A quand le 1er vol interstellaire humain ?

[Geb]

Bonsoir,

Depuis 44000 à 150000 ans, le Soleil est entré dans le nuage interstellaire local d'environ 30 a.-l. de diamètre et d'une densité d'environ 0,1 atome/cm³. Ce nuage est environ 2 fois plus dense que la bulle locale, qui a entre 330 et 490 a.-l. De diamètre et une densité d'environ 0,07 atome/cm³.

On pense depuis 1996 que l'évènement à l'origine de la bulle locale est l'explosion d'une supernova, dont il ne reste plus actuellement que le pulsar connu sous le nom de Geminga, qui aurait explosé dans la banlieue du Soleil il y a 340000 ans.

Le Soleil est donc, malheureusement pour le concept du statoréacteur interstellaire, dans une région peu dense de la Voie Lactée dans laquelle la densité galactique moyenne est estimée à 0,5 atome/cm³.

Une difficulté supplémentaire pour le statoréacteur interstellaire est donc que la densité de matière est moins importante que celle estimée auparavant. En 1960, Bussard utilise une densité de 1 atome/cm³, soit 10 fois plus que ce qui est mesuré jusqu'à environ 30 a.-l. Et près de 15 fois plus que ce qui est effectivement mesuré jusqu'à entre 300 et 500 a.-l.

Ces 40 dernières années, il y a eu 2 publications "classiques" argumentant contre la faisabilité du statoréacteur interstellaire :

- Un papier publié en 1978 par Heppenheimer intitulé "On the Infeasibility of Interstellar Ramjets".
- Un papier coécrit par Robert Zubrin et Dana Andrews, publié en 1989 et dont j'ignore jusqu'à l'intitulé.

Cordialement
-----

[Sax Russel]

Il faudrait donc d'immenses collecteurs.
Les personnes citées précédemment ont-ils défini leurs dimension en fonction de la densité de matière interstellaire?

[Geb]

Bonsoir,

Il faudrait donc d'immenses collecteurs.
Les personnes citées précédemment ont-ils défini leurs dimension en fonction de la densité de matière interstellaire?

Je l'ignore, étant donné que je n'ai pas encore trouvé le papier de Heppenheimer et que je n'ai pas encore trouvé le titre du papier de Zubrin et Andrews.

Voici l'abstract du papier de Heppenheimer :

On the infeasibility of interstellar ramjets

The concept of the interstellar ramjet is treated in consideration of aspects of elementary topics in radiative gas dynamics. The ramjet is assumed to run off the burning of deuterium in the interstellar medium. Of concern is the state of the plasma in the thrust chamber. If the plasma is optically thick then, for minimum plasma compression, one requires a Fermi-degenerate plasma, energy generation at close to the solar luminosity, and a ramscoop one-half light-year in diameter. If the plasma is optically thin then its radiative emission is dominated by free-free bremsstrahlung, which exceeds the energy gain from thermo-nuclear burning by at least nine orders of magnitude. It is concluded that the interstellar ramjet is infeasible as a propulsion mode.

Je crois que la conclusion de Heppenheimer (l'infaisabilité du statoréacteur interstellaire) est à jeter sur les bases qu'il a choisi, à savoir l'utilisation du deutérium interstellaire (si je comprends bien "to run off" comme "exécuter"). Résultat : un champ magnétique d'un diamètre de 0,5 année-lumière, et selon lui, des pertes par rayonnemment continu de freinage 1 milliard de fois plus grandes que la puissance fournie par la fusion. Il n'avait visiblement pas connaissance du papier de 1975 de Whitmire sur le statoréacteur interstellaire de type "catalytique".

Cordialement.

[Geb]

Un des essais les plus abouti pour imaginer un vaisseau interstellaire fut celui du projet Daedalus (1973-1978) mené par Alan Bond, plus connu comme étant l'instigateur du projet HOTOL et de son successeur le Skylon, toujours à en cours.

En essayant de trouver plus de détails sur les propulseurs de Daedalus, utilisant la "fusion pulsée", je suis tombé sur un fichier Word :

PROJECT DAEDALUS: THE PROPULSION SYSTEM Part 1

L'extrait sur le statoréacteur interstellaire :

The interstellar ramjet [21], in contrast with most other systems, does not carry its propellant along with the vehicle, but scoops up the gas in interstellar space. This gas is then fed into fusion reactors to produce power from the energy released when the nuclei of hydrogen are fused. Thus, the vehicle is envisaged as a relatively small craft carrying only a small amount of propellant and power-producing materials. This vehicle is the centre of a magnetic scoop spreading out thousands of kilometres from the vehicle. The gas in space is ionised (for example, by shining lasers at it), and the ions are then swept up by the magnetic field. The potential of such a system is enormous, and it is the only method proposed which really carries hope of travel among the stars.
However, at present there are many limitations which must be taken into account when considering application to interstellar missions in the near future. These limitations have been discussed previously [22], and will only be briefly mentioned here.
The relative kinetic energy of the interstellar gas must not be dissipated by mass or energy losses from the intake, as any such loss will set a limit to the acceleration which can be achieved [23, 24]. Thus, the scoop must be very efficient at energy containment.
If a magnetic field is used to create the scoop, then the section of the vehicle which contains the sources of the magnetic field must be strong enough to withstand the forces exerted upon these sources by the fields which they create. That is, the magnetic field energy must be balanced by mechanical forces [25. 26]. The magnetic flux density of the scoop must increase as the velocity increases, in order to contain the Ions, and the strength of known materials will set a limit to the acceleration period, and the attainable velocities, before the structure is destroyed by the magnetic field forces. Evan if a field of sufficiently high flux density can be achieved, at low velocities the effective scoop radius must be very large in order to collect sufficient ions to fuel the reactors from the very diffuse gas of interstellar space [27].
In a variant of the pure ramjet, the Ram Augmented Interstellar Rocket (RAIR) [28], the vehicle carries its own nuclear fuel supply and exhausts the reaction products to produce thrust. However, it enhances it performance by scooping up the interstellar medium and using its momentum and kinetic energy to augment that of the rocket. It still suffers from the intake problems associated with the pure ramjet, but avoids the reactor problems inherent in the proton cycle.
The augmentation of relatively modest magnetic fields by electrostatic fields has been considered in some detail [29], but formidable problems still remain and it is not dear that such augmentation would allow a reasonably sized vehicle to perform the reference mission in any case. Thus, to build an interstellar ramjet, even to operate at 0.15c , would require a level of technology capable of building and working with very high strength materials, producing and controlling to a very fine degree Intense magnetic and electric fields which project over very large distances, controlling the stability of plasmas in such fields and keeping the energy losses in these plasmas at a low level, and constructing efficient thermonuclear fusion reactors which run on the proton (and possibly the deuterium) cycle. These achievements are not within a reasonable extrapolation of modem technology.

La bibliographie est plus étoffée sur les travaux analysant la faisabilité du statoréacteur interstellaire :

[21] R. W. Bussard, "Galactic matter and interstellar flight" (1960).
[22] A. R. Martin, "Some limitations of the Interstellar ramjet" (1972).
[23] G. Marx, "The mechanical efficiency of Interstellar vehicles" (1963).
[24] E. J. Optic, "Is Interstellar travel possible?" (1964).
[25] J. F. Fishback, "Relativists Interstellar space flight" (1969).
[26] A. R. Martin, "Structural limitations on Interstellar space flight" (1971).
[27] A. R. Martin, "Magnetic Intake limitations on Interstellar ramjets" (1973).
[28] A. Bond, "An analysis of the potential performance of the Ram Augmented Interstellar Rocket" (1974).
[29] G. L. Matloff and A. J. Fennelly, "Interstellar applications and limitations of several electrostatic/electromagnetic ion collection techniques" (1977).

Cependant, j'ignore pour quelle raison, mais le papier de Whitmire n'est, encore une fois, même pas cité.

Cordialement

[Geb]

J'ai trouvé un site internet qui parle du statoréacteur de Bussard, et qui parle de l'effet de la traînée. Extrait :

Bussard Ramjet

Things started to unravel in 1978. T. A. Heppenheimer wrote an article in Journal of the British Interplanetary Society entitled "On the Infeasibility of Interstellar Ramjets." Heppenheimer applies radiative gas dynamics to ramjet design and proves that radiative losses (via bremsstrahlung and other similar synchrotron radiation-type mechanisms) from attempting to compress the ram flow for a fusion burn would exceed the fusion energy generated by nine orders of magnitude, that is, one billion times. The energy losses will probably show up as drag. This was confirmed by Dana Andrews and Robert Zubrin in 1989.

The effect of drag? What it boiled down to was that the ramjet had a maximum speed, where the relative velocity of the incoming hydrogen equaled the drive's exhaust velocity. It has a "terminal velocity", in other words.

A proton-proton fusion drive has an exhaust velocity of 12% c, so a proton-proton fusion Bussard Ramjet would have a maximum speed of 12% c. You may remember that a spacecraft with a mass ratio that equals e (that is, 2.71828...) will have a total deltaV is exactly equal to the exhaust velocity. So if a conventional fusion rocket with a mass ratio of 3 or more has a better deltaV than a Bussard Ramjet, what's the point of using a ramjet?

Encore une fois, si Heppenheimer utilise le deutérium au lieu d'utiliser les cycles catalytiques proposés par Whitmire, il est normal que les pertes sont "un milliard de fois" supérieures à l'énergie obtenue par la fusion.

Cordialement.

[jacquolintégrateur]

Bonsoir
Le vol interstellaire est concevable, en régime "ultra-relativiste", disons 200000 à 250000km/sec, ce qui représente, pour 250000, un rapport de Lorentz de 2: le temps, à bord du vaisseau s'écoulerait deux fois moins vite qu'aux horloges de la Terre. En contre partie, il faut mettre en jeux une énergie à peu près égale à celle que représente la masse du vaisseau!! Même l'énergie dégagée par les réactions de fusion thermonucléaire est très insuffisante. L'anti matière semblerait convenir mais son utilisation n'est pas pour demain et elle posera, de toute façon, des problèmes de sécurité térrifiants. On n'est nullement obligé d'y avoir recours. La solution consiste à mettre en oeuvre des faisceaux d'énergie. Robert Forward avait envisagé un vol jusqu'à l'étoile de Barnard (environ 5 A-L). À l'époque, on pensait, sur la fois de mesures faites par Van De Kamp, qu'il y avait deux planètes en orbite. Forward préconisait d'utiliser une voile en aluminium ultra mince propulsée par un faisceau laser émis depuis une station en orbite autour de Mercure. Forward avait même imagineé une procédure très astucieuse pour freiner avec une voile laser. Pour illustrer son idée, il a publié un roman de science fiction qui a été traduit:"Le Vol de la Libellule".
On peut aussi faire appel à "une voile magnétique": c'est une simple boucle supraconductrice (les nouveaux sup à l'azote liquides pourraient être utilisés dans l'espace, à bonne distance du Soleil sans avoir besoin d'être refroidis). Une boucle de 1000 km de diamètre, pesant quelques 30000 tonnes (le poids du Titanic) pourrait créer un moment magnétique égale à quelques centaines de fois celui de la Terre. Des calculs préliminaires montrent que un tel dispositif pourrait freiner (contre le plasma intersidéral!!!) en un temps raisonnable. L'accélération ne pourrait être produite directement par des faisceaux de particules émises depuis une centrale en orbite car la portée ne serait pas suffisante: des particules chargées tendent à se disperser à cause des champs magnétiques erratiques interstellaires. On peut neutraliser le faisceau après l'avoir accéléré mais cela augmente la "température transversale" On peut refroidir en utilisant un laser mais la portée serait de toute façon insuffisante. La solution consiste à utiliser le faisceau de particules pour accélérer des conteneurs inertes transportant du fuel, par exemple thermonucléaire. Comme ils sont inertes, on peut accélérer à plus de 1 g et limiter, ainsi, la distance nécessaire pour atteindre même des vitesses relativistes. Ces conteneurs seraient récupérés par le vaisseau, au fur et à mesure de son accélération et lui permettraient, ainsi, de mettre en jeux la masse requise de "carburant" sans avoir à le transporter depuis le départ, lourdement grévé par un rapport de masse monstrueux. Un rendez vous, dans l'espace vide, même à une fraction importante de la vitesse de la lumière, ne soulève pas de difficulté conceptuelle.
Pour ce qui est du retour, il nécessiterait d'embarquer des machines "de Von Neumann", c'est à dire auto réplicables et capables de reconstituer, autour de l'étoile visée et en utilisant les ressources locales (ceinture d'astéroïdes...) le système requis.
Bein sûr, il y a un sacré parcourt du combattant à s'appuyer!! Mais on dispose déjà de toutes les connaissances de base requises ou à peu près. Point n'est besoin d'imaginer d'hypothétiques propulseurs supraluminiques, de trous de ver et autres articles standards dans l'électroménager de la Science Fiction mais qui sont loins d'être disponibles en kit dans les grandes surfaces!! La "Physique sur étagère" suffit.
Cordialement

[Geb]

Bonsoir,

Personellement, j'ai repris cette discussion, parce que le 28 juin dernier je n'ai pas pu donner les raisons pour lesquelles certains des physiciens qui ont étudié le concept du statoréacteur insterstellaire de Bussard concluent qu'il ne peut atteindre une vitesse supérieure à 20% de la vitesse de la lumière. Je me rends compte aujourd'hui que les conclusions sont plus mitigées, moins catégoriques.

Quoiqu'il en soit, Gilgamesh a bien posé le problème : la discussion concerne un voyage interstellaire habité. Si, comme on peut le concevoir, il s'agit d'envoyer des êtres humains sur une planète habitable "tête nue" comme le disait si bien Gilgamesh, il est très peu probable qu'elle se trouverait à moins de 1000 a.-l. Donc, la seule possibilité physique, c'est bien un voyage de plusieurs siècles avec un facteur de Lorentz faible.

Partant de ce principe, l'arche de Gilgamesh est appropriée. Mes recherches sur la vitesse maximale d'un statoréacteur de Bussard viennent "en annexe", pour ceux qui comme moi s'y intéresse (puisqu'il s'agit de vaisseau interstellaire malgré tout).

Le vol interstellaire est concevable, en régime "ultra-relativiste", disons 200000 à 250000km/sec, ce qui représente, pour 250000, un rapport de Lorentz de 2: le temps, à bord du vaisseau s'écoulerait deux fois moins vite qu'aux horloges de la Terre. En contre partie, il faut mettre en jeux une énergie à peu près égale à celle que représente la masse du vaisseau!! Même l'énergie dégagée par les réactions de fusion thermonucléaire est très insuffisante. L'anti matière semblerait convenir mais son utilisation n'est pas pour demain et elle posera, de toute façon, des problèmes de sécurité térrifiants. On n'est nullement obligé d'y avoir recours.

L'utilisation de l'antimatière n'est pas envisageable en effet, ne serait-ce que parce qu'on en produit pas en assez grande quantité que pour l'utiliser, ou encore parce qu'il est très difficile de la conserver. Il y a cependant quelques publications qui semblent indiquer qu'une quantité raisonable d'antimatière pourrait booster une réaction de fusion nucléaire, de la même façon qu'une bombe A peut être utilisée pour "démarrer" une bombe H.

La solution consiste à mettre en oeuvre des faisceaux d'énergie. Robert Forward avait envisagé un vol jusqu'à l'étoile de Barnard (environ 5 A-L). À l'époque, on pensait, sur la fois de mesures faites par Van De Kamp, qu'il y avait deux planètes en orbite. Forward préconisait d'utiliser une voile en aluminium ultra mince propulsée par un faisceau laser émis depuis une station en orbite autour de Mercure. Forward avait même imagineé une procédure très astucieuse pour freiner avec une voile laser. Pour illustrer son idée, il a publié un roman de science fiction qui a été traduit:"Le Vol de la Libellule".

C'est une des solutions en effet. Pour l'émission laser, on parle tout de même d'un faisceau continu ou pulsé, mais d'une puissance de 10¹⁷W minimum si je ne m'abuse. Je lui préfère le statoréacteur de Bussard, qui lui non plus, n'a pas à emporter de carburant.

On peut aussi faire appel à "une voile magnétique": c'est une simple boucle supraconductrice (les nouveaux sup à l'azote liquides pourraient être utilisés dans l'espace, à bonne distance du Soleil sans avoir besoin d'être refroidis). Une boucle de 1000 km de diamètre, pesant quelques 30000 tonnes (le poids du Titanic) pourrait créer un moment magnétique égale à quelques centaines de fois celui de la Terre. Des calculs préliminaires montrent que un tel dispositif pourrait freiner (contre le plasma intersidéral!!!) en un temps raisonnable.

Il s'agit bien du concept de voile magnétique tel qu'inventé par Robert Zubrin et Dana Andrews en 1988, il y a un concept plus performant et un peu différent dénommé "mini-magnetospheric plasma propulsion" (M2P2) :

mini-magnetospheric plasma propulsion

L'ordre de grandeur est correct bien entendu, mais à ma connaissance, le Titanic pesait un peu plus de 50000 tonnes.

La solution consiste à utiliser le faisceau de particules pour accélérer des conteneurs inertes transportant du fuel, par exemple thermonucléaire. Comme ils sont inertes, on peut accélérer à plus de 1 g et limiter, ainsi, la distance nécessaire pour atteindre même des vitesses relativistes. Ces conteneurs seraient récupérés par le vaisseau, au fur et à mesure de son accélération et lui permettraient, ainsi, de mettre en jeux la masse requise de "carburant" sans avoir à le transporter depuis le départ, lourdement grévé par un rapport de masse monstrueux. Un rendez vous, dans l'espace vide, même à une fraction importante de la vitesse de la lumière, ne soulève pas de difficulté conceptuelle.

Je ne comprends pas bien à quoi pourrait bien servir ces conteneurs ? Whitmire et Jackson avait suggéré en 1977 que l'on pourrait prédisposer des conteneurs de carburants dans le milieu interstellaire sur le chemin entre deux étoiles, une sorte d'autoroute avec des stations-service en somme. Il y a bien entendu un problème de ligne de visée. En outre, il faut bien le transporter jusque-là ce carburant et il n'est pas dit qu'assez de carburant puisse être disposé pour atteindre une accélération suffisante. Il va s'en dire qu'une fois que le carburant vient à manquer... En 1979, G. L. Matloff en a conclu que ce système pourrait permettre une vitesse de 0,1 c, ce qui n'est déjà pas mal.

[QUOTE=jacquolintégrateur;37316 16]Pour ce qui est du retour, il nécessiterait d'embarquer des machines "de Von Neumann", c'est à dire auto réplicables et capables de reconstituer, autour de l'étoile visée et en utilisant les ressources locales (ceinture d'astéroïdes...) le système requis.[QUOTE]

Le machine de Von Neumann sont pratiques pour explorer les systèmes a priori non-habitables, ou encore comme précurseurs sur la voie d'être humains. Mais le sujet de cette discussion est bien le voyage interstellaire habité.

Bein sûr, il y a un sacré parcourt du combattant à s'appuyer!! Mais on dispose déjà de toutes les connaissances de base requises ou à peu près. Point n'est besoin d'imaginer d'hypothétiques propulseurs supraluminiques, de trous de ver et autres articles standards dans l'électroménager de la Science Fiction mais qui sont loins d'être disponibles en kit dans les grandes surfaces!! La "Physique sur étagère" suffit.

On est tous d'accord, le voyage interstellaire, qu'il s'agisse d'une sonde automatique ou d'un vaisseau habité, n'est pas pour tout de suite, mais aucune loi de la physique ne l'interdit.

Cordialement.

[Geb]

Dans le papier original de Bussard (au message #150 de cette discussion), on peut lire ceci :

For any flight at all we must accelerate our ramjet vehicle by rocket boosting to some finite initial velocity […] Boosting to velocities readily reached by present-day chemical rockets would be sufficient for any desired interstellar flight.

D'après l'article de Wikipedia (en anglais) sur le statoréacteur de Bussard, le papier de Zubrin et Andrews semble bien indiquer que ce n'est pas le cas :

Robert Zubrin and Dana Andrews analyzed one hypothetical version of the Bussard ramscoop and ramjet design in 1985. They determined that their version of the ramjet would be unable to accelerate into the solar wind. However, in their calculations they assumed that:

1. The exhaust velocity of their interplanetary ion propulsion ramjet could not exceed 100,000 m/s (100 km/s);
2. The largest available energy source could be a 500 kilowatt nuclear fission reactor.

Cependant, leurs hypothèses de départ sont étranges :

1. La vitesse d'une particule issue d'une réaction de fusion nucléaire est typiquement, d'environ 10.000 km/s, soit 100 fois l'hypothèse de départ de Zubrin et Andrews.
2. Pourquoi à peine 500 kW (électrique ou thermique ?). Un concept de réacteur à fusion comme le Polywell (également inventé par Bussard) pourrait théoriquement permettre au moins permettre des réacteurs de 10000 GWth. D'ailleurs, il pourrait permettre d'accélérer un statoréacteur interstellaire jusqu'à 1 ou 2 % de c.

Cordialement.

[Geb]

1. La vitesse d'une particule issue d'une réaction de fusion nucléaire est typiquement, d'environ 10.000 km/s, soit 100 fois l'hypothèse de départ de Zubrin et Andrews.

Pour être plus précis... Les produits d'une réaction D-D sont de deux types :

(1) ²D + ²D = ³T (1,01 MeV) + ¹H (3,02 MeV)
(2) ²D + ²D = ³He (0,82 MeV) + n (2,45 MeV)

La deuxième réaction ne libère qu'un seul atome chargé (l'hélium-3) avec une énergie d'à peine 820 keV. Néanmoins, si mes calculs sont exacts, cela correspond déjà à une vitesse de 8.870 km/s.

Après relecture, je souhaite corriger quelques erreurs :

2. Pourquoi à peine 500 kW (électrique ou thermique ?). Un concept de réacteur à fusion comme le Polywell (également inventé par Bussard) pourrait théoriquement permettre au moins permettre des réacteurs de 10000 GWth.

La véritable valeur est de 10245 MWth pour le Polywell.

D'ailleurs, il pourrait permettre d'accélérer un statoréacteur interstellaire jusqu'à 1 ou 2 % de c.

Ce serait sans doute vrai si un premier étage utilisant des propulseurs alimentés par la fusion p¹¹B pouvait accélérer à l'impulsion spécifique maximale (1,2 x 10⁶ s) pendant plusieurs dizaines d'années, se désolidarisant du vaisseau à des dizaines de milliers d'unités astronomiques de la Terre. Ce n'est désirable, ni dans le cas d'un vaisseau habité, ni dans le cas d'une sonde automatique.

Cordialement.

[Geb]

J'ai trouvé quelques infos supplémentaires concernant le contenu des publications mentionnées plus haut.

Déjà en 1960, comme nous l'avons vu, Bussard se plaint de la lenteur de la chaîne proton-proton. Conformément au critères de Lawson, la section efficace extrêmement faible doit être contrebalancée par de très grandes densités dans le réacteur. Cependant à haute densité, les pertes radiatives du plasma excèdent le taux de production d'énergie et une réaction de fusion contrôlée avec la chaîne proton-proton n'est plus possible (Martin, 1973).

Comme mentionné précédemment, ^{Whitmire a trouvé une solution en 1975, qui consiste à transporter un catalyseur sous forme de carbone ou de néon, qui permettent respectivement une réaction 1018 et 1019 fois plus rapides que la chaîne proton-proton. En outre Whitmire a été en mesure de démontré qu'un statoréacteur de type catalytique était théoriquement capable de maintenir une accélération de 10 m/s²}.

Ce problème apparemment résolu, il y en a de plus sérieux avec le collecteur de protons. L'hydrogène interstellaire est naturellement neutre et donc insensible aux champs électromagnétiques. Il doit être ionisé artificiellement avant de pouvoir être collecté.

Fishback (en 1969) et Martin (en 1973) on démontré que la forme du champ magnétique nécessaire ressemblait à un miroir magnétique : beaucoup de particules attirées par le champ vont finalement être réfléchies par celui-ci. En outre, les particules chargées tournent autour des lignes de champ, et si le rayon de giration est supérieur au rayon de l'ouverture de la bouche d'entrée, ces particules n'entreront pas dans le vaisseau. Martin (en 1973) trouva une relation pour maximiser le nombre incident de particules qui entrent dans le réacteur, qui implique que la force du champ magnétique doit augmenter avec la vitesse : de quelques centaines de Teslas à 0,01 % de c à 10⁷ Teslas à 90 % de c. En considérant que 1000 Teslas était une limite technologique impossible à dépasser, Martin trouva une fraction de 1,3 x 10^-12 particules entrant dans le réacteur. Cette fraction entrante extrêmement faible impliquait que la surface collectrice devait augmenter en conséquence.

Fishback a aussi montré dans son papier de 1969 qu'un statoréacteur interstellaire ne pourrait pas accélérer indéfiniment à 10 m/s², à cause de la résistance finie des matériaux contraints au sein de tels champs magnétiques.

Cependant, Matloff et Fennelly ont démontré en 1977 que certains des problèmes associés avec le collecteur magnétique pouvaient être résolus avec des champs électrostatiques. En effet, pour une densité de 0,1 ion/cm³, une charge de 20 Coulombs aurait un rayon d'influence effectif d'environ 240.000 km. Cette charge serait utilisée pour attirer les ions dans les parages du vaisseau, et d'autres champs électriques ou magnétiques seraient utilisés pour les conduire jusqu'au réacteur.

Pour info, Bussard avec une densité de 1 proton/cm³ et un vaisseau de 1000 tonnes réclamait une surface collectrice de 10000 km², soit un rayon de 56,42 km. Avec un vaisseau de 3500 tonnes et une densité réaliste de 0,1 proton/cm³, le rayon nécessaire passe à 10000 km. Soit bien en-dessous des 240000 km possible avec le champ électrostatique envisagé ci-dessus.

A. R. Martin, "Some limitations of the Interstellar ramjet" (1972).
J. F. Fishback, "Relativists Interstellar space flight" (1969).
A. R. Martin, "Structural limitations on Interstellar space flight" (1971).
A. R. Martin, "Magnetic Intake limitations on Interstellar ramjets" (1973).
G. L. Matloff and A. J. Fennelly, "Interstellar applications and limitations of several electrostatic/electromagnetic ion collection techniques" (1977).

Cordialement

[jacquolintégrateur]

Bonjour

L'utilisation de l'antimatière n'est pas envisageable en effet, ne serait-ce que parce qu'on en produit pas en assez grande quantité que pour l'utiliser, ou encore parce qu'il est très difficile de la conserver. Il y a cependant quelques publications qui semblent indiquer qu'une quantité raisonable d'antimatière pourrait booster une réaction de fusion nucléaire, de la même façon qu'une bombe A peut être utilisée pour "démarrer" une bombe H.

Il suffirait de quelques nanogrammes, en effet. Mais on arrivera, selon toute vraissemblance, à amorcer des réactions de fusion par confinement inertiel ou magnétique. L'antimatière ne présente d'intérêt que par son énergie spécifique. On pourrait, en principe, en produire avec un rendement honnête (2%??) ("High Power Laser Interactions"- Jean Robieux-intercept LTD 2000). Le problème du stockage est redoutable.

Il s'agit bien du concept de voile magnétique tel qu'inventé par Robert Zubrin et Dana Andrews en 1988, il y a un concept plus performant et un peu différent dénommé "mini-magnetospheric plasma propulsion" (M2P2) :

Le concepte de mini-magnétosphéric plasma propulsion me parrait trop complexe à mettre en oeuvre, même si ça marche "en simulation cérébrale" Une simple boucle de supraconducteur fait l'affaire et on saurait presque en réaliser dés maintenant. Une telle boucle réagit au courant de "gaz" intersidéral (du au mouvement du vaisseau) comme la magnétosphère terrestre vis à vis du vent solaire.

L'ordre de grandeur est correct bien entendu, mais à ma connaissance, le Titanic pesait un peu plus de 50000 tonnes.

Il me semble bien avoir lu quelque part 30000 tonnes (ce qui était déjà pas mal pour l'époque) mais je ne veux pas contester sur ce point: comme vous le faites remarquer, l'ordre de grandeur est correcte!

Je ne comprends pas bien à quoi pourrait bien servir ces conteneurs ? Whitmire et Jackson avait suggéré en 1977 que l'on pourrait prédisposer des conteneurs de carburants dans le milieu interstellaire sur le chemin entre deux étoiles, une sorte d'autoroute avec des stations-service en somme. Il y a bien entendu un problème de ligne de visée. En outre, il faut bien le transporter jusque-là ce carburant et il n'est pas dit qu'assez de carburant puisse être disposé pour atteindre une accélération suffisante. Il va s'en dire qu'une fois que le carburant vient à manquer... En 1979, G. L. Matloff en a conclu que ce système pourrait permettre une vitesse de 0,1 c, ce qui n'est déjà pas mal.

Ces conteneurs servent à réalimenter le vaisseau: L'énergie spécifique correspondant aux réactions de fission ou de fusion est de l'ordre du millième de la masse en jeux. Pour atteindre une vitesse relativiste (par exemple 200000 km/sec) il faudrait consommer plus de mille fois la masse du vaisseau (le rendement n'étant certainement pas égale à un mais assez honnête malgrès tout). Le problème (énorme!) si cette masse est embarquée sur le vaisseau dés le départ, c'est qu'il faudra la transporter. L'équation de Ziolkovsky (ici ce serait la version relativiste, ce qui n'arrange rien!!) entraîne que la masse au départ est proportionnelle à l'exponentielle du rapport de la vitesse en fin de propulsion (ici 200000 km/sec) à l'implusion spécifique (de l'ordre de la vitesse d'éjection que l'on peut atteindre avec le propergol envisagé (environ 10000 km/sec avec les propergols nucléaires)). C'est d'ailleurs la raison pour laquelle les lanceurs spatiaux (Ariane 5, Proton, et autres) pèsent 700 tonnes au départ pour mettre 10 tonnes en orbite). Pour éviter cela (la difficulté serait insurmontable), on envoie, propulsés par faisceaux laser ou de particules, les conteneurs en question. On peut programmer les lancements de façon à jalonner effectivement la route du vaisseau. Le problème de la visée me semble insignifiant: le vaisseau peut les repérer au radar et corriger sa trajectoire en conséquence (corrections mineures si on a contrôlé les faisceaux au moment du lancement.)

Le machine de Von Neumann sont pratiques pour explorer les systèmes a priori non-habitables, ou encore comme précurseurs sur la voie d'être humains. Mais le sujet de cette discussion est bien le voyage interstellaire habité.

Nous sommes d'accord! c'est bien d'un vol humain qu'il s'agit: si l'équippage souhaite retourner vers la Terre une fois sa mission accomplie (et ce sera sans doute le cas au début) et même et surtout s'il souhaite s'installer autour de l'étoile visitée (s'il y a découvert le paradis terrestre!!!) il faudra bien qu'il dispose des moyens de production nécessaires, donc d'une grande partie de la technologie et de l'industrie de la Terre. Les machines auto réplicables permettraient de limiter la base au stricte nécessaire, en somme, "une graine" qu'il suffirait de faire germer. Notons que, sur une suggestion de Feynman (en son temps!) on peut partir de machines d'échelle réduite (au dixième, par exemple, donc mille fois plus réduites en volume) Il suffirait de doubler 4 fois à chaque cycle pour obtenir les dimensions requises.
Cordialement.

[Geb]

Bussard considérait la section efficace de la première réaction de la chaîne proton-proton comme un obstacle, sans pour autant être en mesure de proposer une solution [...] sur une intuition de Richard G. Couch, Daniel P. Whitmire écrivit un article proposant 2 substituts

Je crois que la conclusion de Heppenheimer (l'infaisabilité du statoréacteur interstellaire) est à jeter sur les bases qu'il a choisi [...] Il n'avait visiblement pas connaissance du papier de 1975 de Whitmire sur le statoréacteur interstellaire de type "catalytique".

Un des essais les plus abouti pour imaginer un vaisseau interstellaire fut celui du projet Daedalus (1973-1978) mené par Alan Bond [...] Cependant, j'ignore pour quelle raison, mais le papier de Whitmire n'est, encore une fois, même pas cité.

Whitmire a trouvé une solution en 1975, qui consiste à transporter un catalyseur sous forme de carbone ou de néon, qui permettent respectivement une réaction 10¹⁸ et 10¹⁹ fois plus rapides que la chaîne proton-proton. En outre Whitmire a été en mesure de démontré qu'un statoréacteur de type catalytique était théoriquement capable de maintenir une accélération de 10 m/s².

En 1975, Daniel Whitmire est contraint, dans son papier "Relativistic Spaceflight and the Catalytic Nuclear Ramjet", à imaginer l'utilisation du statoréacteur interstellaire de Bussard uniquement à l'intérieur des régions HII (nébuleuses où se forment des étoiles), où il estime la densité d'hydrogène à 1000 atomes/cm³. C'est 10000 à 15000 fois la densité moyenne d'atomes dans la Bulle Locale !

La découverte de la bulle locale et les premières estimations de la densité d'atomes dans celle-ci ont été réalisé au début des années 1960 (Fernie 1962, Eggen 1963, Fitzgerald 1968) grâce à l'analyse de l'absorption plus importante de la lumière bleue par les poussières en avant plan (interstellar reddening) d'étoiles de type O et A0 de la ceinture de Gould.

J'ai trouvé le papier de Fitzgerald, et une image de 2002 par Frisch, de l'Université de Chicago, membre du projet Solar Journey. Cependant, j'aimerais avoir une idée de la densité d'atomes qu'on estimait lors de ces premiers travaux (valeur que je ne parviens pas à trouver. Je voudrais surtout savoir si, dès 1962, il s'agissait déjà de la valeur moderne (0,1 atomes/cm³), ou si celle-ci n'apparaîtra que plus tard.

Cordialement.

[jacquolintégrateur]

Citation de Geb:

Whitmire a trouvé une solution en 1975, qui consiste à transporter un catalyseur sous forme de carbone ou de néon, qui permettent respectivement une réaction 1018 et 1019 fois plus rapides que la chaîne proton-proton. En outre Whitmire a été en mesure de démontré qu'un statoréacteur de type catalytique était théoriquement capable de maintenir une accélération de 10 m/s².

Bonjour
Ce sont les réactions du cycle de Bethe qui opérent, en fin de compte, la fusion de l'hydrogène en Hélium, en utilisant le carbone "comme catalyseur". En fait, le terme "catalyseur" signifie que le carbone est restitué après une série de réactions successives mais pas qu'il facilite les réactions. Les réactions du cycle de Bethe (carbone ou néon) sont beaucoup plus rapides que la fusion proton-proton parce qu'elles sont controllées par les forces électromagnétiques et pas seulement les interactions Faibles. Mais elles restent encore 1000 fois moins rapides que les réactions controllées par les intéractions fortes (comme la fusion D-D et surtout D-T). Pour les utiliser avec le statoréacteur Bussard, il faudrait atteindre (au point de rassemblement du gaz interstellaire opéré par le champ magnétique collecteur), des températures de plusieurs dizaines de millions de degrés (Ce qui n'est peut être pas impossible compte tenu de la vitesse d'impact), mais, surtout, des densités de l'ordre de celles qui règnent au centre des étoiles (plus massives que le Soleil) où ces réactions deviennent prépondérantes par rapport à proton-proton. ça ne semble vraiment pas facile, car le champ requis devrait atteindre des intensités phénoménales (B²/8 Pi mu₀).
Cordialement.

[invite4b0d1657]

On en est à 69 votants.

Ce n’est pas si mal, cela commence à donner une validité à mon sondage.

100 à 1'000 ans me semble une attitude réaliste!

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