on peut atteindre combien en vitesse avec un réacteur de ce style(en en prenant un bien puissant même si ça coute des miliers de millairds) et un vaisseau de disons 100 tonnes?
on peut atteindre combien en vitesse avec un réacteur de ce style(en en prenant un bien puissant même si ça coute des miliers de millairds) et un vaisseau de disons 100 tonnes?
Pour une sonde qui n'abandonne pas des étages en route, comme le ferait une fusée Ariane 5 pour s'arracher à l'attraction terrestre, la vitesse limite du vaisseau est celle des particules issues de la fusion. Pour la fusion p+B11, Bussard estimait cette vitesse moyenne à entre 11800 et 13700 km/s, soit une impulsion spécifique maximale de 1,2 à 1,4 million de secondes.
Cordialement.
Dernière modification par Geb ; 16/10/2011 à 10h24.
Par contre que la vitesse limite soit celle d'éjection me parait contredire à peu près tous les principes de physique, à commencer par l'équation de Tsiolkovsky, toujours valable dans ce cas. C'est je crois à peu près vrai pour un avion, en atmosphère, mais pas pour une fusée dans le vide. Si une fusée à déjà une vitesse égale à la vitesse d'éjection et qu'elle accélère elle va dépasser cette vitesse d'éjection. Or 1) il suffit de faire un changement de référentiel pour atteindre cette vitesse limite, 2) partant de l'équation de Tsiolkovsky pour une vitesse initiale nulle, elle est atteinte dès que ln Mo/M1 >1, ce qui signifie M0/M1 > exp(1) et M1<0,36 Mo environ, soit un tiers de la masse initiale. Donc effectivement ça peut être vrai si le carburant représente 63% de la masse totale (sans parler de la petite conversion masse = énergie qui arrive dans la réaction de fusion). Comme je me perds un peu avec les chiffres que vous avez envoyé, ça reste possible, est-ce un cas particulier?
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16/10/2011 - 17h25
Geb
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Re : réacteur Polywell et propulsion spatiale
En citant le lanceur orbital monoétage, je faisais référence à mon message précédent celui parlant du vaisseau habité vers Mars.
Envoyé par Geb
Les autres documents parlent de capacités monstrueuses pour le lanceur orbital monoétage de Bussard : 35 tonnes de charge utile sur orbite à 555 km d'altitude pour une masse au décollage de 250 tonnes.
Tes calculs sont exacts. Pour que le vaisseau soit "single stage" et que la vitesse maximale égale la vitesse d'éjection, comme c'est la volonté de Bussard, il faut que la masse de carburant équivale à ~63,2% de la masse totale du vaisseau équipé du moteur DFP (celui avec une Isp max de 1,2 millions de secondes).
Cordialement
Dernière modification par Geb ; 16/10/2011 à 17h28.
16/10/2011 - 20h41
kalish
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Re : réacteur Polywell et propulsion spatiale
Ah ok, merci pour la précision.
rétroaction instantanée.
17/10/2011 - 17h41
dodo71
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Re : réacteur Polywell et propulsion spatiale
Ok donc juste technologiquement parlant on pourrait aujourd'hui construire un vaisseau qui voyage à 10000km/s en gros
Deux questions
Mais si on veux faire voyager un vaisseau sans étage de 50 tonnes (poids sans le "carburant") avec ce réacteur pendant en gros 600 ans il faudrait un quantité très importante de matière(je sais pas combien, je suis pas spécialiste moi ) La vitesse diminuerait donc et augmenterai au fur et à mesure que la carburant s'épuisse non?
Merçi bien
17/10/2011 - 22h15
Geb
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Re : réacteur Polywell et propulsion spatiale
Bonsoir dodo71,
Il convient d'être prudent.
On sait depuis le début des années 30 que la fusion proton-bore est possible, et pourtant on n'a pas réussi depuis à assurer une production nette d'énergie avec cette réaction de fusion nucléaire (ni avec aucune autre d'ailleurs).
Il pourrait s'écouler encore un siècle avant qu'un générateur à fusion (qui ne sera peut-être pas le Polywell) soit utilisé dans un moteur fonctionnel pour propulser un vaisseau spatial jusqu'à 10000 km/s.
Cela revient à dire qu'Isaac Newton, en découvrant les lois de la gravitation universelle, avait à la fin du XVIIe siècle la technologie pour construire un lanceur orbital.
Ces choses prennent du temps.
Cordialement.
Dernière modification par Geb ; 17/10/2011 à 22h17.
18/10/2011 - 11h26
kalish
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Re : réacteur Polywell et propulsion spatiale
Envoyé par dodo71
La vitesse diminuerait donc et augmenterai au fur et à mesure que la carburant s'épuisse non?
Merçi bien
Bonjour, j'ai un peu de mal à comprendre cette phrase, vous pouvez préciser svp?
rétroaction instantanée.
18/10/2011 - 14h00
dodo71
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Re : réacteur Polywell et propulsion spatiale
En gros la vitesse de début serait faible car le vaisseau serait plus lourds étant donné le poids du carburant.
Et donc plus le carburant est utilisé, plus le poids du vaisseau diminu donc, avec la même energie, le vaisseau vas plus vite. C'est pas vrai?
18/10/2011 - 17h19
kalish
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Re : réacteur Polywell et propulsion spatiale
En fait la vitesse est acquise, donc c'est plutôt de l'accélération dont il s'agit, mais sinon oui c'est vrai.
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20/10/2011 - 10h57
Geb
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Re : réacteur Polywell et propulsion spatiale
Bonjour,
Envoyé par Geb
On sait depuis le début des années 30 que la fusion proton-bore est possible, et pourtant on n'a pas réussi depuis à assurer une production nette d'énergie avec cette réaction de fusion nucléaire (ni avec aucune autre d'ailleurs).
J'ai fait une petite recherche historique au sujet de la réaction proton-bore.
C'est le 3 juillet 1933 qu'est publié un papier de l'Australien Marcus Laurence Elwin Oliphant (1901-2000) et du Néo-Zélandais Ernest Rutherford (1871-1937) intitulé "Experiments on the Transmutation of Elements by Protons" dans le numéro 843 du volume 141 des Proceedings of the Royal Society of London dans la série A, contenant les publications à caractère mathématique et physique, de la page 259 à 281.
Ils y décrivent, entre autre, la première étude de la réaction de fusion nucléaire proton-bore, effectuée au laboratoire de Cavendish de l'Université de Cambridge au Royaume-Uni, dont Rutherford était le directeur depuis 1919 (et jusqu'à sa mort en 1937).
Cordialement.
Dernière modification par Geb ; 20/10/2011 à 11h00.
20/10/2011 - 12h58
Tryss
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Re : réacteur Polywell et propulsion spatiale
Envoyé par dodo71
En gros la vitesse de début serait faible car le vaisseau serait plus lourds étant donné le poids du carburant.
Et donc plus le carburant est utilisé, plus le poids du vaisseau diminu donc, avec la même energie, le vaisseau vas plus vite. C'est pas vrai?
En n'oubliant pas qu'il faut ralentir à l'arrivée et donc que la vitesse réelle du vaisseau serra la moitié de celle qu'il aurai pu atteindre si il avait utilisé tout son carburant pour accélérer.
20/10/2011 - 13h13
Geb
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Re : réacteur Polywell et propulsion spatiale
Envoyé par Geb
Cette valeur de 0,1 Watt, au-delà du fait qu'elle représenterait une production nette pour la première fois en 60 ans de recherche sur la fusion contrôlée, n'est pas du tout choisie par hasard.
C'est vrai uniquement si on considère comme beaucoup le début des recherches sur la fusion nucléaire contrôlée comme le mois de mai 1951, date à laquelle les Soviétiques commencent les recherches à grande échelle sur le principe du confinement magnétique, qui mèneront aux célèbres résultats des tests des Tokamaks T-3 et T-4 à Novossibirsk, présentés à l'occasion de la troisième conférence internationale de l'agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) sur la physique des plasmas et la recherche en matière de fusion nucléaire contrôlée (International Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research) dans cette même ville, entre le 1er et le 7 août 1968.
En avril 1919, Ernest Rutherford publie un papier intitulé :
Il y rapporte la première transmutation artificielle de l'histoire à travers la réaction nucléaire 14N + α → 17O + proton, réalisée en 1917 lorsqu'il travaillait encore à l'Université de Manchester. Les particules alpha étaient issues d'un échantillon de Polonium.
La réaction proton-bore est d'ailleurs une réaction de fission nucléaire, ou encore de spallation nucléaire (un terme inventé en 1937), plutôt qu'une réaction de fusion nucléaire. Elle n'est reprise dans cette dernière catégorie qu'à travers la définition moderne, que je résume par : "une réaction exothermique impliquant des réactions entre des noyaux atomiques légers".
Si on veut être précis, les premières tentatives de fusion nucléaire contrôlée sont l'oeuvre de Marcus Oliphant en 1937, avec des faisceaux accélérés de deutérium entrant en collision.
Cordialement.
Dernière modification par Geb ; 20/10/2011 à 13h15.
20/10/2011 - 21h10
Geb
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Re : réacteur Polywell et propulsion spatiale
Envoyé par dodo71
Mais si on veux faire voyager un vaisseau sans étage de 50 tonnes (poids sans le "carburant") avec ce réacteur pendant en gros 600 ans il faudrait un quantité très importante de matière
De ce que je lis ci-dessus, j'ai l'impression que dodo71 voudrait qu'on lui révèle la technique de propulsion la plus véloce pour atteindre Gliese 581 (20,5 a.-l.). Si vous êtes tenté par l'expérience, je vous prie de le faire sur le fil de discussion qu'il a créé : vitesse maximal.
Envoyé par Tryss
En n'oubliant pas qu'il faut ralentir à l'arrivée et donc que la vitesse réelle du vaisseau serra la moitié de celle qu'il aurai pu atteindre si il avait utilisé tout son carburant pour accélérer.
Robert W. Bussard et H. D. Froning Junior ont présenté un papier consacré aux performances du moteur Diluted-Fusion-Product (DFP) au 44e Congrès de la fédération astronautique internationale qui a eu lieu entre le 16 et le 22 octobre 1993 :
En 1979, une mission baptisée TAU (Thousand Astronomical Units), a été proposée par Len Jaffe et al. Un vaisseau de 400 tonnes devait atteindre 1000 UA en moins de 100 ans.
Bussard reprend l'idée : un vaisseau de 400 tonnes au départ de l'orbite basse est propulsé par un générateur Polywell de 10245 MWth pesant 51705 kg et dont 10000 MWth passe dans la propulsion. L'objectif est un point distant de 557,4 UA du Soleil, pris comme le point où un télescope spatial exploitant l'effet de lentille gravitationnelle dû au Soleil pourrait être disposé.
En pratique, le plasma de la couronne solaire dévie d'avantage les photons, et rend ce point difficile à déterminer. Au final, sa distance est estimée entre 548,1 (rayon solaire pris comme une sphère parfaite) et environ 800 UA du centre de masse du Soleil.
Un vaisseau monoétage de 400 tonnes au départ de l'orbite basse emporterait 245240 kg de carburant hydrogène (le diluant), dont 7260 kg de carburant de fusion (de l'hydrogène et du bore-11), pour un total de 252,5 tonnes en tout. Le reste serait constitué de 25280 kg (environ 10%) pour la masse des réservoirs de carburant et les éléments structurels du vaisseau. Le moteur DFP au complet pèse quant à lui 51705 kg, et il resterait 70215 kg pour la charge utile, l'électronique embarquée, les systèmes de contrôle de la trajectoire et d'autres instruments.
En arrondissant une année comme étant égale à 31,5 millions de seconde et une Unité Astronomique (UA) à 150 millions de km, Bussard obtient :
Impulsion spécifique = 200 000 secondes
Temps d'accélération = 0,999 an
Distance parcourue en accélérant = 96,2 UA
Temps en vitesse de croisière = 1,783 an
Distance parcourue en vitesse de croisière = 392,2 UA
Temps de décélération = 0,606 UA
Distance parcourue en décélérant = 69 UA
Soit, la distance cible (557,4 UA) parcourue en à peine 3 ans 141 jours et 11 heures (3,388 ans).
Le papier parle également de ce même masse au départ de 400 tonnes avec une Isp de 1 million de secondes. Le premier accélère jusqu'à 5000 km/s puis décélère aussitôt pour atteindre 20647 UA en 40,13 ans. Le seconde accélère continuellement jusqu'à 10000 km/s pour atteindre 35200 UA (0,56 année-lumière) au bout de 40,1 ans, moment à partir duquel il aurait consommé tout son carburant.
Cordialement.
Dernière modification par Geb ; 20/10/2011 à 21h15.
27/10/2011 - 11h23
Geb
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Re : réacteur Polywell et propulsion spatiale
Bonjour,
Dans une de ces publications au sujet du Polywell (que je ne parviens plus à retrouver), Bussard s'étonne de la rusticité du principe derrière le Polywell, et indique que les accélérateurs électrostatiques étaient les premiers à avoir été utilisé pour faire de la fusion.
Comme je l'ai expliqué plus haut, Rutherford avait utilisé des noyaux d'hélium issus de la désintégration du Polonium en 1919, pour effectuer la première transmutation/fusion de l'histoire, en transformant de l'azote en oxygène. Ces noyaux d'hélium sont très énergétiques, à 5 MeV.
En 1914, le physicien britannique Henry Moseley avait découvert une relation empirique (la loi de Moseley) pour déterminer la charge électrique des noyaux atomiques. Aussi, on avait depuis les expériences effectuées par Jean Perrin en 1908, non seulement la preuve que les atomes existaient, mais aussi une idée assez précise de leurs tailles.
La physique classique nous permettait dès lors d'estimer la barrière de Coulomb qu'il fallait franchir et l'énergie des atomes qui leur était nécessaire pour traverser cette barrière jusqu'au noyau. Évidemment, à partir du développement de la physique quantique, ont compris que les atomes n'obéissaient pas aux lois de la physique classique. Mais jusqu'en 1928, 5 MeV était considéré comme un minimum.
Entre 1925 et 1929, Robert Van de Graaf, alors qu'il est à Oxford, s'attelle à la tâche de développer un moyen d'accélérer suffisamment des particules pour désintégrer les noyaux atomiques. En 1929, il termine son premier prototype qui sera connu sous le nom de générateur de Van de Graaf. Ce dispositif atteint une différence de potentiel de seulement 80 keV.
En 1931, Robert Van de Graaf fait publier le premier papier parlant de sa machine. Il a amélioré son concept puisque le générateur présenté mesure 2 mètres de haut et atteint une tension de 1,5 MeV.
Cette même année, Van de Graaf est employé au Massachusetts Institute of Technology (MIT) et construit son plus grand générateur. Le dispositif mesure 6,7 mètres de haut et produit un voltage de 5,1 MeV.
En 1928, Ernest Rutherford devient président de la Royal Society de Londres. Dans son discours d'investiture, il fait par de son souhait de voir se développer une machine capable d'accélérer suffisamment des particules pour désintégrer les noyaux atomiques.
En 1928 également, George Gamow publie un papier dans lequel il estime qu'à 300 keV, la probabilité qu'un proton s'intègre à un atome de bore en traversant la barrière de Coulomb devient significative, et que cette probabilité est du même ordre avec une énergie encore moins élevée pour la réaction proton-lithium.
L'effet tunnel tel que présenté par George Gamow en 1928 découle du principe d'incertitude d'Heisenberg découvert en 1927. Le principe d'incertitude découle de l'étude de la théorie des ondes de matière développé par Louis de Broglie en 1924.
En lisant le papier de Gamow, John Cockcroft, alors au laboratoire de Cavendish de l'Université de Cambridge (dirigé par Ernest Rutherford) se met aussitôt à développer un générateur électrostatique de 300 keV pour vérifier cette théorie. Il est aidé dans sa tâche par un étudiant du nom de Ernest Walton.
En fait, le montage utilisé par Cockcroft et Walton pour leur générateur avait déjà été découvert dès 1919 par un physicien Suisse du nom de Heinrich Greinacher.
Quoiqu'il en soit, Cockcroft et Walton terminent le 19 août 1930 un premier papier décrivant un générateur à 280 keV. Dans ce papier, ils décrivent les résultats d'expériences utilisant un faisceau de proton à 280 keV sur des cibles fixes en béryllium et en plomb. Ils écrivent :
Very definite indications of a radiation of a non-homogeneous type were found
On pense aujourd'hui qu'ils ont très probablement désintégrer le béryllium, mais cherchaient des rayons gamma comme preuve de désintégration et n'en ont pas détecté. Ils sont partis du principe que les estimations de Gamow étaient trop optimistes.
C'est le 14 avril 1932 que Cockcroft et Walton utilisent un nouveau générateur, capable de fournir jusqu'à 710 keV cette fois, pour désintégrer du lithium avec un faisceau accéléré de protons en 2 atomes d'hélium. Ils apportent la preuve d'une désintégration de l'atome de lithium. Ils détectent même des rayons gamma pour une énergie aussi basse que 125 keV. Les résultats des expériences sont présentés jusqu'à 400 keV.
Ce n'est qu'après la publication de la première désintégration atomique entièrement artificielle de l'Histoire que Van de Graaf envisage, en 1933, l'utilisation de son générateur en physique nucléaire.
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