Voile solaire d'un nouveau type

[bb98]

Bonjour

On connait le principe de la "voile solaire" utilisant les photons du Soleil.
Des chercheurs ont imaginé l'exploitation des protons du vent solaire, beaucoup plus énergétiques.

Le projet de missions vers les planètes extérieures en utilisant de tels systèmes, encore au niveau
de la planche à dessins, existe et les voyages seraient alors beaucoup plus rapides.
On rappelle que Cassini/Huyghens a mis 7 ans pour rejoindre le système de Saturne.

http://www.electric-sailing.fi/

Bonnes lectures
-----

[Vador59]

A full-scale electric sail consists of a number (50-100) of long (e.g., 20 km), thin (e.g., 25 microns) conducting tethers (wires). The spacecraft contains a solar-powered electron gun (typical power a few hundred watts) which is used to keep the spacecraft and the wires in a high (typically 20 kV) positive potential. The electric field of the wires extends a few tens of metres into the surrounding solar wind plasma. Therefore the solar wind ions "see" the wires as rather thick, about 100 m wide obstacles. A technical concept exists for deploying (opening) the wires in a relatively simple way and guiding or "flying" the resulting spacecraft electrically.

Très beau sur le papier, mais il faudra m'expliquer comment déployer correctement dans l'espace entre 50 et 100 "cordes" longues de 20kms et épaisses de 25 microns. A voir également la masse d'un tel engin. La solution envisagée est certes élégante mais la plupart des tentatives de déploiement de "tethers" ont jusqu'ici échoué ou n'ont été que des succès partiels:

http://www.tethers.com/papers/tethersinspace.pdf

Restera aussi à convaincre les agences à mettre la main au porte-monnaie; ceci étant, les possibilités pour ces engins sont fantastiques pour l'exploration des astéroides ou des planètes les plus externes...

[Jypou]

Bonjour,

Des chercheurs ont imaginé l'exploitation des protons du vent solaire, beaucoup plus énergétiques.

Ce système, n'est il pas dépendant de la présence/absence de vents solaires, de l'intensité très variable et de la direction?
Or pour rejoindre Saturne, si les accélérations et les directions sont aléatoires, ne risque-t-on pas de rater la cible et arrivera-t-on à faire les manœuvres pour se mettre en orbite?
Il est vrai que les planètes lointaines sont relativement fixes, ce qui facilite un peu les choses (les aléas sont plus facilement gérables?)

[dinank]

Piloter un engin dans le vent, avec changements de direction aléatoires, et jusqu'à un angle de 25 à 45° par rapport au vent de face, on sait trèèèès bien le faire...
Mais bon, dans le vide et sans frottement sur l'eau...

[A voir en vidéo sur Futura]

[JLB29]

Cela semble nécessiter une voile très fine (pour la masse) donc fragile.
Tant que l'on est pas capable de créer des matériaux à la fois très solides, moyennement souples et légers, ça reste de la SF.

Utiliser le vent solaire c'est très bien, mais le vide interplanétaire n'est pas vide, et les particules qui viennent de l'extérieur du système solaire ont une énergie appréciable et ne vont pas dans le même sens. (Sans parler des poussières d'astéroïdes plus localisables).

Elles auront un effet de frein, mais bien davantage de grêle de balles de mitrailleuse ! Les voiles tiendraient combien de temps avant d'avoir autant d'effet qu'une passoire ?
Et si les haubans sont mités, les voiles perdent une grande partie de leur utilité.
Il faudra certainement ferler la voilure à de multiples occasions à condition d'être capable de détecter à temps l'arrivée de trains de particules à haute énergie extra-solaires. (sont-ils prévisibles/détectables ?)

Je me représente ces voiles non comme celles de navires, mais comme une multitude de volets plus aisés à orienter perpendiculairement au flux de particules et lui présentant une très faible surface.

[Vador59]

Voici un projet porté par une équipe finlandaise qui ambitionne, à terme, d'envoyer une sonde de 550 kg vers la planète Uranus. Le principe consiste à utiliser la propulsion électrique pour réaliser le trajet en "seulement" 6 ans, en n'utilisant que la seule force du vent solaire pour la propulsion... 0,5N de poussée... mais cumulée sur une longue période, cela pet d'aller très très vite. La voile solaire "creuse" (dans le sens où il s'agit d'un assemblage de câbles électrodynamiques largué à hauteur de Saturne, et qui font ressembler la sonde à une espèce de pieuvre spatiale) effectuerait un travail similaire à celui de Galileo autour de Jupiter.


Il est prévu 50 kg de carburant "classique" pour plusieurs manoeuvres de corrections; à 13M km d'Uranus, le module de rentrée se sépare de la sonde qui effectue ensuite un burn pour obtenir une vitesse transversale de 150 m/s pour passer à 100 000 km de la planète en toute sécurité, à l'extérieur du système d'anneaux. Un autre burn sera sans doute également nécessaire pour optimiser la récupération des données durant le survol. La sonde atmosphérique comporterait un bouclier thermique de 90kg, et 35 kg d'instruments scientifiques divers.



Le déploiement de la voile:



Petite vidéo d'une conférence récente à Meudon, où il est question de cette mission.



Source:

http://www.electric-sailing.fi/

http://arxiv.org/abs/1312.6554

http://www.electric-sailing.fi/slide...013_Uranus.pdf

[Jypou]

Si techniquement cela fonctionne, cela permettrait de visiter une nouvelle planete, bien différente de Jupiter et Saturne. Mais une fois sur place, comment fait-on pour envoyer sur Terre des images et des informations. Ces cables ne peuvent-ils pas servir d'emetteur de grand diametre.

[Vador59]

S'il s'agit simplement d'un survol, une antenne classique suffit. La sonde devrait pouvoir rapatrier les données en fonctionnant uniquement sur ses batteries, étant donné la faible durée de la mission "utile". S'il y avait eu mise en orbite (mais le DeltaV serait énorme...), il aurait fallu trouver une solution différente, sans doute avec un RTG.

[Gilgamesh]

On connait le principe de la "voile solaire" utilisant les photons du Soleil.
Des chercheurs ont imaginé l'exploitation des protons du vent solaire, beaucoup plus énergétiques.

Non, la pression du vent solaire représente ~2 nanoPascal, celle du rayonnement solaire est 2500 fois plus importante, environ 5 microPascal (tout ça à 1 UA, mais le ratio reste identique avec la distance car les deux sont en 1/R²).

[Gilgamesh]

Cela semble nécessiter une voile très fine (pour la masse) donc fragile.
Tant que l'on est pas capable de créer des matériaux à la fois très solides, moyennement souples et légers, ça reste de la SF.

Utiliser le vent solaire c'est très bien, mais le vide interplanétaire n'est pas vide, et les particules qui viennent de l'extérieur du système solaire ont une énergie appréciable et ne vont pas dans le même sens. (Sans parler des poussières d'astéroïdes plus localisables).

Elles auront un effet de frein, mais bien davantage de grêle de balles de mitrailleuse ! Les voiles tiendraient combien de temps avant d'avoir autant d'effet qu'une passoire ?
Et si les haubans sont mités, les voiles perdent une grande partie de leur utilité.
Il faudra certainement ferler la voilure à de multiples occasions à condition d'être capable de détecter à temps l'arrivée de trains de particules à haute énergie extra-solaires. (sont-ils prévisibles/détectables ?)

Je me représente ces voiles non comme celles de navires, mais comme une multitude de volets plus aisés à orienter perpendiculairement au flux de particules et lui présentant une très faible surface.

On n'a jamais pu détecter de matière interstellaire à l'intérieur du système solaire à ma connaissance. Sinon au niveau des flux, on peut partir sur quelque chose comme :

diamètre flux (en m^-2.s^-1)
1 µm ~ 10^-4
1 mm ~ 10^-11
1 cm ~ 10^-15

à 1UA

Pour une voile d'un ha de surface ça représente qq centaines de coup d'épingle de 1 mm par an, c'est largement supportable.

[Nicophil]

Bonjour,

2 nP = 20 μN/ha = 630 N.s/ha/an , c'est bien ça ??

[Gilgamesh]

Bonjour,

2 nP = 20 μN/ha = 630 N.s/ha/an , c'est bien ça ??

Correct oui. La poussée correspondante est équivalente sur l'année au poids d'une personne d'une soixantaine de kg appliqué pendant une seconde. C'est... léger, comme effet.

[Jypou]

2 nP = 20 μN/ha

Si la surface est un disque de 200km de rayon, alors S=12 000 000ha donc F=240N. Pour Saturne r=10ua, donc F=2.4N. Le doc parle de 1N à 1ua du soleil, compte tenu des trous dans le disque?
En approchant une planète, la sonde s'anime d'une force centripète qui maintien la planéité du disque. Un aérofrein probablement efficace et bien utile lorsque l'atmosphére est quasi-inexistante