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Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

  1. Carcharodon

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    juillet 2008
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    Re : Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

    Il se pourrait bien que Tolyarenko Nikolai et son collègue se soient trompés d'un facteur 3
    c'est normal vu que le papier date de 2011 et que depuis, les objectifs ont été sérieusement revu a la baisse, comme régulièrement depuis le début du projet ISS d'ailleurs...

    Mais il y a des choses très importantes qu'il ne faut pas oublier concernant ces missions lointaines.

    1) d'abord, le premier et principal problème, c'est la propulsion, avant l'énergie éléctrique.
    Pour JUNO, il a fallu utiliser la fronde gravitationnelle pour avoir l'opportunité d'envoyer une sonde de cette masse si loin.
    Sinon, c'était simplement impossible, sauf a faire un assemblage en orbite qui aurait fait littéralement exploser le cout, rendant la mission impossible au niveau budgétaire.
    Ce vol a utilisé une seule fronde avec la terre, 14 mois après son lancement.
    Sans elle, la mission ne pouvait avoir lieu donc.
    Et même s'il est possible de faire encore mieux que ça (exemple rosetta)

    2) deuxième problème : la durée de la mission
    Une seule fronde de ce genre, ça n'occasionne "que" 14 mois de plus de durée de mission.
    Il faut bien réaliser que ce genre de mission représente une part importante de la carrière des personnels qui s'en occupent.
    5 ans rien que pour le trajet, trajet ou il ne se passe cependant quasiment rien, sauf une fronde précédée d'une correction.
    Et après ça, seulement, intervient le travail scientifique proprement dit.
    Dans le cas de rosetta, qui a utilisé 4 assistances gravitationnelles, le vol dure... 10 ans !
    10 ans avant de commencer le travail scientifique !
    Alors que la sonde et la comète se trouveront nettement moins loin que l'orbite jovienne au moment du rdv ! impressionnant non ?

    ces durées a rallonge montrent a quel point les moyens de propulsion manquent pour ce genre de mission, ce qui oblige a "voler" de l’énergie aux planètes du système lors du parcours, mais qui allonge considérablement la durée de vol jusqu’à l'objectif.

    Et ça pointe du doigt le principal problème : on est a l'extrême limite de ce qu'on peut faire avec des engins de ces masses envoyés dans des missions qui demandent autant de dV.
    On ne peut donc pas du tout envisager d'augmenter les masses de ces engins sans être obligé alors de calculer des chemins de plus en plus long en durée.
    Si on rajoute 15% de masse a JUNO, on est alors obligé de recourir a au moins une, si ce n'est deux assistances gravitationnelles de plus, doublant quasiment le temps de vol !

    On est donc à la limite de ce qu'on peut faire actuellement, et il est très difficile d'imaginer mettre davantage d'instruments (et donc de masse) sur ce type d'engin scientifique.
    C'est très important de bien comprendre ça, car ça fait comprendre qu'une mission deepspace de ce genre ne PEUT PAS faire plus que ce qu'on lui demande déjà.
    un rappel de la liste des objectifs =>
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Juno_%28sonde_spatiale%29
    (notez au passage les temps faramineux de mise a feu, 33mn pour 800m/s ! puis 38 mn puis encore 30 mn !!! le moteur doit vraiment être poussif, je ne m'y suis pas intéressé encore).
    Personnellement, je trouve déjà ces objectifs très ambitieux.
    C'est du sérieux, il va y avoir a manger pour des années, voir des décennies, après la collecte des données

    On ne peut donc pas être plus ambitieux, et si on désire les augmenter un tant soit peu les caractéristiques de la mission, alors, on se retrouve TRES rapidement avec des durée de vol considérablement plus longue.
    Ou alors, il faut envoyer plusieurs sondes a la fois (a 1.1G$ pièce...).
    En résumé, on a des moyens limités, et lorsqu'on voit le programme de JUNO, on ne peut être qu'admiratif devant la somme d'objectifs qui lui sont déjà assignés dans ce cadre.

    Le problème ne vient donc pas du tout du fait qu'on pourrait mettre plus d'instruments si on avait plus de jus, il vient du fait que si on met plus d'instruments, la durée de vol explose et le vol devient bien plus complexe a gérer... et la mission coute beaucoup plus cher (il ne travaillent pas gratos les ingé...).
    Donc non, un générateur électrique plus puissant ne changera fondamentalement rien à ce qu'on est déjà capable de faire.
    Sauf s'il arrive a avoir une masse réellement inférieure a celle des panneaux solaires (dont les performances sont en constantes améliorations).

    Ce qui changerait vraiment la donne, ce serait d'être capable d'envoyer des trucs plus massifs en orbite avec de meilleures fusées, plus grosses, ou, encore mieux, ayant un meilleur rendement.
    Et comme un meilleur rendement, on ne peut l'améliorer que de façon très progressive et marginale, c'est là, uniquement, qu'intervient le véritable goulet d'étranglement de ce genre de deepspace mission.
    c'est pas au niveau de l'énergie électrique, du moins tant qu'on a amélioré ce problème de propulsion.

    Je suis réellement admiratif et émerveillé sur les progrès qui sont faits dans ce domaine, mais je sais qu'on tutoie déjà nos limites, techniques, budgétaires et de durée de mission.
    Et je ne vois pas comment une meilleure source énergétique pourrait vraiment améliorer la donne.

    -----

    Restons superficiel pour ne pas fâcher
     


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  2. Carcharodon

    Date d'inscription
    juillet 2008
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    Paris
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    Re : Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

    ... sauf si on arrive a créer un ensemble moteur ionique + générateur d'une masse acceptable, bien entendu.
    Mais on il reste vraiment beaucoup de travail, certainement beaucoup d'années, voir quelques décennies, avant d'arriver a des performances supérieures a ce qu'on fait actuellement avec le chimique + fronde.

    Évidemment qu'il faut continuer a travailler dans cette voie, mais il ne faut pas attendre une révolution grâce au seul générateur.
    Les réels progrès en la matière ne peuvent venir que d'un couple générateur + moteur ionique.
    On en est qu'aux balbutiements.
    Restons superficiel pour ne pas fâcher
     

  3. cancerman

    Date d'inscription
    octobre 2011
    Messages
    828

    Re : Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

    Salut Carcharodon, j'ai lu avec attention ce que t'a marqué et tout à fait d'accord avec toi, mais on en revient au même problème, la mise en orbite à faible coût n'existe pas à notre époque, c'est le chien qui se mord la queue (...)

    Ariane 5 c'est 14.000 euros le kilo pour une mise en orbite basse.

    Je veux dire même les concurrents alternatifs du marchés spatial qui veulent lancer des faibles charges (250kg) depuis un avion transportant une fusée ne pourront jamais envoyer des masses de plusieurs tonnes d'un vaisseau spatial.

    Faut être réaliste ou alors un assemblage en orbite similaire à la construction de 'lISS.

    Pour les vaisseaux plus volumineux l'assemblage en orbite *
     

  4. Geb

    Date d'inscription
    novembre 2005
    Messages
    3 596

    Re : Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

    Bonjour

    @ Carcharodon : Je ne souhaite pas polémiquer sans fin, et je préfère écumer le net à la recherche de nouveaux articles (qui sont pour la plupart en russe) plutôt que de m'amuser à contredire tout ce que tu racontes. Juste un petit détail.

    Citation Envoyé par Carcharodon Voir le message
    1) d'abord, le premier et principal problème, c'est la propulsion, avant l'énergie éléctrique.
    Il me semble que tu sous-estimes l'amélioration que représenterait un réacteur tel que celui projeté par les Russes sur la durée des transits. Je rappelle que dans son étude de 2006 pour une mission vers une planète naine transneptunienne hypothétique (pour les besoins de l'étude) à 200 UA, l'ESA n'a pas osée rêver d'une source d'énergie nucléo-électrique avec une masse spécifique inférieure à 25 kg/kWe et prétendait qu'avec la "technologie actuelle" on se situerait plutôt à 50 kg/kWe. Pour rappel, le module de transport interorbital vise (à vide, sans propulsif ni charge utile) une masse de 15 tonnes pour 1 MW d'énergie électrique pour 2018.

    Maintenant, en ce qui concerne les performances théoriques maximales des radiateurs spatiaux à gouttelettes, j'ai trouvé cette publication en russe d'Anatoliy Koroteyev (le directeur du centre de Keldysh dont on a déjà parlé à plusieurs reprises dans cette discussion) :

    Капельные холодильники-излучатели космических энергетических установок нового поколения (Конюхов & Коротеев, 2006)

    Ma traduction personnelle (approximative) du titre de cette publication est la suivante : "Radiateur à gouttelettes pour générateur spatial de nouvelle génération".

    Elle est donc a priori très appropriée. Je n'ai pas eu le temps de la lire entièrement, mais j'ai fait une recherche de chiffres, et en page 3 on trouve effectivement un chiffre hallucinant pour le radiateur à gouttelettes : 0,15 à 0,2 kg/kWth ! J'ai presque du mal à croire que c'est possible : c'est plus de 10 fois mieux que l'objectif que la NASA s'était fixé pour le projet JIMO. Cela dit, il s'agit d'un optimum théorique à mon avis. Il y aura sûrement des aménagements et des compromis techniques pendant la réalisation (si les Russes optent bien en définitive pour ce type de radiateur spatial).

    Cordialement.
     

  5. Carcharodon

    Date d'inscription
    juillet 2008
    Localisation
    Paris
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    49
    Messages
    5 586

    Re : Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    Bonjour

    @ Carcharodon : Je ne souhaite pas polémiquer sans fin
    Tu as raison, ça commence a devenir lassant.
    J'espère seulement qu'un jour tu nous présenteras quelque chose qui a un rapport avec la réalité de l'industrie spatiale, on peut toujours rêver...
    Restons superficiel pour ne pas fâcher
     


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  6. Geb

    Date d'inscription
    novembre 2005
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    Re : Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

    Citation Envoyé par Carcharodon Voir le message
    J'espère seulement qu'un jour tu nous présenteras quelque chose qui a un rapport avec la réalité de l'industrie spatiale, on peut toujours rêver...
    Je suis navré par le ton que tu emploies. De plus, personne ne t'obliges à participer aux conversations que tu te plais manifestement à dénigrer, sous le simple prétexte qu'elles ne seraient pas à ton goût.

    Bien cordialement.
     

  7. Geb

    Date d'inscription
    novembre 2005
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    Re : Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

    Bonsoir,

    J’ai enfin les noms des chefs de projets du Consortium MEGAHIT qu’on évoque dans cette discussion :

    - Zara Hogson pour le National Nuclear Laboratory (Royaume-Uni),
    - Elisa Cliquet pour le CNES (France),
    - Frank Jansen pour la DLR (Allemagne),
    - Alexandr Semenkin pour le centre de recherche Keldysh (Russie),
    - Enrico Gaia pour la branche italienne de Thales Alenia Space,
    - Jean-Claude Worms pour la Fondation pour la science européenne à Strasbourg.

    Pour rappel, le consortium russo-européen MEGAHIT (Megawatt Highly Efficient Technologies for Space Power and Propulsion Systems for Long-duration Exploration Missions) poursuit le projet de remorqueur orbital russe de 1 MWe :

    MEGAHIT: Update on the advanced propulsion roadmap for HORIZON 2020 (Ruault et al., 2014)

    Morceaux choisis :

    A workshop was hold in Brussels on December 2013 and was attended by about a hundred specialists. [...] The workshop enabled the MEGAHIT consortium to consolidate the list of possible alternatives, to identify the contested issues, and to establish the first drafts for the final roadmap.
    Departure will be from a a sufficiently high orbit (800km or more). The spacecraft will be composed of at least 2 modules assembled in orbit: the transport power module with Nuclear Power Propulsion System (NPPS) (20 tons) and the module with payload (20 tons). Radiators can be foldable. System can function 5 years in full power on a total lifetime of 10 years.
    Regarding the nuclear core, 3 fuel candidates UO2, UC and UN were retained for reference. High enrichment and fast spectrum were retained to optimize the mass […].For shield, tungsten seems the best protection against gamma rays. Protection against neutron can be done with 6Li, 6LiH, and 10B4C.
    Conversion based on thermo-acoustics coupled with Magnetohydrodynamic is a promising alternative to Brayton. This alternative may become the reference if current maturations going on in Europe brings positive results.
    For radiator technology, a heat pipe system was selected due to its simplicity and good performance. […] For other heat exchangers, plate heat exchanger was selected.
    Droplet radiator is a promising technology under maturation, and was kept as a back-up.
    For electric thrusters, solutions with higher TRL levels were down-selected: hall-effect thrusters, ion engines and magnetoplasmadynamic (MPD) thrusters. MPD thrusters currently offer the highest thrust level.
    On system level, it is proposed to consider a 1300K hot temperature as a reference because this level is mandatory to reach the specific mass objective for the system (<20kg/kWe). Two variants are then considered: a direct Brayton cycle with He-Xe an in-direct He-Xe Brayton cycle with a Lithium cooled core.
    In order to give an ambitious longer term perspective a third option was assessed: 1600K indirect Brayton cycle.
    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 19/04/2015 à 21h47.
     

  8. Geb

    Date d'inscription
    novembre 2005
    Messages
    3 596

    Re : Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

    Une confirmation de l'agenda qu'on avait déjà dévoilé dans cette discussion depuis 5 ans :

    Disruptive Propulsive Technologies for European Space Missions (Koppel et al., 2013)

    Most recently, taking into account the high potentialities of nuclear space energy to increase the effectiveness of space activities, 'ROSKOSMOS' and 'ROSATOM' have proposed a project to create a heavy spaceship with a powerful nuclear power and propulsion system (NPPS). This project was approved by the President of Russian Federation and accepted for realization in the 2010-2018 timeframe as follows:

    2010—2012 conceptual designs of NPPS.
    2015—2017 testing of NPPS, production and delivery of NPPS to the heavy spaceship.
    2014—2017 production and test of non-nuclear systems of the heavy spaceship.
    2018 end of ground development.
    Cordialement.
     

  9. Bip

    Date d'inscription
    février 2006
    Messages
    439

    Re : Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

    Ces derniers temps on ne parle plus guère, hélas, de moteurs nucléaires interplanétaires (hormis les modestes RTG). Pourtant il va être très difficile de conquérir Mars sans eux : besoin de lancer une douzaine de fusées géantes pour assembler le vaisseau (chimique) ! Un tel bazar ne pourra durer pendant les siècles nécessaires au rêve d'une vraie colonisation de Mars.
    Et on n'imagine pas de nouvelles idées se concrétiser avant 50 ans...
     

  10. Geb

    Date d'inscription
    novembre 2005
    Messages
    3 596

    Re : Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

    Bonjour Bip,

    Citation Envoyé par Bip Voir le message
    Ces derniers temps on ne parle plus guère, hélas, de moteurs nucléaires interplanétaires (hormis les modestes RTG). Pourtant il va être très difficile de conquérir Mars sans eux : besoin de lancer une douzaine de fusées géantes pour assembler le vaisseau (chimique) ! Un tel bazar ne pourra durer pendant les siècles nécessaires au rêve d'une vraie colonisation de Mars.
    Et on n'imagine pas de nouvelles idées se concrétiser avant 50 ans...
    Même si la communication de Roscosmos verse parfois dans le voyage habité vers Mars et un retour de l'Homme sur la Lune, les objectifs réels de la mission sont bien plus modestes.
    On lit souvent dans la presse les directeurs des différents laboratoires impliqués dans ce projet, qui aiment reprendre les inepties que Chang-Diaz (le concepteur du VASIMR) déclarait, en reprenant à leur compte l'idée que : "Avec la propulsion nucléaire, le trajet vers Mars est possible en 6 semaines". C'est de la communication. Ce n'est pas réaliste. La société Ad Astra Rocket de Chang-Diaz a mis environ 10 ans à revenir à un discours plus réaliste.

    Cela dit, il me paraît évident que le générateur nucléaire développé en Russie représenterait un progrès indéniable par rapport aux RTG, puisque les Russes visent 14 à 15 kg/kW produits. La technologie "accessible" aujourd'hui en matière de générateur nucléaire pour le milieu spatial en est plutôt à 50 ou 60 kg/kW produits (tandis que la technologie des RTG semble "bloquée" à ~180 kg/kW).

    C’est le 24 juin 2016 que l’appel d’offres a expiré. Le client Roscosmos (l’agence spatiale fédérale russe) a choisi le centre de recherche Keldysh comme seul exécutant en ce qui concerne le générateur nucléaire d’1 MWe qualifié pour le spatial.

    Ce n’est évidemment pas une surprise, puisque le centre Keldysh était le principal contractant pour la conception technique dès le début du projet en 2009.

    Pour la période 2016-2018, le budget fédéral russe prévoit 3.811.142.400 roubles pour le projet, soit 1,7 milliard en 2016, 1,675 en 2017 et 432,5 millions en 2018. J’insiste, il s’agit juste de budget alloué à la construction du générateur nucléaire.

    Le coût de la construction du module de transport au grand complet est évalué, au total, à environ 20 milliards de roubles et l’assemblage en orbite devrait être terminé, si tout se passe comme prévu, d’ici 2025.

    Le module en lui-même devrait faire 53,4 mètres de long pour une masse de 20.290 kg.
    Le générateur produirait, comme dit plus haut, une puissance électrique d’un mégawatt, dont au moins 94% arriverait aux propulseurs.
    L’impulsion spécifique des propulseurs est prévue à ~7000 s, pour une poussée continue de 18 N.
    L’uranium 235 embarqué permettrait un fonctionnement en continu de 10 ans.

    L’objectif principal, dans un premier temps, serait le remorquage entre l’orbite de sécurité nucléaire (à 800 km d’altitude) et l’orbite géostationnaire (mais d’autres orbites sont tout à fait possibles).

    Plus de détails ici (en russe) : http://www.kommersant.ru/doc/2810188


    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 09/07/2016 à 20h22.
     

  11. Geb

    Date d'inscription
    novembre 2005
    Messages
    3 596

    Re : Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

    Bonsoir,

    Après une longue absence, je reviens sur ce fil après la lecture d'un article moyennement intéressant (en russe) d'un certain Alexandre Bérézine, avec des liens vers quelques sources très intéressantes.

    Le 17 novembre 2015, le service de presse de l’Institut NIKIET a annoncé que Rosatom avait testé avec succès la cuve de confinement du réacteur nucléaire spatiale, composé d’un alliage monocristallin de métaux réfractaires à base de molybdène (développée par l’entreprise Loutch, une autre filiale de Rosatom basée à Podolsk, une ville de 180.000 habitants à 45 km au sud de Moscou) pour une durée de 100.000 heures.

    Le 21 mars 2016, la société ТВЭЛ (TVEL), filiale de Rosatom qui fabrique le carburant des centrales nucléaires russes, a annoncé sur son site internet que le lot de crayons combustibles expérimentaux en dicarbure d’uranium (UC2), enrichis à plus de 20% en U235 (par souci de compacité du dispositif) qu’elle avait fabriqué pour alimenter le réacteur nucléaire spatial russe venait d’être déclaré conforme au cahier des charges.

    Source : Le complexe de fabrication [de combustible nucléaire] a produit un lot expérimental de barres de combustible pour le réacteur spatial (en russe)

    Dans sa communication à l’étranger, la compagnie TVEL parle simplement de réacteur nucléaire spatial refroidi au gaz (en anglais « space-based gas-cooled nuclear reactor », en russe « реакторной установки газовой космической », soit RUGK en abrégé).

    D'ici fin 2018, le générateur nucléaire spatial devra être assemblé et testé à l’Institut de recherche en ingénierie nucléaire de Sosnovy Bor, rattaché à l’Université polytechnique « Pierre le Grand » de Saint-Pétersbourg. Le vol d’essai dans l’espace n’est pas attendu avant 2025 et la crise en Ukraine et les sanctions internationales fait dire à certaines personnes bien informées que l’obtention des fonds nécessaires pour un tel test en conditions réelles n’est plus une priorité et qu'il faut « faire des économies ».

    Cordialement.
     

  12. SK69202

    Date d'inscription
    septembre 2006
    Localisation
    Sud Armoricain
    Messages
    17 197

    Re : Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

    Je pense que les annonces du Président de la Fédération de Russie, dans son discours du 01/03/18, donnent quelques informations, il y a des réacteurs nucléaires miniaturisés de forte puissance massique opérationnels en Russie.
    Dans les villages gaulois, ils ne sont jamais tous d'accord. Jules César
     


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