive à une densité spatiale d'énergie assez faible à cause de la charge d'espace, mais je vais quand même essayer de calculer un ordre de grandeur.

A+

EDIT:
En y réfléchissant une minute de plus : il est évident que pour que ce soit intéressant, il faut que les particules soient stockées à une vitesse supérieure à celle qu'on obtiendrait par un processus de fusion, étant donné la masse du dispositif. Il faut donc considérer une vitesse plus élevée, 50000 km/s par exemple, et augmenter d'autant le rayon pour diminuer les pertes par rayonnement synchrotron.
Petit sujet de réflexion pour ce week-end

A lundi...

[Alpha]

Ma question de départ était maladroite, alors en voici une nouvelle; si un astronaute en SEV de l'ISS se débarasse d'un équipement qui a une masse comparable a la sienne en le projetant dans la direction d'où il arrive. L'équipement fut lancé a 4 Km/hr par rapport a l'astronaute pour ralentir a 27,998 Km/hr et l'astronaute d'accéléré a 28,002 Km/hr.

Dans ce cas l'éjectat est plus lent que le projecteur.

Suis je dans l'erreur???

[Space Opera]

Tout est une question de point de vue: en terme énergétique, l'objet lancé ( dans un moteur, du gaz ) et celui qui l'a lancé ( = la fusée ) ont tous les 2 "récupéré" leur part d'énergie de l'énergie chimique consommée ( par exemple l'énergie calorique que l'astronaute a utilisé pour lancer l'objet, on a sacrifié de l'energie potentielle ) sous forme d'énergie cinétique.
Pour en revenir à ton exemple: Tu parles de vitesses en km/h par rapport à un observateur terrestre. Or, dans le cas de l' action/réaction étudiée, notre référentiel doit être un point fixe au départ, par exemple l'astronaute avant qu'il ait laché l'objet, qui me semble adapté. Une fois l'objet lancé, s'il est de même masse que l'astronaute lui-même, il pourra par exemple partir de 2 km/h à "gauche" (si je suis ton exemple) pendant que l'astronaute partira à 2 km/h à "droite", nous sommes d'accord. Vu d'ici le phénomène physique est bien compréhensible. On retrouve bien le deltaV de 4 km/h vu depuis ce point fixe (en orbite autour de la Terre à l'endroit de l'astronaute avant qu'il jette son objet) car 2 - (-2) = 4 km/h, ou depuis le référentiel terre: 27002 - 26998 = 4 km/h. Bien sur, il faudrait traduire les "km/h" en joules équivalents pour bien obtenir la conservation de l'énergie dans le système { astronaute, objet }.

Conclusion de ta question: non, les 2 ont gagné de la vitesse,l'éjecta a bien gagné aussi 2 km/h dans ton exemple, mais bon pas de bol pour lui, il a accéléré dans le mauvais sens pour se maintenir sur orbite, d'où le fait que vu du sol on l'ait vu ralentir pendant que l'astronaute accélère. Les 2 ont autant accéléré ! Attention petit rappel: un "freinage" n'est qu'une accélération que tu peux considérer négative, ce qui ne change rien à sa valeur.

[Alpha]

Je comprend que dans mon exemple la vitesse de l'éjectat est la même que celle du propulseur, car tout est relatif au propulseur, et que si il y a de la variation dans le rapport des masses du propulseur et de l'éjectat, il faut faire varié la vitesse de l'éjectat pour obtenir la même accélération.

[lambda0]

Je comprend que dans mon exemple la vitesse de l'éjectat est la même que celle du propulseur, car tout est relatif au propulseur, et que si il y a de la variation dans le rapport des masses du propulseur et de l'éjectat, il faut faire varié la vitesse de l'éjectat pour obtenir la même accélération.

J'aurais plutôt dit qu'il faut faire varier la vitesse d'éjection pour obtenir la même vitesse finale : écrire la conservation de la quantité de mouvement pour s'en convaincre.
Ce sont bien la vitesse d'éjection et la vitesse finale du vaisseau qui apparaissent explicitement dans la formule de Tsiolkovski, la vitesse d'éjection étant exprimé dans le référentiel du vaisseau.
M1 = M0.Exp(-v/ve)
Cette formule se démontre en exprimant la conservation de la quantité de mouvement entre la masse de réaction et le vaisseau, et ne fait pas apparaitre explicitement de poussée ou d'accélération : pour arriver à ces grandeurs, il faut une information supplémentaire, le débit de masse.

Mais je comprends un peu ces confusions : on a l'habitude de caractériser les moteurs par leur poussée, et donc l'accélération qu'il peuvent imprimer à une masse donnée, parce qu'il s'agit en général de décoller d'une surface planétaire et de vaincre l'accélération de la gravité.
Mais dans le cas qui nous occupe, ce n'est pas le paramètre le plus pertinent : on cherche surtout à atteindre une vitesse finale très élevée sans emporter une masse démesurée. On s'intéresse donc plus à la vitesse d'éjection qu'à la poussée, même si tous ces paramètres sont évidemment reliés. Parce que la vitesse d'éjection détermine, par la formule de Tsiolkovski, la masse de réaction à emporter.

Pour schématiser, les paramètres les plus pertinents seraient, en caricaturant :
- Décollage, manoeuvre en fort champ de gravité : poussée
- Vol interplanétaire : poussée/vitesse d'éjection (=impulsion spécifique)
- Vol interstellaire : vitesse d'éjection

Si on reprend l'exemple donné plus haut, le moteur à fusion produit une poussée de moins de 500 N pour une puissance de 8 GW et pèse 14 t, ce qui est ridicule par rapport à n'importe quel moteur fusée classique.
Et pourtant, ce moteur à fusion peut franchir les distances interstellaires grâce à sa vitesse d'éjection très élevée, mais pas le moteur fusée chimique à moins d'emporter une masse totalement irréaliste.

Voilà, pour une explication qualitative.

A+

[Gilgamesh]

Salut tous le monde,

j'avais entamé cette discussion avec Lambda_0 sur le forum Futura que certains connaissent peut être ici (fil "Société du futur" et "Arche refonte complète...").



Il y a un point de basculement dans la façon dont on envisage la faisabilité du voyage interstellaire, qui concerne tout simplement la longévité de l'être humain.

Si le voyage ET l'installation d'une lignée humaine sur une planète extrasolaire peuvent être menés dans la fraction d'une vie d'homme, on définit une stratégie courte, avec un petit vaisseau.

Si l'ensemble de l'entreprise nécessite plusieurs générations, comme je le suppose, on passe à une stratégie longue nécessitant un gros vaisseau, une Arche. Dans ce cas en effet, plusieurs générations doivent se succéder dans un environnement qui ne peut plus être strictement artificiel. Il suffit de poser la question autours de soi pour apercevoir à quel point la perspective de passer une vie entière dans un milieu clôt, soi et la descendance que l'on va décider de mettre au monde, répugne de prime abord. C'est cette réticence bien compréhensible qu'il faut lever.

Voici l'engin :
https://2img.net/r/ihimizer/img405/1226/archev037fe.png

La structure habitable, le diabolo central, fait 10 km de longueur pour 5 km de rayon (section transversale "carrée" maximisant le ratio volume/surface). La surface de paroi à synthétiser est A = 2.pi.r²(1+rac2) = 3,8e8 m² (380 km²) pour une épaisseur d'environ 100 m, soit 38 km3 de matériaux de densité 1 (cf. infra)

La surface habitable, 2.pi.r² soit 160 km², est formé d'une épaisseur d'eau océanique de 100 m de profondeur sur laquelle flottent des "plaques continentales" formées d'une 10aine de m de sol et de roches reposant sur un ballast d'air d'une 50aine de m soit l'équivallent de 16 km3 de matériaux de densité 1.

Soit une structure de 54 Gt. Auquel il faut ajouter la masse du moyeu central, de la poutre et de la corolle propulsive estimée à 1 Gt, soit une masse sèche de 55 Gt. On va tabler sur une vitesse d'éjection moyenne de 15 000 km/s et une vitesse de pointe de 4000 km/s soit un ratio M0/Ms = exp(2x4/15) = 1,70. Soit une masse totale de départ qui frôle les 100 Gt.

En dehors de la partie carburant (D, H, Li, B11...) concevoir une telle structure entièrement faite de métaux (Fe, Al, Mg...) est inenvisageable. D'abord parce que la concentration de métaux dans les petits corps du système solaire rendrait nécessaire d'en consommer des centaines. Ensuite parce que les métaux sont des corps denses (alors qu'on cherche une structure légère à accélerer) et qu'ils offrent un ratio résistance en tension/masse assez modeste. Enfin parce qu'ils sont soumis à un phénomène de "fatigue" (formation de dislocations dans le réseau cristallin qui les rigidifient et aboutissent à la formation de fissures) et qu'ils sont oxydables de diverses manières, alors même que l'intérieur de l'Arche est érosif (cycle atmosphérique saisonnier, air humide, couche océanique...) et que l'integrité de la paroi sur de très longues durées (pls siècles) représente un paramètre clé du succès de l'entreprise.

On imagine donc une paroi formée de fibres végétales. Les atomes en sont plus légers et plus abondants (CHON), elles offre un excellent ratio résistance/masse et sont de conception très sécurisantes (elle "préviennent" avant de céder). Surtout : elles se régénèrent.

La seule chose a faire est d'isoler la structure du vide spatial, mais là encore le fonctionnement biologique peut s'en charger avec production d'un épiderme très cohésif de cellules mortes dans une matrice caoutchouteuse (épaisseur calculée : 80 cm).

Autre avantage clé : pour la construction même de la structure, l'ingénierie se résume à nourrir une structure vivante en éléments simples prélevés sur les petits corps : H2O, CO2, azote, phosphore... La structure grandit sur une orbite intérieur en utilisant l'énergie solaire, depuis un stade embryonnaire jusqu'à sa dimension adulte kilométrique en 2 ou 3 siècle. Durant ce laps de temps, elle est habitable par ses hôtes bâtisseurs.

Sur le trajet interstellaire, il faut ensuite assurer l'énergie d'entretien et pour simplifier on se donne comme besoin énergétique (incluant les besoin de l'écosysteme, lui-même incluant les hommes) la fourniture d'un éclairement terrestre moyen sur l'ensemble de la surface : 350W/m² x 3,8e8 m² = 130 GW, soit de l'ordre de 1% de l'énergie consacrée à la propulsion.

L'évacuation de cette énergie dans l'espace est assurée par une circulation d'eau sous l'épiderme, avec une température externe de rayonnement de T=(P/sA)^0,25 avec P puissance dissipée 130 GW, s cte de Stefan 5,67e-8 et A l'aire rayonnante 3,8e8 m² soit T=279K (6°C).

L'écosystème reproduit un gradient ombrothermique calqué, avec évidemment quelques simplifications, sur celui de la Terre, de manière à reproduire la plus grande diversité d'écosystème (justifiant l'appelation d'Arche).

La population estimée est de 50 000 personnes, soit 30 personnes/km² ce qui est faible.

Le système propulsif et le carburant ne tournent pas avec le diabolo (jonction par palier transmettant la poussée) ce qui permet de minimiser les contraintes de structures, donc le poids. Pour une part, on n'est pas contraint là encore à user de métaux, les fibres de verre ou de carbone pouvant très bien en former l'essentiel.

Les anneaux de carburant (glace d'hydrogène et de deuterium, lithium hydrogéné LiH..., fibre de bore) jouent un rôle protecteur de la structure contre des chocs improbables mais dévastateurs à 4000 km/s (en vol libre).

La corolle propulsive est haubannée à une poutre centrale à la façon d'une voile arrière. La poutre est rotulée et haubannée, tout travaille en tension, ce qui permet de réaliser une structure légère. L'accélération ne dépasse pas g/10 000, soit une poussée transmise de 10 GN (1 megatonne).

Tout élément en charge (tube, câble) est triplé de manière à pouvoir retirer un élément pour examen ou remplacement en en laissant en charge une paire, la rupture imprevue de l'un étant compensée par la présence de l'autre.

Les panneaux de la corolle peuvent pivoter sur leur axe radial. Le passage des haubans de la poutre de poupe à celle de proue permet ensuite de les basculer en position symétrique vers l'avant. L'inversion de poussée dans la phase de déceleration peut ainsi être réalisée sans retourner la structure de l'Arche.

voili je m'arrête là.

salut

[Patrick]

... contre des chocs improbables mais dévastateurs à 4000 km/s (en vol libre) ...

Un collision avec un grain de poussière doit faire de sacrés dégâts

[Alpha]

Impressionnant comme vaisseau, le nom d'Arche lui v'a bien, car pour justifier les coûts de recherche et d'exécution de cette Arche n'est envisageable que dans le cas de la construction d'un vaisseau de sauvetage planétaire.

Pour l'instant, et tant qu'il n'y auras pas de menaces évidente pour la terre je crois qu'il est plus avantageux de gagné en vitesse de déplacement et de recherche de racourcis interstellaire.

Ce type de vaisseau fabriqué en taille plus modeste serait par contre idéal pour être placé en orbite de façon permanente autour de Mars ou de l'une des lunes des géantes gazeuse pour terraformé un de ces astre. Son équipage permanent aurait un confort acceptable pour des scientifiques colonisateurs.

[Gilgamesh]

... contre des chocs improbables mais dévastateurs à 4000 km/s (en vol libre) ...

Un collision avec un grain de poussière doit faire de sacrés dégâts

Clair :-)


Mais les poussières sont surtout présentes dans le milieu interplanétaire (poussière zodiacale). Comme l'accélération est très progressive, quand l'Arche dépassera le nuage de Oort (disons a x=3000 UA du Soleil), la vitesse sera de racine(2ax), a étant l'accélération (1e-4 m/s²) soit dans les 30 km/s. Rien encore de bien méchant.

Et symétriquement pareil en rentrée dans le système stellaire de destination.

Le milieu interstellaire a priori est sans risque mais on ne sait jamais évidemment et j'ai essayé de simuler les dégât occasionnés par un choc à 3000 km/s

On imagine que le matériau du bouclier possède une énergie de liaison de 1eV (typique d'une liaison covalente). Soit disons 1 GJ/m3. Je divise l'énergie du choc par l'énergie de liaison volumique pour avoir les dimension du cratère :

taille du projectile / profondeur du cratère

1 micron / 0,5 mm
1 mm / 50 cm
1 cm / 5 m
10 cm / 50 m
1 m / 500 m

Quand l'Arche sera au environ de mi-trajet à son maxi de vitesse en vol libre, on peut prévoir des sondes en formation étagée, très loin en avant de la structure, qui scannent finement l'espace pour pulvériser tout ce qui dépasse le millimètre.


salut

[Gilgamesh]

Impressionnant comme vaisseau, le nom d'Arche lui v'a bien, car pour justifier les coûts de recherche et d'exécution de cette Arche n'est envisageable que dans le cas de la construction d'un vaisseau de sauvetage planétaire.
Pour l'instant, et tant qu'il n'y auras pas de menaces évidente pour la terre je crois qu'il est plus avantageux de gagné en vitesse de déplacement et de recherche de racourcis interstellaire.

Ce type de vaisseau fabriqué en taille plus modeste serait par contre idéal pour être placé en orbite de façon permanente autour de Mars ou de l'une des lunes des géantes gazeuse pour terraformé un de ces astre. Son équipage permanent aurait un confort acceptable pour des scientifiques colonisateurs.

Salut Alpha,

ouais mais de toute façon, il faut bien se dire qu'aucune Arche ne pourra sauver l'humanité si l'écosystème terrestre est en perdition. Ce n'est pas une motivation envisageable pour inaugurer la démarche.

Déjà bien sûr, vu les volumes à mobiliser il est inimaginable d'espérer envoyer plus d'1 million d'humains. Soit 1/10000e de l'humanité.

On peut certes voir l'Arche comme devant remplir le rôle qu'elle a dans le mythe, ici porter un frêle rameau vers d'autres rivages. Mais en y réflechissant un petit peu, je crois que ça ne tiens pas vraiment la route. L'Arche nécessite, comme savoit faire minimum, la maîtrise totale d'un écosystème, avec un recyclage complet de tous les éléments, ainsi qu'un contrôle démographique absolu pendant disons 1 millenaire (peut être moins, mais quand on sait le faire sur 1 siècle...). Si l'humanité est infoutue de reguler l'écosystème terrestre, au point d'y perdre la vie (ce qui suppose une inaptitude scientifique et politique conjuguées) on voit mal comment, en mobilisant des compétences que précisément elle n'a pas, elle pourrait résussir un projet de cette ampleur.


A mon sens, seule une humanité "heureuse" donc très loin de la "perdition" est capable de concevoir et de supporter une telle entreprise. Comme tu le dis, je pense qu'au départ l'Arche doit être conçu comme un lieu de vie de colons spatiaux, étant entendu que la vie en apesanteur, ça va un moment. L'homme étant l'espèce qu'il est, il a besoin de l'environnement pour lequel il est adapté. Il ne peut pas s'adapter à l'espace. D'où l'Arche.

L'ajout d'une corolle de propulsion est facultative après tout... Mais j'imagine que après 1 génération complète, si l'Arche fonctionne bien, les archonautes n'auront aucun besoin de retourner sur Terre. Et alors, tout est permis.



D'ici là, il y a du chemin à parcourir et le cadre étatique classique est bien sûr trop étroit. L'Arche n'est à mon humble avis concevable que comme projet spécifique d'une nation distincte, la Nation spatiale.


== je recycle un post de Futura :

FONDATION D'UNE NATION SPATIALE



Le contexte :

Le voyage en orbite basse s'est semi-democratisé à, disons pour fixer un ordre d'idée, 10 000€ le trajet. En dehors des Etats, des acteurs diversifiés acteurs associatifs, entreprises, particuliers fortunés concrétisent divers "rêves d'espace" qui par la force des choses (le coût) se fédèrent autours de structure commune d'accueils en orbite avec l'aide active des grands Etats. Une petite biosphère III en pesanteur artificielle est crée, permettant un séjour spatiale arbitrairement long (sauf en termes de coût évidemment) pour de simple quidam. A ce stade, il existe également des navettes interplanétaires à propulsion nucleothermique capable de réaliser plusieurs transfert orbitaux d'affilés dans le système solaire interne, disons jusqu'à Jupiter. On maitrise l'accès en quasi routine aux petits corps (se poser, y travailler, rembarquer). On est capable d'en extraire des glaces, des silicate et des oxydes metalliques. La recherche se porte sur la capacité à faire croitre des structure de type végétale en orbite.

Fondation de la NS :

Les Etats signataires s'engagent à consacrer l'essentiel de leurs effort financier et de recherche destinés à l'espace non commercial à une unique entité, la Nation spatiale, jusqu'au stade de l'autonomie de celle ci.

La Nation spatiale ne dispose d'aucun territoire sur Terre, à l'exception de ses ambassades dans les Nations fondatrices.

Jusqu'à l'accès à l'autonomie, la politique de la Nation spatiale est décidée et mis en oeuvre par un gouvernement paritaire formé de représentants des Nations fondatrices à proportion de leur investissement dans le projet et de citoyens de la Nation spatiale élus par leur pairs.

Les citoyens de la Nations spatiales sont des citoyens volontaires issue des Nation signataires sélectionnés par une commission paritaire sur la base de leur aptitude à participer aux projets formés par la Nation spatiale.

Ils conservent ainsi que leur descendance leur nationalité d'origine jusqu'à l'autonomie de la Nation spatiale.

La Nation spatiale subventionne entièrement leur accès à l'espace. Ils s'engagent pour le temps de leur séjour spatiale à se consacrer entièrement aux missions qui leur seront assignés par le gouvernement de la Nation spatiale.

La Nation spatiale se donne comme objectif prioritaire de réaliser un habitat autonome vis-à-vis de la Terre au plan démographique, politique (à terme), énergétique, économique, et plus généralement libre de toute attache avec un astre du système solaire.

Jusqu'à l'accès à l'autonomie, et sans préjuger de la suite, la Nation spatiale peut dormer des projets d'intérêt économique dans le cadre des échanges terrestre lui permettant de se financer et alleger par la même le volume des subventions des Etats fondateurs.

La déclaration d'autonomie de la Nation spatiale est du ressort du gouvernement paritaire et doit être unanime en son sein.



salut

[lambda0]

Salut Gilgamesh

Bienvenu par ici, et bravo pour le résumé, et pour le nouveau design.
Pour la suite, celà repose bien le contexte.
J'avais repris la réflexion un peu en amont en repartant du principe de la sonde automatique, pour essayer d'établir une continuité entre ce qu'on sait faire maintenant et le concept d'Arche.
On peut reconsidérer le système de propulsion, en retournant également le problème du bouclier de protection : au lieu d'essayer de se protéger de ce qui se trouve dans le milieu interstellaire, on peut essayer de s'en servir pour la propulsion.
Le milieu interstellaire est essentiellement constitué d'hydrogène, qui peut être collecté et servir de masse de réaction. C'est une variante du ramjet interstellaire de Bussard (RAIM=Ram Augmented rocket interstellar)
http://en.wikipedia.org/wiki/Bussard_ramjet
http://scientium.com/diagon_alley/commentary/bowden_essays/sotm/starship/rockets.htm#rair
http://scientium.com/diagon_alley/commentary/bowden_essays/sotm/starship/rockets.htm
(Rem: remarquer le bouclier d'érosion prévu sur Daedalus et Longshot)

Celà ne modifie pas trop le réacteur à fusion inertielle envisagé, puisque cette masse de réaction est injectée en sortie du réacteur, dans le faisceau de propulsion. Par contre, celà modifie (encore) la structure du vaisseau si on prévoit un système de récupération de l'hydrogène. Ce système ne serait pas nécessairement une masse pleine (et donc très vulnérables aux collisions) mais une grille créant un champ magnétique dirigeant les particules ionisées du milieu interstellaire vers le système de propulsion.
Si ce système peut fonctionner, on peut envisager d'atteindre des vitesses supérieures.
Mais avant de changer quoi que ce soit, il faut que je regarde si celà est réalisable avec des champs magnétiques et des dimensions raisonnables.

Argyre a aussi introduit une idée : stocker de l'énergie avant le départ dans des anneaux, sous la forme d'énergie cinétique de particules guidées par un champ magnétique. Là encore, si c'est viable, celà change encore la forme... Calculs en cours.

Mais on peut quand même considérer comme figée la charge utile (ici, la zone habitable).

A+

[Patrick]

Mais les poussières sont surtout présentes dans le milieu interplanétaire (poussière zodiacale). Comme l'accélération est très progressive, quand l'Arche dépassera le nuage de Oort (disons a x=3000 UA du Soleil), la vitesse sera de racine(2ax), a étant l'accélération (1e-4 m/s²) soit dans les 30 km/s. Rien encore de bien méchant.

Et symétriquement pareil en rentrée dans le système stellaire de destination.

Le milieu interstellaire a priori est sans risque mais on ne sait jamais évidemment et j'ai essayé de simuler les dégât occasionnés par un choc à 3000 km/s

On imagine que le matériau du bouclier possède une énergie de liaison de 1eV (typique d'une liaison covalente). Soit disons 1 GJ/m3. Je divise l'énergie du choc par l'énergie de liaison volumique pour avoir les dimension du cratère :

taille du projectile / profondeur du cratère

1 micron / 0,5 mm
1 mm / 50 cm
1 cm / 5 m
10 cm / 50 m
1 m / 500 m

Quand l'Arche sera au environ de mi-trajet à son maxi de vitesse en vol libre, on peut prévoir des sondes en formation étagée, très loin en avant de la structure, qui scannent finement l'espace pour pulvériser tout ce qui dépasse le millimètre.

Merci pour ces précisions ... précises

;-)

[Gilgamesh]

hello lambda,

Salut Gilgamesh
(...)
J'avais repris la réflexion un peu en amont en repartant du principe de la sonde automatique, pour essayer d'établir une continuité entre ce qu'on sait faire maintenant et le concept d'Arche.
On peut reconsidérer le système de propulsion, en retournant également le problème du bouclier de protection : au lieu d'essayer de se protéger de ce qui se trouve dans le milieu interstellaire, on peut essayer de s'en servir pour la propulsion.(...)

L'intérêt du ramjet c'est le fait d'utiliser directement le "vent de la vitesse" pour provoquer la compression, c'est ça ? Un peu comme un "statoréacteur thermonucléaire" :-)

Eh ma foi, tu as raison c'est sûr que tout est bon à prendre.

Pour le stockage en anneau je crains comme toi pour la densité énergétique. Mais surtout je trouve pas ça hyper sécurisant.

Sinon dans cet ordre d'idée de faire feu de tout bois, sur toutes les zones évidées de la corolle (l'espace entre chaque pétale ménagé pour inserer les câble sans que ceux ci soit grillés par le rayonnement) on peut placer un mylar aluminisé pour servir de voile solaire.

salut

[lambda0]

Salut

Sur le ramjet de Bussard :
Il y a plusieurs variantes, voir références messages précédents.
Dans la première version de Bussard, cet hydrogène était directement fusionné.
Problème : la réaction p+p est pratiquement impossible à allumer
Dans les versions suivantes, le vaisseau a un moteur à fusion autonome, et l'hydrogène collecté est injecté dans le flux issu du moteur pour augmenter la poussée. L'énergie vient du réacteur à fusion, mais la masse de réaction provient essentiellement du milieu interstellaire (et du coup, le formule de Tsiolkovski ne s'applique plus telle quelle).
De toute façon, ce réacteur à fusion autonome est indispensable car le ramjet ne commence à fonctionner efficacement qu'à environ 5% de la vitesse de la lumière... (ça dépend de la densité d'hydrogène)

Sur la poussée photonique :
La pression de radiation, c'est 6.7 N/GW. Difficilement utilisable pour un gros vaisseau, mais tout à fait crédible pour une petite sonde. Je pense même qu'on pourrait lancer une sonde de survol de quelques dizaines de kg à c/10 par cette méthode dans le courant de ce siècle. Celà ne nécessite même pas de maîtriser la fusion pour alimenter le laser.
Mais ici, on risque de compliquer les choses pour un gain marginal.

D'une façon générale, sur le concept d'arche :
Les durées de voyage dépassent une vie humaine et le système est conçu pour celà, de façon à être autonome pendant quelques siècles.
Dans cette optique, 4000 km/s, soit presque 1000 ans pour parcourir 10 a.l. (compte tenu de l'accélération) celà semble encore un peu juste, et je cherche toujours un système permettant d'atteindre c/10 pour une telle masse, ce qui nous ramène dans les bons ordres de grandeurs (quelques siècles, et non quelques millénaires).
Sinon, remarque sur la densité de population de l'arche : en y réfléchissant 30 h/km² n'est pas si faible. Raisonnement empirique : la densité de population terrestre est de l'ordre de 13 h/km² de surface globale (plus de 50 h/km² en rapportant aux terres émergées), et il semble qu'on a franchi un seuil où on dégrade l'environnement plus vite qu'il ne se régénère. Il y a bien des zones de densités bien plus élevées depuis longtemps, mais qui ont besoin des ressources de zones inhabitées.
Il me semble que cette comparaison a un sens parce qu'on considère des périodes assez longues.
Le modèle ne devrait-il pas tenir compte d'une certaine "entropisation", quel que soit le soin apporté à la conception de l'écosystème ?
Comment justifier cette valeur de densité de population plutôt qu'une autre ?

A+

[Alpha]

Corrigé moi si je me trompe, mais l'expérience des américains qui devaient vivre un an a l'intérieur d'un écosystème créé sous une serre étanche dans un désert américain dans les années 80 c'est soldé par un fisco après environ 8 mois. Malgré tout leur efforts, les scientifiques ont trop maigris et ont souffert de fatigue extrème car le stress de l'échec et les travaux entamé pour réussir quand même les a mené au surmenage. C'est pour cela que la NASA a commandé des études sur des mini-serres ultraperformante pour supporté la vie dans un minmum d'espace et on mit de côté la version écologique de l'agriculture.

[Argyre]

un écosystème créé sous une serre étanche dans un désert américain dans les années 80 c'est soldé par un fisco après environ 8 mois.

Bonjour,

Si je me souviens bien, le problème majeur de l'expérience de Biosphère 2 était l'oxygène, qui n'était plus suffisamment produit par les plantes en plein hiver, ils ont fini par ouvrir ....
Sinon, ils ont sans doute maigri, mais je ne me souviens pas que cela fût dramatique.
De manière générale, Biosphère était une juxtaposition de plusieurs écosystèmes complètement différents. La critique fondamentale qui en est ressorti est qu'il y avait beaucoup trop de variables en jeu et qu'il était donc difficile de prévoir l'évolution globale des conditions de vie. Ainsi, même si l'étude s'est avérée intéressante, il y a eu peu de résultats scientifiques permettant de progresser dans le domaine avec une vue claire sur les rôles et les conséquences de chaque composante du système.
En ce qui concerne les vols spatiaux, la place occupée et la masse sont des paramètres importants. En conséquence, il est irréaliste de vouloir du 100% naturel pour les fusées actuelles, voilà pourquoi on cherche toujours un compromis système naturel/système artificiel qui dépend notamment de la durée de la mission.