Bouclier anti-radiation pour engin interplanétaire

[OKO]

Salut a tous

Bon finalement, j'enchaine sur une description des 3 types de boucliers envisagés pour contrecarrer l'effet des rayons cosmiques et du vent solaire.

voici le plan de l'article de "pour la science" de mai 2006 (que ceci vous incite a l'acheter !!)

1) Ecran matériel

avantages :
- simple
- efficacité

inconvénients :
- beaucoup trop lourd

2) Ecran magnétique

avantages :
- Beaucoup plus léger qu'un bouclier matériel

Inconvénients
- N'offre aucune protection le long de l'axe
- Le champ magnétique intense peut être lui même dangereux

3) Ecran electrostatique

Avantages
- Pas de trous dans la couverture
- Pas de champ magnétique nefaste

Inconvénients :
- Crée un afflux nocif de particules chargées negativement
- Requiert un courant electrique gigantesque

commençons par le début =>

1) L'écran matériel
L'eau serait le candidat le plus sérieux comme matériau anti-radiation.
A la fois pour ses propriétés d'absorption des rayons nocifs, mais aussi a cause de sa necessité physiologique pour l'équipage.
Dans ce cas, les projections montrent une capsule sphérique d'habitation qui contient au moins 500 tonnes d'eau.
pour comparer ils mettent en relation avec la charge utile de la navette qui est de 30 tonnes ...
ce genre d'engin devra obligatoirment être assemblé dans l'espace.
De l'éthylène pourrait remplacer l'eau, avec l'avantage de pouvoir être sous forme solide, mais il en faudrait tout de même 400 tonnes, et ajouter l'eau necessaire au voyage.
tout ceci reste peu envisageable, il faudrait l'équivalent de 14 vols navettes ou de 27 tirs ariane pour simplement amener le bouclier anti-radiation ...
Avec le prix que ça représente, il est plus sérieux d'envisager directement des solutions plus sophistiquées.

2) l'ecran magnétique
Le principal problème vient de la puissance necessaire :
Pour protéger correctement le vaisseau, il faut un champ de 20 Telsas, cad 600.000 fois le champ magnétique terrestre.
Il existe un système qui arrive a ces perormances, mais qui pèse quand même 9 tonnes.
cette solution serait néanmoins très séduisante si elle n'avait pas l'inconvénient de ne pas proteger contre le rayonnement qui arrive dans l'axe du champ.
pour obtenir un champ d'une protection efficace, le vaisseau et le champ autour devraient avoir la forme d'un tore (comme un beignet).
forme peu evidente pour une vaisseau, qui serait la aussi obligatoirement assemblé dans l'espace.
de plus on se sait pas ce que pourrait provoquer sur l'organisme un champ magnétique si intense, pendant si longtemps ...
la solution serait donc de realiser un champ protecteur (opposé) dans les quartier d'habitation.
Ca ne simplifie pas vraiment le système ......

D'autres solutions proposent d'etendre considérablement le champ magnétique, non plus confiné a quelques metres autour du vaisseau, mais a des distance bien plus importantes. Ce champ n'aurait alors besoin que d'être d'1 Teslas.
malheureusement, ce scenario neglige l'instabilité des plasmas prouvé par les experiences les plus récentes, ainsi que l'affaiblissement de la coquille protectrice provoqué par l'interaction avec ces plasmas ...

3) ecran electrostatique
Il s'agirait de porter la tension éléctrique du vaisseau a ... 2 milliards de volts.
le plus gros problèmes c'est que l'espace n'est pas vide et que ce champ éléctrique pourrait attirer les particules chargées négativement sur une portée ... d'une dizaine de milliers de kilomètres !
Tous les electrons du coin seraient donc attirés par le vaisseau et viendraient le percuter avec une enrgie égale a celle de tous les protons que le bouclier repousse ...
le flux ""naturel"" de proton serait donc remplacé par un bombardement electronique encore plus intense.
ce bombardement produirait des rayons gammas lors de la percution sur la coque, qui rendrait le problème initial bien minime en comparaison !
Autre problème, il faudrait produire 2 GW, l'énergie produite par une centrale nucléaire moderne.
Sans compter qu'il n'est pas précisé comment l'engin sera porté a une telle tension ...
Et puis mettre en orbite une centrale nucléaire moderne, ça doit pas être facile ... (les réacteurs des SNA n'ont pas du tout les mêmes performances)

Donc voilà les solutions envisagées actuellement par les spécialistes de la chose.
Comme vous le voyez, c'est pas gagné.

Ma préférence personnelle (ce que je trouve le plus réaliste a terme) c'est le bouclier magnétique.
je suis a peu près convaincu qu'il nous sera possible, assez rapidement, de produire des générateurs de champs d'un poid encore plus faible (~5 a 6 tonnes au total) et capable de se superposer afin d'assurer une protection intégrale (sans les trous aux axes) et contrecarrés à l'intérieur de l'espace habitable par un champ inverse qui pourra éliminer, ou du moins très fortement attenuer, l'intensité des champs de protection externe.

Et vous, quelle est la solution qui vous semble la plus plausible et réalisable ?

[Argyre]

Donc voilà les solutions envisagées actuellement par les spécialistes de la chose.
Comme vous le voyez, c'est pas gagné.

Un physicien émérite ton spécialiste, qui doit avoir environ 70 ans vu qu'il a déjà publié en 1958 ...
Bref, c'est peut-être un bon scientifique, mais ça n'est pas un ingénieur de la NASA qui lui doit trouver une solution concrète et pas théorique. Et au fait, "pour la science" n'est sans doute pas une référence pour les spécialistes ...
Regarde plutôt ici :
http://www.astronautix.com/craft/cevcm.htm
C'est en Anglais, ça parle des différentes spécifications concernant le "Crew Exploration Vehicle" de la NASA pour les prochaines missions d'exploration, spécifications qui ont évolué plusieurs fois. Il n'y a pas grand chose sur les radiations, sauf un petit passage :

Most of the system design parameters stayed the same for this cycle including the 5 g/cm2 of supplemental radiation protection.

et un peu plus loin :

Analysis in this design cycle showed that the supplemental radiation protection could be reduced to 2 g/ cm2. ... No supplemental radiation protection was included in the mass estimates for this design analysis due to results from a radiation study.

Ca montre 2 choses :
1) La NASA se préoccupe sérieusement des radiations et a déjà des solutions concrètes de type écran protecteur (en éthylène si je ne m'abuse).
2) 2g/cm2, ça ne fait pas une grande épaisseur; si on a par exemple 50m2 de surface cylindrique à protéger, ça fait 1 tonne à embarquer pour la protection. Pas négligeable, mais pas de quoi empêcher une fusée de décoller !

A noter qu'il y a un groupe de la NASA qui travaille spécifiquement sur les radiations : http://srag-nt.jsc.nasa.gov/

Et il y a aussi des données de Mars Odyssey concernant les radiations qui montrent que les doses de radiation reçues à la surface de Mars restent relativement acceptables :
http://mars.jpl.nasa.gov/spotlight/o...n-success.html

[arglosse]

LE hic, c'est que le CEV serait destiné à des missions proches, particulièrement vers la lune. C'est à dire quelques jours seulement, (si les missions sur place devaient durer, on peut supposer que les bases seraient au moins en partie enterrées), et dans une zone encore un peu protégée par le champ de la terre.
Donc, les protections dont tu parles suffisent. (D'ailleurs, il y a bien eu Appollo)
Or, au délà, vers Mars, par exemple, il en sera tout autrement: plus de radiations, et plus de temps d'exposition.
Donc les radiations sont effectivement un gros problème, non résolu à ce jour.

[OKO]

Arglosse : ne te fatigues pas a répondre a argyre, je suis certain sans avoir a le lire qu'il va essayer encore une fois de faire prendre des vessies pour des lanternes, et surtout dire exactement le contraire de ce que j'avance, afin de se sentir important, de se sentir quelqu'un ...
certains gens sont comme ça ...
Y a quelques temps le même individu prétendait que ceci était un problème secondaire et négligeable, mais j'ai même pas envie de savoir ce qu'il en pense maintenant.
j'aurais préféré que tu répondes a ma question plutôt que de te faire perturber par un troll


quelle technologie juges-tu la plus crédible ?
... et pourquoi stp ?

[J-D11]

je ne mis connaît pas du tout mais serait il possible de prendre un matériaux assez danse qui serait traversé par un champ électrique . le courant électrique protégerais des particule bêta chargée négativement et le matériaux assez danse comme du plomb pourrais nous protéger des particule alpha chargé positivement . (mais se que je ne dit n'a sûrement aucun sense alors vous pourriez me dit c'est quoi qui ne marche pas dans mon idée svp)

pour se qui des radiation . il a des animaux comme le scorpion qui ont une Hormone mystérieux qui leurs permet de résister beaucoup mieux que nous au radiation. le requin lui a un autre Hormone qui le protège de tous développement de cancer. ont peut donc imaginez dans un futur proche la possibilité de réglé la plupart des maladies lié a la radiation par une simple piqûre

ou nous pourrions encore nous inspiré de la vie:
certaine bactérie peuvent crée des spores qui contient leur génome et j'ai entendu dire que la coquille qui protège se génome et suffisamment solide pour résister plusieur millier d'année sur la surface de mars peut être que cette coquille pourrais nous servir

[arglosse]

quelle technologie juges-tu la plus crédible ?
... et pourquoi stp ?

J'opterais pour l'écran d'eau. Même si la masse est énorme, une fois mise en orbite, elle pourra servir longtemps, a de diverses missions. Ca suppose donc une volonté très forte au début, mais dans une perspective de très long terme.
De plus, (c'est, il est vrai, très hypothétique), on pourrait peut-être la tirer de la lune.
En complément, il y aurait le traitement médicamenteux et un système de propulsion plus rapide, ce qui est encore plus hypothétique. Dans ce cas, en optimisant un point, on pourrait réduire un autre (ex: moins d'eau si on va plus vite).
En tout cas, les écrans semblent se mettre eux même hors-jeu car ils créent leurs propres inconvénients.

[Argyre]

LE hic, c'est que le CEV serait destiné à des missions proches, particulièrement vers la lune. C'est à dire quelques jours seulement, (si les missions sur place devaient durer, on peut supposer que les bases seraient au moins en partie enterrées), et dans une zone encore un peu protégée par le champ de la terre.

Et non !
Sur la même page que j'ai citée (il faut lire !), il est précisé que les spécifications sont valables pour des orbites allant de LEO à orbite lunaire et pour des séjours de 180 jours.
180 jours, ce n'est pas anodin ... c'est grosso modo la durée d'un voyage vers Mars ... comme c'est bizarre ...
De plus, en orbite lunaire, la protection du champ magnétique terrestre est négligeable, donc si c'est valable pour cette orbite, ça sera valable pour Mars.
Et d'ailleurs, il est bien indiqué "5 g/cm2 of supplemental radiation protection". Il s'agit d'un supplément de protection. Pourquoi voulez vous un "supplément" si ce n'est pour des spécifications plus fortes que pour l'orbite basse et pour des durées plus longues ?

et surtout dire exactement le contraire de ce que j'avance, afin de se sentir important, de se sentir quelqu'un ...

Parano quand tu nous tiens ...

[Argyre]

J'opterais pour l'écran d'eau. Même si la masse est énorme, ...

500 tonnes d'eau en orbite basse, un ingénieur de la NASA vous dirait simplement : "don't even think about it"
L'eau sera néanmoins probablement utilisée pour un supplément de protection lors des "solar flares", c'est à dire les rares événements de fortes radiations dues à des éruptions solaires. Dans ce cas, les astronautes iront probablement se réfugier au centre du vaisseau, derrière leurs provisions d'eau pour augmenter encore un peu plus la protection.
En attendant, la NASA a déjà choisit, inutile de se casser la tête, ça sera l'écran avec un matériau léger comme l'éthylène.

[EspritTordu]

Bonjour,

Les radiations ne sont pas uniformes dans le proche espace : les principales radiations nocives viennent plutôt du côté du soleil, n'est-ce pas?

Dans ce cas là, un bouclier, quel que soit le type, en rotation sur un axe ne permetterait-il pas de réduire la "dureté" de celui-ci?

[OKO]

J'opterais pour l'écran d'eau. Même si la masse est énorme, une fois mise en orbite, elle pourra servir longtemps, a de diverses missions. Ca suppose donc une volonté très forte au début, mais dans une perspective de très long terme.
De plus, (c'est, il est vrai, très hypothétique), on pourrait peut-être la tirer de la lune.
En complément, il y aurait le traitement médicamenteux et un système de propulsion plus rapide, ce qui est encore plus hypothétique. Dans ce cas, en optimisant un point, on pourrait réduire un autre (ex: moins d'eau si on va plus vite).
En tout cas, les écrans semblent se mettre eux même hors-jeu car ils créent leurs propres inconvénients.

l'ecran aura besoin d'être énorme de toute façon
La projection d'un écran en éthylène donne une masse de 400 tonnes, a comparer au 500 tonnes de l'eau, c'est presque pareil.
L'avantage de l'éthylène est toutefois qu'il peut être polymérisé sous forme solide, ce qui simplifie notoirement la vie.

Mais l'obstacle majeur des ecrans matériel est leur poid faramineux.
Même si techniquement, c'est la solution la plus simple, économiquement, ça semble bien être la moins viable :
imagines-tu 14 vols navettes ou 27 tirs ariane UNIQUEMENT pour satelliser les composants du bouclier matériel, sans même parler du vaisseau proprement dit !Ca c'est les chiffres pour le bouclier d'éthylène, pour l'eau c'est 17 vols navette et 35 tirs d'ariane 15 tonnes.
Avec ce budget considérable (on en est a ~30 milliards de $ pour les tirs navette là !), je pense qu'il serait plus logique d'améliorer la recherche et le developpement des solutions technologiquement plus compliquées, mais techniquement plus réalistes, non ?

[Argyre]

l'ecran aura besoin d'être énorme de toute façon
La projection d'un écran en éthylène donne une masse de 400 tonnes, a comparer au 500 tonnes de l'eau, c'est presque pareil.

Tu les sors d'où tes 400 tonnes ? La NASA envisage 2g/cm2 et toi tu voudrais qu'on mette 10kg/cm2 peut-être ?
Arrêtes donc tes chiffres fantaisistes Oko, ou donnes des références crédibles, qui ne soient pas des revues de vulgarisation.
Comme je l'ai expliqué plus haut, 2g/cm2, ça fait de l'ordre de 1 tonne et non pas 400 tonnes, et c'est pour ça que ce n'est même pas mentionné par la NASA comme un problème important à résoudre : ça prend 3 lignes dans les spécifications générales du CEV.

[arglosse]

Mais l'obstacle majeur des ecrans matériel est leur poid faramineux.
Même si techniquement, c'est la solution la plus simple, économiquement, ça semble bien être la moins viable :
imagines-tu 14 vols navettes ou 27 tirs ariane UNIQUEMENT pour satelliser les composants du bouclier matériel, sans même parler du vaisseau proprement dit !Ca c'est les chiffres pour le bouclier d'éthylène, pour l'eau c'est 17 vols navette et 35 tirs d'ariane 15 tonnes.

Effectivement, mais il faut voir ça comme un investissement. Ca pourra servir pendant des décennies.

[arglosse]

A Argyre:
Il ne s'agit pas de rejeter à priori ce que tu dis, mais la question des doses de radiations à craindre et de leurs conséquences font encore débat. L'article que tu cites se place de toute évidence dans une approche "optimiste".

[Argyre]

A Argyre:
Il ne s'agit pas de rejeter à priori ce que tu dis, mais la question des doses de radiations à craindre et de leurs conséquences font encore débat. L'article que tu cites se place de toute évidence dans une approche "optimiste".

Je ne crois pas, non, il se place simplement dans une démarche ingénieur. L'écran de protection de la NASA n'est pas prévu pour stopper 100% des radiations, il est prévu pour que le voyage de 180 jours n'entraine pas plus de 50 REM par astronaute (REM=Radiation Equivalent Man).
50 REM, c'est la limite autorisée pour les astronautes à bord de l'ISS. Ce chiffre peut évoluer et il est supérieur aux normes près des centrales nucléaires, mais il est acceptable.
En fait, il faut bien comprendre que les cellules qui sont altérées par des radiations finissent en général par mourir et être remplacées par de nouvelles cellules. Le problème, c'est que la probabilité que certaines cellules deviennent cancéreuses augmente. Donc finalement, le risque des radiations, au niveau qu'on s'attend à trouver dans l'espace, c'est d'avoir, peut-être, un cancer quelques années plus tard. Et ce cancer pourrait d'ailleurs être détecté et guéri en temps utile !
Peut-être que l'auteur de l'article cité par Oko se fixait comme objectif un niveau de radiations de 1 REM, c'est possible, alors effectivement, peut-être qu'il faut une protection multipliée par 10 ou pire. On pourrait aussi demander 0,001 REM tant qu'on y est, et être plus protégé dans l'espace que dans notre maison.
Mais l'objectif est d'aller sur la Lune ou Mars avec une protection raisonnable, pas de vivre 120 ans.

[Argyre]

Les radiations ne sont pas uniformes dans le proche espace : les principales radiations nocives viennent plutôt du côté du soleil, n'est-ce pas?

Ce n'est pas sûr. Les ions lourds qui viennent d'un peu partout sont très énergétiques, ils sont donc plus destructeurs que les protons qui viennent du soleil, même s'ils sont moins nombreux.
Donc en moyenne, il faut se protéger de tous les endroits à la fois. En revanche, de temps en temps, une éruption solaire envoie un flux important de protons qui représentent un plus grand danger que les ions lourds.
Dans ce cas, ton idée de tourner le vaisseau pour que ce soit la partie la plus protégée qui soit face au soleil est effectivement intéressante.