Question de mise en orbite...

[CafeCourt]

Bonjour,

Je profite de mon inscription récente pour poser une question que je me suis posé il y a quelques années et à laquelle je repense aujourd'hui.

Sauf erreur de ma part, l'on sait que des météorites martiennes sont tombés sur terre, grâce à leur éjection suite à la collision d’astéroïdes sur mars. L'on se demande également si la vie terrestre n'a pas pu être disséminé dans l'espace de la même manière. Je présume que ces objets projetés en dehors de l'atmosphère de leur planète n'hérite que d'une infime partie de l'énergie libéré lors de la collision, mais néanmoins suffisante à leur éjection.

D'un autre côté, nos moyens conventionnels de mise en orbite nécessites de propulser l'objet à orbiter, le lanceur lui-même et les différents combustibles utilisés, pour une partie du vol au moins.

A partir de là, je ne comprend pas pourquoi on ne cherche pas à imiter en partie ce processus pour la mise en orbite de satellites (ou de charge plus lourde).
Pourquoi ne pourrait-on pas à la manière d'un lanceur de poids (en utilisant une énorme centrifugeuse pas exemple) projeter des objets en dehors de l'atmosphère, ce qui permettrait de se passer de combustible, de son stockage etc..
J'imagine que l'énergie nécessaire serait plus faible pour projeter uniquement l'objet à orbiter que l'ensemble objet/lanceur/combustible. De plus le fait que le lanceur reste sur terre et rendrait tous les types d'énergies exploitables. Est-ce juste parce que les matériaux actuels ne résisteraient pas à une telle accélération ou est-ce que l'erreur est ailleurs dans mon raisonnement?

Merci beaucoup !
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[Higgle]

L'idée est intéressante mais:
-existe-il des centifugeuses capables d'effectuer cet exploit?
-si oui le matériel résistera-t-il?
-si la propulsion est possible sans encombre, le matériel privé de système de guidage est confié à lui même, ce qui rend difficile voir impossible une mise en orbite correcte?
-et bien sûr, comment contrôler la vitesse et freiner le matériel pour la mise en orbite qui reste une action délicate?

Tout ces points font de ton projet une mission un petit peu:"au bonheur la chance", mais c'est très intéressant sur le papier!!!

[CafeCourt]

Bonjour,

Loin d'un projet, c'est une simple vue d'esprit

A priori rien n’empêche de rajouter un système de guidage à l'objet afin de corriger sa trajectoire (comme il est possible de diriger un planeur sans qu'il soit propulsé) lors de la traversé de l'atmosphère, et d'utiliser des propulseurs une fois dans l'espace, comme sur certains satellites.

Reste en effet la possibilité que rien ne résiste à une telle accélération, mais alors comment un "bloc de roche" y parvient-il ?
En tout cas puisque l'on utilise des lanceurs, quelqu'un doit bien savoir pourquoi ce n'est pas réalisable...

En espérant qu'il ai l'amabilité de passer par là

[Amanuensis]

Reste en effet la possibilité que rien ne résiste à une telle accélération, mais alors comment un "bloc de roche" y parvient-il ?

Il y a plein de choses qui résistent à de fortes accélération, et un morceau de pierre est un bon exemple.

Pour donner des ordres de grandeur, une balle de fusil sortant à 1000 m/s de 0,5 mètre de canon a subi en gros une accélération de (1000)²/ (2 0,5) = 10^6 m/s² (100 000 g)

Mais s'il s'agit d'accélérer un objet un peu complexe, électronique, propulseur, charge utile, ... la résistance à telle accélération risque de mettre une contrainte un peu difficile.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tryss]

Après un des problèmes est l'échauffement du au frottements de l'air...

Déjà quand un objet en orbite retombe sur terre, il a très chaud, alors si en plus on augmente la vitesse dans les couches denses de l'atmosphère, ça ne va pas être très joli à voir ^^

[Amanuensis]

Par ailleurs, la traversée de la basse atmosphère à très grande vitesse fait perdre beaucoup d'énergie, et la protection thermique est indispensable. Suffit de regarder ce qu'il se passe lors d'un retour de satellite ou de navette.

L'accroissement de vitesse lors d'un lancement doit donc être progressive, de manière à ne pas dépasser, à une altitude donnée, les limites des protections thermiques.

Puisqu'il faut continuer à accélérer au-dessus des couches basses de l'atmosphère, le "plus simple" est encore d'embarquer la source d'énergie et la masse de réaction, ce qui amène une accélération progressive, et on arrive, après raffinement, aux concepts des lanceurs actuels.

EDIT : Léger doublon, pas vu le message précédent, désolé. Je laisse tel quel quand même.

[CafeCourt]

Mais bien sûr, les frottements de la basse atmosphère! Comment je suis passé à côté, ça me dépasse

Donc la seule solution serait un tube à vide à la sortie de l’accélérateur de plusieurs dizaines de kilomètres, ce qui rend les lanceurs actuels comme l’ascenseur spatial nettement préférables, tout du moins sur Terre.

Merci à vous

[Tryss]

Par contre on pourrait utiliser ce concept sur la lune, ou sur les corps sans atmosphère.

La vitesse nécessaire pour retourner sur terre à partir de la lune est, il me semble, de l'ordre de 2.5km/s.

Avec un accélérateur linéaire, qui accélère le véhicule à 10g (parfaitement supportable pour du matériel), il faut 25s pour atteindre cette vitesse (v = at ), soit un accélérateur de 31km de long (x = 1/2 a t² ).
Bon, si on veut envoyer des humains de cette façon, il faut plutôt limiter à 5g (c'est déjà sympa), et l'accélérateur doit alors faire une soixantaine de km de long

Après le problème, c'est les trajectoires : un accélérateur de 30km de long me parait difficilement orientable

[Amanuensis]

Pour les trajectoires, voir "The moon is a harsh mistress" de Heinlein...

D'après Heinlein (pas vérifié) on peut atteindre n'importe quel point de la Terre avec un accélérateur linéaire fixe sur la Lune, "suffit" de choisir l'instant et la vitesse. J'imagine du coup que cela permet aussi une très grande variété de trajectoires vers d'autres directions.

(Dans le bouquin les lunaires bombardent la Terre avec précision de cette manière, en leur lançant des cailloux dont l'impact fait quelque chose comme 2kT de TNT...)

[Higgle]

Et le métal de la centrifugeuse résistera-t-il à une accélération de 2,5 km/s? Et comme tu disais le matériel serait très difficilement orientable, il faudrait donc un ordinateur de guidage et un bouclier thermique résistant à l'entrée dans l'atmosphère terrestre. Sachant aussi qu'un bouclier thermique est composé de 380 000 trous bouchés par une résine, un seul petit dégât pourrait soit mettre en danger la vie d'un équipage ou provoquer la perte d'un matériel.

[Gilgamesh]

1/il est exclu d'atteindre la première vitesse cosmique (VC 1 celle qui permet de satelliser le corps, soit ~8 km/s en LEO) au sein d'une atmosphère dense comme celle de la Terre. Pour comprendre ce que ça représente, dis toi que v=8 km/s, c'est supérieur à la vitesse de l'onde de choc d'un explosif brisant. La masse d'une colonne d'air intégrée depuis le sol jusqu'à l'espace équivaut à 10 mètres d'eau en densité surfacique et si tu lances un corps à la VC 1 il déplace 80% de cette masse (correspondant à la troposphère, entre 8 et 15 km d'altitude) soit rho~8 tonnes par m² en ~ 1 s. La maître-couple d'une fusée moyenne (type Ariane 4) représente S~9 m². La puissance P absorbée par le fait de déplacer l'atmosphère est grossièrement :



avec P la puissance des pertes atmosphérique
rho la densité surfacique (en kg/m2)
S le maitre couple
v la vitesse "moyenne"

P ~ 2.10¹² W soit 2 teraWatts, ce qui est considérable. Sur 1 seconde, le mobile encaisse l’équivalent de l'explosion de 430 tonnes de TNT uniquement pour se faire un chemin dans l'air.

Et c'est largement sous estimé, vu qu'il s'agit du chiffre des seules pertes : le mobile doit avoir une vitesse de départ bien supérieure pour qu'une fois ces pertes défalquées il conserve la VC1 afin de se satelliser, d'où des pertes thermiques (en v²), bien supérieures encore.

2/ De toute façon ça ne servirait à rien ! Pour se satelliser, il faut nécessairement effectuer une ressource en apogée pour mettre le corps en orbite, avec une vitesse parallèle à la surface, sinon il retombe sur Terre quel que soit l'angle de tir (sauf évidement si on lui a donnée la vitesse de libération). Donc dans le cas où on veut satelliser le corps, il faut du carburant, des moteurs, une centrale inertielle et tout le toutim. Donc pas d'accélération qui dépassent qq dizaines de g. Lla vitesse à fournir pour satelliser est précisément la VC1 et représente donc l'essentiel de l'énergie à fournir. Avec les impulsion spécifique des carburant actuels, la masse de carburant va représenter sensiblement 90% de la charge.


On pourrait éventuellement imaginer de viser une sorte de benne ou de filet orbital qui recueillerait un genre de conteneur de matériau pondéreux lancé depuis la Terre, à charge ensuite pour lui de le satelliser, ce qui nécessite donc de toute façon une dépense d'énergie nécessaire à l'atteinte d'une vitesse orbitale. Faut pas se louper parce qu'en cas d'échec on a un beau météore qui retombe sur Terre. On peut peut être imaginer ceci plus facilement dans le cas d'une base lunaire : moindre vitesse à fournir, pas d'atmosphère à traverser, incidence très forte du canon possible avec satellisation à très basse altitude, absence de zone habitée en cas de retombée, fourniture d'énergie électrique par de très vaste zone de panneaux solaires...

[CafeCourt]

Merci beaucoup pour cette explication précise

Je pensais à tort que l'énergie nécessaire à un corps pour quitter une atmosphère telle que la notre était bien plus importante que celle nécessaire à sa satellisation...

Donc si je comprend bien, l’hypothèse que la vie terrestre soit disséminé dans l'espace suite à une collision n'en est pas une, car aucun objet ne supporterai une traversé de notre atmosphère à une telle vitesse sans se désintégrer ?
En généralisant, il est donc impossible qu'une météorite provenant d'une planète ou lune avec une atmosphère au moins aussi dense que celle de la terre arrive sur notre planète ?

@Tryss: Concernant l’accélérateur (sur la lune ou autre), je l'imaginais plus circulaire que linéaire, mais c'est sûr les contraintes sur la structure seraient loin d'être les mêmes...

[Amanuensis]

Pas si simple.

Une cellule en état de vie latente supporte des accélérations énormes.

Quand à la rentrée atmosphérique, il y a une fourchette de tailles, suffisamment gros pour que le centre ne chauffe pas pendant la rentrée, suffisamment petit pour ne pas se volatiliser à l'impact, dans laquelle de l'organique pourrait survivre.

[Mct92mct]

Il y a plein de choses qui résistent à de fortes accélération, et un morceau de pierre est un bon exemple.

Pour donner des ordres de grandeur, une balle de fusil sortant à 1000 m/s de 0,5 mètre de canon a subi en gros une accélération de (1000)²/ (2 0,5) = 10^6 m/s² (100 000 g)

Mais s'il s'agit d'accélérer un objet un peu complexe, électronique, propulseur, charge utile, ... la résistance à telle accélération risque de mettre une contrainte un peu difficile.

C'est vrai, mais on arrive cependant à créer des dispositifs mécaniques et électronique qui sont capables de subir de telles contraintes... Les mécanismes de mise à feu des fusées d'obus par exemple ont souvent des fonctions forts complexes détection de proximité, sécurité de départ et sont capable de supporter de telles accélérations.

[CafeCourt]

Quand à la rentrée atmosphérique, il y a une fourchette de tailles, suffisamment gros pour que le centre ne chauffe pas pendant la rentrée, suffisamment petit pour ne pas se volatiliser à l'impact, dans laquelle de l'organique pourrait survivre.

Concernant la rentrée je suis d'accord, car l'objet sera de plus en plus freiné par une atmosphère de plus en plus dense.

Mais concernant son "départ" (le fait qu'un tel objet puisse être satellisé suite à une collision, si la collision à lieu avec la Terre ou un astre avec une atmosphère équivalente et si j'ai bien compris Gilgamesh), vu la vitesse qu'il faudrait au départ (soit dans les couches les plus denses de notre atmosphère) la force encaissé par l'objet serait trop importante pour ne pas le pulvériser, mais j'interprète peut-être mal...

[Gilgamesh]

Donc si je comprend bien, l’hypothèse que la vie terrestre soit disséminé dans l'espace suite à une collision n'en est pas une, car aucun objet ne supporterai une traversé de notre atmosphère à une telle vitesse sans se désintégrer ?
En généralisant, il est donc impossible qu'une météorite provenant d'une planète ou lune avec une atmosphère au moins aussi dense que celle de la terre arrive sur notre planète ?

Comme évoqué par Amanuensis, une cellule est BIEN plus résistante qu'un moteur

L'hypothèse reste envisageable d'un transfert Mars -> Terre.
* impact d'un gros corps à la surface de Mars
* éjection de morceaux de qq dizaines de kg contenant d'hypothétique cellules vivantes. Jusque là, ça va.
* transit spatial de qq millions d'années en moyenne. Point critique : on a pu tester que des cellules bactériennes pouvaient tenir au vide sur qq années, mais il n'est pas prouvé qu'elles puissent subsister sur ces durées, en dormance dans une roche. On peut montrer toutefois que certains transits peuvent ne durer que qq dizaines de milliers d'années, ce qui rend l'hypothèse plus réaliste.
*entrée atmosphérique et impact sur Terre, préservant une fraction des cellules vivantes.

Un transfert Terre -> Mars (ou Vénus -> Terre) serait beaucoup plus difficile à envisager.