Le voyage sur Mars en 39 jours !

[tournesol71]

Un article du Point du 4 mars 2010 nous indique que « Grâce au génie de l’astronaute américain Chang-Diaz (7 vols spatiaux) , les Etats-Unis pourraient bientôt disposer d’un vaisseau spatial capable d’atteindre Mars en trente-neuf jours ! En six fois moins de temps qu’un vaisseau classique. La tuyère magnétoplasmique Vasimr fonctionne avec de l’argon chauffé à plusieurs millions de degrés. Ce gaz se transforme alors en plasma capable de propulser un vaisseau à plus de 1 million de kilomètres/heure ! L’énergie électrique nécessaire au réchauffement peut être fournie par des panneaux solaires ou par un mini réacteur nucléaire… »
Cette information est–elle crédible ? Il n’est pas besoin d’avoir de lumière sur les procédés magnétoplasmique et sur le moteur VASIMR pour démontrer l’invraisemblance de cette information.
1er point : principe de la réaction
Tous les systèmes de propulsion dans l’espace sont basés sur la réaction. Cela consiste à éjecter une certaine masse dans la direction opposée à celle où on vent propulser l’engin. Cela peut être des produits de combustion comme dans la fusée, ou bien un jet d’atomes, de molécules, d’ions, de plasma ou même de photons. Dans tous les cas la relation de Tsiolkovski qui donne l’augmentation de vitesse en fonction de la variation de masse s’applique.
∆V = Ve*Ln(M1/M2)
∆V = variation de vitesse de l’engin, M1 = masse initiale engin, M2= masse finale. Ou si on appelle Ma la masse propulsive éjectée :
∆V = Ve*Ln((Ma+M2)/M2) = Ve*Ln(1 + Ma/M2)
On peut également en déduire l’expression inverse :
Ma/M2 = exp(∆V/Ve) – 1
Pour augmenter la vitesse il faut soit augmenter la quantité de matière éjectée, soit augmenter la vitesse d’éjection. Avec des dispositifs du type « magnétoplasmique » on pense obtenir des vitesses d’éjections très élevées : on a cité jusqu’à 300 000 m/sec, retenons ce chiffre particulièrement optimiste bien que l’on trouve aussi des chiffres sensiblement plus bas.
Supposons que le dispositif magnéto plasmique soit mis en route alors que l’engin à atteint la vitesse de libération (≈ 12 000 m/sec) par des moyens classiques. ∆V = 278 000- 12 000 = 266 000
La quantité de matière à éjecter serait alors :
Ma = M2 exp(266 000/300 000) – 1 = M2 ( 2.425 – 1) = 1.425 M2
Pour une masse finale de 1 tonne il faut éjecter 1,425 tonnes.

2ème point : bilan énergétique
Un corps en mouvement à une énergie cinétique 1/2MV². Cette énergie lui est fournie par le système de propulsion. Mais pour donner une vitesse Ve à la masse éjectée il faut lui fournir une énergie = ½ Ma Ve².
• Pour une vitesse de 1 million de km/h soit 278 000 m/sec, l’énergie cinétique de l’engin serait par tonne de :
½ M2 . V² = ½ . 1000 . (278 000)²
= 3,86.10¹³ kgm =
3,78.10¹⁴ Joules
= 105 GWh
• L’énergie de la masse éjectée pendant tout le parcours serait :
½ MaVe= ½. 1425 . (300 000)²
= 6.41. 10¹³ kgm
= 6.29.10¹⁴ Joules
= 175 GWh.
L’énergie totale serait donc 105 + 175 = 280 GWh par tonne.
Comme la vitesse maximum devrait être atteinte à mi parcours puisqu’il faudrait la réduire pour se poser sur Mars, cette énergie devrait être dépensée en 20 j environ soit 480 h, la puissance pour atteindre 1 million de km/h serait de 0,58 GW par tonne ce qui représente la moitié de la puissance d’un réacteur de centrale nucléaire. L’article parle de mini-centrale nucléaire ("Yapuka !"). Pour un engin de 100 tonnes il faudrait 59 GW soit environ la puissance de la totalité du parc nucléaire français : on ne peut donc parler de mini-centrale. Même dans les rêves les plus fous on ne peut envisager qu’une telle puissance puisse être réalisée sans mettre en jeu des dizaines voire des centaines de milliers de tonnes. Dans le cas d’un voyage court vers Mars l’utilisation du nucléaire serait particulièrement mal adaptée puisqu’il faut limiter le débit d’énergie pour ne pas atteindre une température qui volatiliserait l’uranium et l’ensemble du contenant et des appareillages. Dans une centrale classique l’énergie contenue dans la charge est utilisée sur plusieurs années.

Pour se procurer cette énergie on peut penser à l’énergie solaire. En comptant un rayonnement solaire de 1000 W/m² , il faudrait 590 000 m² ou 0,59 km² par tonne d’engin, chiffre à multiplier par 3 ou 4 pour tenir compte du rendement des panneaux.
Une fois la vitesse maximale atteinte il faudrait retourner l’engin et le freinage demanderait à peu de chose près la même énergie. Le retour devrait comporter également une phase d’accélération et une phase de freinage.
Il ne parait pas utile de poursuivre pour démontrer que l’idée de M. Chang-Diaz (en quoi avoir fait 7 voyages dans l'espace le rendrait compétent sur le sujet ?)doit rejoindre dans la corbeille tant d’annonces sensationnelles.

[J-S]

Salut,

J'ai pas tout lu car les formules mathématiques et moi, ca fait deux mais il y a un autre sujet a ce propos dans la sections "conquête vers mars"

Je ne sias pas ce que vaut l'info comme tu dit mais ceserait super une pareil avancé, ca enleverait tellement de probleme du a ce voyage.

[Vador59]

Bonsoir!

Ca le rend compétent parce qu'il a déjà réalisé un prototype qui fonctionne parfaitement, et dont une évolution va équiper bientôt l'ISS. DE plus, Diaz n'est pas le premier clampin venu: il est diplomé en physique des plasmas du MIT...

Pour le voyage martien, le recours à des panneaux solaires réduit la puissance du moteur donc obligerait à revoir la masse utile à la baisse.

Cordialement.

[J-S]

Merci pour l'info a propos de l'ISS je ne savait pas

[tournesol71]

Salut
Le moteur Vasimr peut très bien marcher et être très utile sur l'ISS pour fournir des poussées faibles susceptibles de permettre des déplacement d'orbite . Mais l'énergie pour 1 million de km est énorme et il faut bien qu'elle vienne de quelque part.

[tournesol71]

Salut
Le poids des panneaux que l'on peut embarquer sur un engin d'une centaine de tonnes, qui viiendrait s'ajouter au poids de l'engin, produirait une énergie dérisoire pour atteindre 1 million de km/h. Par contre un moteur Vasimr alimenté par des panneaux solaires est très très réalisable pour des changements d'orbite par exemple.

[Vador59]

salut!

Pour fournir la puissance nécessaire au moteur VASMR, il faudrait une surface de panneaux solaires de 90000m² (300m*300m): inapplicable pour un vaisseau martien, mais parfaitement imaginable pour l'ISS.
Pour Mars, la seule solution est le générateur nucléaire, mais la masse d'un tel engin est d'une dizaine de tonnes, auxquels il faut ajouter le blindage nécessaire à la protection des astronautes; le vaisseau étant globalement plus lourd, il faudra une propulsion encore plus musclée. Donc ce n'est pas 39j, mais plutôt 120 (quand même la moitié du voyage classique).

De toute manière, 1Mkm/h, c'est parfaitement atteignable. Peu importe la poussée, même si elle est minime: comme elle est constante dans le temps, le cumul permet d'atteindre des vitesses très élevées. C'est comme SMART1 qui a atteint l'orbite lunaire en accélérant constamment, ou Dawn à destination de Vesta et Céres.

De toute manière le moteur actuel est un prototype, nul doute que les générations à venir seront nettement plus performantes: c'est comme si on voulait comparer le moteur du V2 avec le F1 de Saturn5...

@+!

[Aroll]

Bonjour

Pour une vitesse de 1 million de km/h soit 278 000 m/sec,




en 20 j environ soit 480 h,

Il faut peut-être comprendre que ces deux information ne doivent pas s'appliquer à la même mission.
Le Million de Km/h est peut-être une vitesse espérée pour certaines missions ultérieures, plus longues.

Si le vaisseau doit atteindre une vitesse de 278000 m/s en 480h (donc 1.728.000 sec), il lui faut une accélération de a = v/t = 278.000/1.728.000 m/s².
La distance qu'il aura alors parcourue sera de 1/2*a*t² = 240.192.000 km.
Beaucoup trop pour une demi distance Terre-Mars, sauf si on décide de partir dans les pires conditions....

Amicalement, Alain

[Gilgamesh]

Salut,

Pour la mission en 39j avec un moteur à Isp variable (entre 3000 et 30 000 s) et un ratio masse/puissance du moteur de 0,5 kg/kW Chang Diaz calcule une puissance nécessaire de 200 MW pour envoyer 22 tonnes en orbite autours de Mars (on ne se pose pas pour se prix là), avec une vitesse relative finale de 6,8 km/s.


Charge utile : 22 t (4 personnes)
carburant : 476 t
moteur : 102 t
Total masse départ : 600 t


http://dma.ing.uniroma1.it/users/bruno/Petro.prn.pdf

[Carcharodon]

ca me fait penser a l'histoire de la conquête de l'Everest :

Au début, il fallait des mois, 20 porteurs par alpiniste, 4 camps intermédiaires.

aujourd'hui, des personnes voyageant léger (mais tout de même acclimatés préalablement) peuvent faire le même trajet en quelques jours !

Réduire le temps permet d'un seul coup de résoudre quantité de problèmes.
surtout concernant la santé des explorateurs martiens et la faisabilité technique du voyage.
Tout deviendrait TRÈS nettement plus simple avec un voyage de 2 X 40 jours et un mois sur place.

c'est tellement cruel qu'il y a de fortes chances qu'on y aille pas (sur mars) avant de pouvoir faire ça...

dans cette optique, les prochains tests du VASIMR sur l'ISS sont très excitants.

quelqu'un aurait-il des choses juteuses a lire sur le sujet svp ?

[tournesol71]

Salut
Le moteur VASIMR sur l'ISS aurait 25 kW. Il peut être alimenté par moins de 100 m² de panneaux. Rien à voir avec les puissances que j'ai calculé 59 GW pour 100t , chiffre que personne n'a contesté jusqu'à présent. On est donc encore loin du compte.

[Aroll]

Bonjour.

Salut
Le moteur VASIMR sur l'ISS aurait 25 kW. Il peut être alimenté par moins de 100 m² de panneaux. Rien à voir avec les puissances que j'ai calculé 59 GW pour 100t , chiffre que personne n'a contesté jusqu'à présent. On est donc encore loin du compte.

Alors, tu n'as pas lu, ou pas compris les messages précédents....

Amicalement, Alain

[Steph-astro]

(en quoi avoir fait 7 voyages dans l'espace le rendrait compétent sur le sujet ?)

En rien, par contre ses diplômes et son parcours de chercheur ...

[Carcharodon]

trouvé ça :

Chang-Diaz est né à San Jose au Costa Rica et s’est rendu aux États-Unis pour ses études. Il est diplômé en ingénierie mécanique de l’Université du Connecticut et en 1977 en physique des plasmas au Massachusetts Institute of Technology. Durant ses études au MIT, Chang-Diaz travaille dans le domaine de la fusion nucléaire et des fusées propulsées à l’aide de plasma.
...
Il poursuit des recherches sur la propulsion plasma et conçoit le VASIMR, moteur magnétoplasmique à poussée variable.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Franklin_R._Chang-Diaz

lui est très sérieux, "le point", ... beaucoup moins.
Encore un journaliste qui ne pige rien a ce qu'il raconte.
Phénomène assez fréquent dans la presse généraliste qui est bien plus "aware" de la vie des pipoles que des détails techniques des progrès scientifiques.
Après on s'étonne de l'inculture de la population sur ces sujets.
Étonnant non ?

[Geb]

Bonsoir,

moteur : 102 t

Si j'ai bien interpréter le pdf, ce qui pèse 102 tonnes ce doit être le véhicule, ses moteurs et son réacteur nucléaire qui lui fournit l'énergie nécessaire.

Même en supposant que Chang-Diaz soit parvenu à réduire, dans ses calculs, la masse du véhicule et des moteurs à 2 tonnes au total, il ne restait à Chang-Diaz, comme Gilgamesh l'a souligné (et comme il est écrit dans le pdf), qu'à imaginer qu'un jour on dispose d'un générateur capable de fournir 2 kW d'énergie par kg à son astronef.

Pour la mission en 39j avec un moteur à Isp variable (entre 3000 et 30 000 s) et un ratio masse/puissance du moteur de 0,5 kg/kW

Je vois mal comment atteindre une telle performance avec un réacteur nucléaire. Les réacteurs miniatures, comme ceux de la classe soviétique des TOPAZ, ne sont jamais descendus en-dessous de 65 kg/kW.

Les panneaux photovoltaïques à concentrateurs, sont beaucoup plus performants en terme d'énergie spécifique (mais insuffisants pour 200 MW en 100 tonnes).

Le tout n'est pas de mettre au point ce formidable outil que pourrait être le VASIMR, il faut aussi résoudre l'épineux problème de son alimentation en énergie (dans le cas d'un voyage interplanétaire). Et à ma connaissance, la solution n'est pas pour tout de suite.

Cordialement