Impossibilité du voyage intersidéral

[tournesol71]

Le quarantième anniversaire de l’alunissage d’Apollo 11 a été l’occasion d’un déferlement de fantasmes dans des articles et des émissions dans les médias. Vu de la Terre l’exploit de la NASA a été remarquable, mais si on le considère à l’échelle du système solaire ce n’est qu’un dérisoire saut de puce. Par rapport aux étoiles les plus proches cela est inexistant. On appelle « cosmonautes », « astronautes », « spationautes » ceux qui ne sont que des « circumterriens ». Pour l’instant l’homme est comme un enfant qui se prendrait pour un grand voyageur parce qu’il a fait le tour de son pâté de maisons.
On parle de retourner sur la Lune et d’y créer une base permanente. Les coûts et les problèmes techniques sont immenses, l’intérêt n’en est pas démontré. Le voyage humain sur Mars est-il possible ? Compte tenu du coût et des risques, il faudra démontrer que l’exploration par robots ne donne pas des résultats suffisants.
Et au-delà ? Au-delà, rien ! Aucune autre planète du système solaire n’est accessible, soit parce que les conditions physiques excluent toute présence humaine, soit parce que la durée de voyage l’interdise pratiquement.
Encore plus loin aucune possibilité même pour des missions non habitées. Pour sortir du système solaire il faut atteindre la vitesse de libération soit 16,6 km/sec. Les sondes Voyager 1 et 2, lancées en 1977, ont une vitesse de 17 km/sec. Elles atteindront la distance de l’étoile la plus proche dans 75 000 ans.
Il faut augmenter la vitesse, dira-t-on. Dans l’espace le seul moyen d’augmenter la vitesse est la réaction, c'est-à-dire d’éjecter de la matière à grande vitesse. Il faut donc de la matière à éjecter et de l’énergie pour lui donner de la vitesse. La fusée basée sur une réaction chimique a l’avantage que le propergol fournit à la fois l’énergie et la matière à éjecter.
Il y a conservation de la quantité de mouvement (produit de la masse par la vitesse) entre la matière éjectée. La relation de Tsiolkovski s’en déduit très simplement :
∆V = Ve*Ln(M1/M2)
∆V = variation de vitesse de l’engin, M1 = masse initiale engin, M2= masse finale.
On peut également en déduire l’expression inverse :
M1/M2 = exp(∆V/Ve)
Examinons ce que l’on peut conclure de cette formule particulièrement simple.
Voyager a une masse de 800 kg. Il faudrait lui adjoindre un moteur. Avec tous les moteurs « classiques », à réaction chimique, la vitesse d’éjection est au plus de 5 km/sec. Rien que pour doubler la vitesse, soit ∆V=17 km/sec on a M1/M2 = exp(17/5) = 29,9. La masse de départ est donc alors de 30 fois la charge utile. Le lanceur Titan-Centaur avait plus de 8000 t : il faudrait passer à 24000 t pour 800 kg.
On a envisagé d’autres moyens de propulsion utilisant d’autres systèmes que chimiques. Avec eux c’est toujours le principe de la réaction qui est en jeu et la relation de Tsiolkovski qui s’applique. Leur intérêt est de permettre des vitesses d’éjection plus importante. On a annoncé des vitesses dépassant 100 km/sec. Il faut alors embarquer la matière à éjecter, une source d'énergie et une machine capable de transformer cette énergie potentielle en énergie cinétique.
Une difficulté que l’on ne voit jamais soulevée pour ces propulsions alternatives à grande vitesse d’éjection c’est que l’énergie nécessaire pour accélérer la masse éjectée est proportionnelle au carré de la vitesse d’éjection (énergie cinétique = ½ MV²). Ejecter 1 kg de matière à 50 km/sec demande 100 fois plus d’énergie qu’à 5 km/sec.
La propulsion ionique a déjà été appliquée, en utilisant l’énergie de panneaux solaires, mais pour des poussées très faibles destinées à modifier la trajectoire. Cette possibilité disparait quand on s’éloigne du soleil.
Les programmes concernant l’astronautique, le retour sur la Lune, le voyage sur Mars demandent des investissements gigantesques. Ces programmes seront définis par des scientifiques et des techniciens et décidés par des politiques : pour finir c’est le contribuable qui paiera. Sans adhérer à une quelconque « théorie du complot » je pense qu’il est légitime de se demander si ceux qui influent sur les décisions ne sont pas ceux qui vont profiter de la manne des crédits d’études et d’investissements, et que, si honnêtes qu’ils soient, ils ne peuvent être complètement neutres et objectifs. En face d’eux il y a une opinion publique qui, gorgée de science-fiction, est prête à s’enthousiasmer pour de si beaux projets. Quant aux responsables politiques, ils sont généralement incompétents, ne se sentent pas concernés par des projets à si longue échéance, et par démagogie ne veulent pas aller à contre-courant de l’opinion. La presse et tous les médias ont un fond de commerce dans ces problèmes et personne ne veut jeter une douche froide en se demandant : « Est-ce bien raisonnable ? »
Je pense qu’il est du devoir du citoyen responsable d’essayer de se faire une opinion et pour cela de faire l’effort de s’informer. Ces problèmes peuvent sembler extrêmement complexes et ils le sont. Or les lois physiques qui interviennent sont très simples ; elles sont incontestables car connues depuis le XVIIIe siècle, elles ont été vérifiées par tout ce qui a été réalisé jusqu’à ce jour. Avec une feuille de papier et un crayon le moindre bachelier peut se rendre compte de ce qui est possible et de ce qui est définitivement inaccessible.

[whoami]

Bonjour,

Je ne vois pas ce que tu cherches à prouver/montrer ?

[Scorp]

Idem, je n'ai pas bien compris où est ce que tu veux en venir ???

En plus, tu dis que les sommes injectées dans de tels programmes sont gigantesques (c'est vrai). Mais tu en parles comme si c'était du gachis ! C'est oublier toutes les retombées qu'on a pu obtenir de ces projets. Beaucoup de progrès dans le domaine de la médecine, technologie, de l'environnement etc... sont directement liés à l'exploration (et ces moyens mis en oeuvre) de l'espace.

Certes, l'homme fait des sauts de puces. Et alors ? Il faut bien en passer par là si on souhaite aller plus loin. Aller sur Mars directement serait très risqué. S'établir sur la lune, s'entrainer, améliorer des solutions avant un voyage vers Mars me semble assez indiqué (c'est exactement la même démarche que lors de la découverte des nouveaux mondes en bateaux il y a quelques siècles)

[tournesol71]

Salut
Où je veux en venir ? Je souhaite faire part de réflexions basées sur des lois physiques connues depuis 300 ans et toujours acceptées, et sur des calculs du niveau de Terminale, réflexions qui me conduisent à penser que toute navigation en dehors du système solaire est exclue.
Je n’ai pas nié la possibilité de voyage vers Mars. Tu parles d’aller plus loin, mais où ? Je vois d’énormes difficultés à un séjour sur Mars. Je n’ai rien pu lire jusqu’à présent qui m’ait convaincu de la faisabilité à toutes les étapes. Je n’ai rien lu non plus qui explique en quoi une base sur la Lune pourrait rendre plus facile ou plus économique un voyage sur Mars. Si tu as des références sérieuses donnes les moi.
Quant aux retombées, c’est un terme que l’on utilise après coup pour se consoler de l’échec d’un grand projet. Il aurait mieux valu travailler directement sur ces retombées. On a dit que l’Airbus avait bénéficié de retombées du Concorde, c’est vrai (j’ai un peu vécu cette histoire), mais on aurait pu faire directement l’Airbus.
On a dit aussi que la chirurgie (et beaucoup d’autres techniques) avaient bénéficié des guerres !

[whoami]

Bonjour,

Tu as raison.

D'ailleurs, ça fait partie du complot mondial bien connu.

[Gilgamesh]

Il y a conservation de la quantité de mouvement (produit de la masse par la vitesse) entre la matière éjectée. La relation de Tsiolkovski s’en déduit très simplement :
∆V = Ve*Ln(M1/M2)
∆V = variation de vitesse de l’engin, M1 = masse initiale engin, M2= masse finale.
On peut également en déduire l’expression inverse :
M1/M2 = exp(∆V/Ve)
Examinons ce que l’on peut conclure de cette formule particulièrement simple.
Voyager a une masse de 800 kg. Il faudrait lui adjoindre un moteur. Avec tous les moteurs « classiques », à réaction chimique, la vitesse d’éjection est au plus de 5 km/sec. Rien que pour doubler la vitesse, soit ∆V=17 km/sec on a M1/M2 = exp(17/5) = 29,9. La masse de départ est donc alors de 30 fois la charge utile. Le lanceur Titan-Centaur avait plus de 8000 t : il faudrait passer à 24000 t pour 800 kg.
On a envisagé d’autres moyens de propulsion utilisant d’autres systèmes que chimiques. Avec eux c’est toujours le principe de la réaction qui est en jeu et la relation de Tsiolkovski qui s’applique. Leur intérêt est de permettre des vitesses d’éjection plus importante. On a annoncé des vitesses dépassant 100 km/sec. Il faut alors embarquer la matière à éjecter, une source d'énergie et une machine capable de transformer cette énergie potentielle en énergie cinétique.
Une difficulté que l’on ne voit jamais soulevée pour ces propulsions alternatives à grande vitesse d’éjection c’est que l’énergie nécessaire pour accélérer la masse éjectée est proportionnelle au carré de la vitesse d’éjection (énergie cinétique = ½ MV²). Ejecter 1 kg de matière à 50 km/sec demande 100 fois plus d’énergie qu’à 5 km/sec.
La propulsion ionique a déjà été appliquée, en utilisant l’énergie de panneaux solaires, mais pour des poussées très faibles destinées à modifier la trajectoire. Cette possibilité disparait quand on s’éloigne du soleil.

Pour sortir du système solaire et atteindre des systèmes distants, il faut maitriser la fusion thermonucléaire.

La fusion produit des protons et des noyaux alphas à qq MeV, ce qui correspond à des vitesses d'éjection de l'ordre de 10⁷ m/s.

Par exemple :

* deutérium + deutérium → (hélium 3 + 0,82 MeV) + (neutron + 2,45 MeV)
* deutérium + deutérium → (tritium + 1,01 MeV) + (proton + 3,03 MeV)
* deutérium + hélium 3 → (hélium 4 + 3,67 MeV) + (proton + 14,67 MeV)


Prenons une vitesse d'éjection de V_e = 15 000 km/s et un trajet composé d'un départ à vitesse nulle, un ∆V de 4500 km/s puis un freinage à vitesse nulle. Dans ce cas on a :

M₀/M = exp(2V/V_e) = exp(2*4,5/15) = 1,82

Pour une masse utile de 1 tonne, tu as 820 kg de matière fusible à éjecter, ce qui devient très raisonnable.

Par contre, il faut sans doute une gros vaisseau, tu peux lire le raisonnement ici, c'est assez long.

a+

[the harp]

Tournesol a raison.
La Terre est bien plus que le berceau de l'humanité, elle est surtout l'avenir de l'homme (ref. l'auteur).
Commençons d'abord par préserver son potentiel pour affermir le nôtre.
Et en attendant de sortir de l'adolescence, on pourra toujours continuer la chasse au dahu de l'espace.
Elle n'est pas belle la vie ?

[tournesol71]

Cher Gilgamesh
Tu ne dis rien du dispositif pour assurer la fusion. Le projet ITER dont les résultats sont envisagés dans un délai de 40 à 50 ans par les plus optimistes comporte des installations gigantesques et complexes pour se mettre dans les conditions extrêmement pointues de la fusion. De là à imaginer un système qui puisse être embarqué et qui fonctionne des centaines d’années il y a loin.
Une vitesse de 4500 km/sec représente 1/66 de la vitesse de la lumière. Pour joindre l’étoile la plus proche il faudrait 300 ans, et 6000 ans pour une étoile relativement proche de 100 années lumières.
Tu nous présente sur ton site « Arche Interstellaire » un projet de science-fiction. Tu y joins des calculs scientifiques que je ne conteste pas, mais tu néglige toutes les contraintes pratiques et les ordres de grandeur. La science-fiction qui ignore toutes les contraintes de la réalité n’est que de l’anti-science. L’auteur de science-fiction peut inventer n’importe quoi, il peut parler d’un vaisseau de 25 Gt, le papier et l’écran supportent tout. Il est absurde de faire croire que c’est de la science.
Amicalement

[whoami]

Bonjour,

Je ne vois toujours pas le but de ton propos.

Que je sache, personne - parmi les gens "sérieux" - n'a dit qu'on avait la technologie pour aller vers une autre étoile, et personne non plus n'a dit que ce serait possible à moyen terme. Et tout le monde - les mêmes que dans la phrase précédente - sait bien qu'il faudra envisager un voyage très long, à faire dans une véritable "arche", sauf progrès véritablement révolutionnaire dans notre connaissance des lois de la physique, ajouté à un gigantesque progrès technologique.

Mais tout ceci n'implique pas une impossibilité au sens strict comme tu sembles l'affirmer.

Souvenons-nous qu'il n'y a pas si longtemps, certains affirmaient que le train ou l'automobile ne pourraientt pas être utilisé par des humains, car la vitesse les tuerait, que le vol d'un plus lourd que l'ait était absolument impossible, que ...

[Gilgamesh]

Cher Gilgamesh
Tu ne dis rien du dispositif pour assurer la fusion. Le projet ITER dont les résultats sont envisagés dans un délai de 40 à 50 ans par les plus optimistes comporte des installations gigantesques et complexes pour se mettre dans les conditions extrêmement pointues de la fusion. De là à imaginer un système qui puisse être embarqué et qui fonctionne des centaines d’années il y a loin.

J'envisage entre un et trois siècles pour la maitrise d'un moteur a fusion, je ne pense pas que ce soit pécher par optimisme, honnêtement. Il y a des enjeux très élevés dans la maitrise de la fusion, car les ressources énergétiques et la densité de puissance des moteurs y gagneraient plusieurs ordres de grandeurs. On peut donc parier que ce sera un domaine de recherche actif dans les siècles à venir. Et on a d'ors et déjà de bonnes raisons (théoriques et pratiques) de penser que c'est réalisables, sans avoir besoin d'inventer une autre Physique.

Une vitesse de 4500 km/sec représente 1/66 de la vitesse de la lumière. Pour joindre l’étoile la plus proche il faudrait 300 ans, et 6000 ans pour une étoile relativement proche de 100 années lumières.

Oui. Cela implique de choisir des cibles proches et donc non viables "tête nue" et un temps de trajet qui approche le millénaire. Pour ces deux raisons donc, une arche.

Tu nous présente sur ton site « Arche Interstellaire » un projet de science-fiction. Tu y joins des calculs scientifiques que je ne conteste pas, mais tu néglige toutes les contraintes pratiques et les ordres de grandeur. La science-fiction qui ignore toutes les contraintes de la réalité n’est que de l’anti-science. L’auteur de science-fiction peut inventer n’importe quoi, il peut parler d’un vaisseau de 25 Gt, le papier et l’écran supportent tout. Il est absurde de faire croire que c’est de la science.
Amicalement

C'est de la science dans la mesure où tous les aspects du projets (techniques ou anthropologiques) sont envisagés d'un point de vue scientifiques. Le but n'est pas d'affirmer que "ça se fera" mais de déterminer "à quelles conditions minimales ce serait possible".

a+

[SebastienMHD]

Et en admettant que la théorie des Univers jumeaux ou parallèles du physicien d'Andreï Sakharov soit exacte, donc qu'il y est un second univers parallèle à "notre" univers. Si la vitesse de la lumière de ce deuxième univers ne soit pas la même que celle du premier, la durée du trajet pourrait être modifiée.
La question du voyage interstellaire pourrait donc être aujourd'hui reconsidérée.

Andreï Sakharov s'est basé sur l'antimatière pour expliquée sa théorie des Univers jumeaux.
D'après la théorie du Big bang, il s'est crée autant d'antimatière que de matière. Or dans notre Univers, les chercheurs l'ont prouvé, il n'y a PAS d'antimatière cosmologique.
Où est-elle passée ?
Dans un second univers.

Cette théorie n'est pas à exclure.


Amicalement

Sebastien

[whoami]

Bonjour,

Et en admettant que la théorie des Univers jumeaux ou parallèles du physicien d'Andreï Sakharov soit exacte, donc qu'il y est un second univers parallèle à "notre" univers. Si la vitesse de la lumière de ce deuxième univers ne soit pas la même que celle du premier, la durée du trajet pourrait être modifiée.
La question du voyage interstellaire pourrait donc être aujourd'hui reconsidérée.

Andreï Sakharov s'est basé sur l'antimatière pour expliquée sa théorie des Univers jumeaux.
D'après la théorie du Big bang, il s'est crée autant d'antimatière que de matière. Or dans notre Univers, les chercheurs l'ont prouvé, il n'y a PAS d'antimatière cosmologique.
Où est-elle passée ?
Dans un second univers.

Cette théorie n'est pas à exclure.


Amicalement

Sebastien

Pas à exclure, bon, admettons.

Mais si ce second univers, fait d'anti-matière existe, ne compte pas sur moi pour aller m'y balader (je suppose que tu sais ce que donne la rencontre matière / anti-matière ).

[SebastienMHD]

Oui il doit se passer quelque chose mais je ne sais pas trop quoi
Une explosion ?
Un rayonnement ?

[invité6543212033]

Je dirais les 2, il y a toujours plus de matière que d'antimatière donc comme un positron et un électron s'annihile en masse il en résulte instantanément un fort rayonnement (2 photons) gamma à 511 keV (si mes souvenirs sont bons), on parle de désintégrations nucléaires, ou l'antimatière est le cas extrême de la transformation ...
Sinon sous l'effet du rayonnement, la matière détone car tout le rayonnement est absorbé très rapidement !

Cordialement,

[SebastienMHD]

Ok!
Merci du renseignement

Est-ce que le positron est la même particule que l'antiélectron?
Il me semblait avoir lu déja ça quelque part, mais je suis pas sur