Envoyer des navettes spatiales en ballon d'hélium ?

[AlphaOrionis]

Bonjour,

Je me posais une question depuis quelques jours: serait-ce possible d'envoyer un vaisseau spatiale en orbite grâce à un ballon d'hélium ?
Du moins grâce a une première phase à l'hélium jusqu'à une hauteur conséquente suivit d'une seconde à propulsion classique, ce qui ferait des grosses économies de carburants.

J'ai essayé de mettre ça sur papier rapidement mais je bloque toujours sur un point : la pression à des hautes altitudes. En appliquant dP=-rhô.g.dz j'obtient des résultat qui ne m'inspirent pas confiance, meme si pour une pression de 1Pa j'obtient logiquement une altitude de 1,013.10^5m , soit a peut près 100km, la limite de notre atmosphère.

Laissons ça de cotés, j'ai donc fait deux trois calculs et en imaginant un engin pesant environ 30 tonnes il faudrait un volume au sol de 33500m3 soit 40m de diamètre
lâché depuis le sol il gonflerait jusqu'à atteindre à une pression extérieur de 1pa : 2,3.10^9 m3 soit 1,6km de diamètre.
Un ballon d'hélium ouvert de 1,6 km de diamètre c'est immense, même gigantesque, mais pas infaisable. Surtout quand on voit le prix du carburant nécessaire à la mise en orbite d'un engin avec les lanceurs utilisés aujd'hui.

Je me doute bien qu'il y'a une raison, surement évidente même, à ce que tout cela ne ce fasse pas déjà depuis longtemps, mais je sèche alors si quelqu'un sait je suis preneur !
D'autant plus que j'ai surement fait deux trois erreurs !
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[vanos]

Bonjour,

1. L'hélium coûte fort cher et le ballon devra être gigantesque vu le poids à soulever.
2. L'imprécision de la "base", dépendant des vents et de pression atmosphérique locale, rendra la mise sur orbite compliquée.
3. Un lanceur récupérable est une meilleure solution.

Amicalement.

[Bluedeep]

Bonjour,

Je me posais une question depuis quelques jours: serait-ce possible d'envoyer un vaisseau spatiale en orbite grâce à un ballon d'hélium ?
Du moins grâce a une première phase à l'hélium jusqu'à une hauteur conséquente suivit d'une seconde à propulsion classique, ce qui ferait des grosses économies de carburants.

Peux tu m'expliquer où tu vois de grosses économies de carburant car pour ma part, je n'en vois pas. Des marginales certes, car on réhausse MaxQ de 40km environ (on a jamais vu un ballon atteindre 100km), au prix d'un engin d'une terrible complexité, mais on ne voit pas trop le bénéfice.

Donc merci de préciser.

[AlphaOrionis]

L'hélium coute cher certes, mais à environ 80€ le m3, ça fait un peu moins de 2M7€ d'hélium pour un poids total d'environ 30t et la mise en orbite de 7t.
Ca me parait peu pour moi mais c'est vrai que je n'ai pas réellement de comparatif je me base sur un chiffre trouvé : aujd'hui pour mettre en orbite 1kg il faut
compter 10000€ soit pour 7t : 70M€.
Et je ne crois pas que les lanceur que l'on utilise aujourd'hui soit réutilisable. Dites moi si je me trompe mais ça m'étonnerai !

[A voir en vidéo sur Futura]

[AlphaOrionis]

Justement je ne comprend pas pourquoi pas au dessus de 40 km, si le ballon a la capacité de s'étendre jusqu'au volume souhaité qu'est ce qu'il l'arrete a 40km ?

[AlphaOrionis]

Et je voyais l'économie dans le sens que 40 km en moins diminuerait le temps de propulsions donc le volume du carburant.

[Bluedeep]

Et je voyais l'économie dans le sens que 40 km en moins diminuerait le temps de propulsions donc le volume du carburant.

Le problème n'est pas le temps de propulsion mais le delta V.
Ici on est à 40km, Ok, mais on a toujours un delta-V de 0; donc j'ai du mal à avoir où est le gain,sauf qu'on ne fait pas d'accélération en mode aérobie (ce qu revient, encore une à fois, à réhausser MaxQ voire à virtuellement l'annuler).

Bref à part le fait que le gain de vitesse se fait intégralement à pression dynamique quasi-0, mais au prix d'une machinerie très complexe (ça revient ni plus ni moins à monter à 40km une tour de lancement avec un ballon .....), encore une fois où est le bénéfice ?

[saint.112]

Je vois de multiples autres objections.

• Malgré les apparences une fusée est extrêmement fragile, du fait de l'obsession du poids qui fait que tout est archi léger, au bord de la rupture. Elle subit des contraintes et des vibrations énormes, surtout au départ, mais uniquement dans le sens vertical. Toute contrainte horizontale peut lui être fatal.
  Les Russes, selon la tradition soviétique, assemblent leurs fusées et les transportent horizontalement sur le pas de tir, ce qui suppose un système de support et de relevage très complexe pour éviter de les endommager. Les Occidentaux ont toujours préféré assembler leurs fusées et les transporter sur le pas de tir verticalement.
  Comment garantir que, suspendue à un ballon, la fusée ne va pas se balancer et risquer de se briser ?
• Tu ne vas pas suspendre bêtement ta fusée par un fil au dessous du ballon. Elle a besoin d'une sorte de pas de tir minimum… ce qui va représenter un certain surpoids.
• Pas question de faire démarrer la fusée autrement que verticalement… donc droit sur le ballon. Ou bien elle le transperce et le ballon est perdu… . Ou bien tu as prévu une sorte de cheminée par où la fusée va passer mais j'ai du mal à voir ça.

Tout ça pour quoi ? L'essentiel du coup énergétique de la mise en orbite est le ∆V pour atteindre la vitesse minimale de satellisation qui est de 7,9 km/s, sachant que, partant de Kourou, donc presque sur l'équateur, tu bénéficies de la vitesse propre de la terre, ~0,46 km/s. Le simple cout du transport à une altitude 40 km, voire plus, sans aucun ∆V, c'est peanuts.

Nico

[Carcharodon]

Salut,

On peut envisager ce type de procédé exclusivement pour de très faibles charges utiles, de quelques dizaines de kg au grand maximum.
Il s'avère effectivement que ce marché des très petites CU est un marché d'avenir, mais la solution de la "petite" fusée portée par un aéronef semble actuellement plus prisée, ça existe même déjà de façon commerciale.

Pas question de faire démarrer la fusée autrement que verticalement… donc droit sur le ballon.

Il suffit de lui donner une légère inclinaison, a peu de chose près celle qu'elle aurait à cette étape du vol si elle était tirée depuis le sol, ou elle serait au début de la rotation gravitationnelle, donc avec déjà un certain angle qui peut permettre d'éviter le ballon, surtout si on la suspend assez bas par rapport a lui.

ce qu revient, encore une à fois, à réhausser MaxQ voire à virtuellement l'annuler

MaxQ n'a effectivement plus aucune signification au dessus de 20km d'altitude, vu que c'est une mesure du stress aérodynamique de la structure (contrainte mécanique), et que ce stress devient totalement négligeable a ces altitudes (le MaxQ du Shuttle était a 12km d'altitude, moment a partir duquel les moteurs étaient poussés à 104%).

En résumé, pour toute CU dépassant la centaine de kg (voir moins) ce procédé de ballon n'a aucune application pratique.
Sinon, ça ferait longtemps que ça serait utilisé.
C'est d'ailleurs la question qu'il aurait fallu se poser en premier, finalement : "suis-je vraiment plus génial que tout les ingénieurs astronautique de la planète, qui n'auraient jamais pensé a ça avant moi ?"


Le problème d'une satellisation n'étant pas (comme dit au dessus) un souci de s'affranchir de la couche atmosphérique, mais avant tout un problème d'atteindre la première vitesse cosmique.
Une fusée classique a un coût de moins de 10% de sa masse totale au décollage dû au freinage atmosphérique et au profil de lancement que cette couche implique (sans atmosphère, le profil de tir serait "plus tendu", le "turn shape" serait moins moins important, comme pour le décollage du LEM de la Lune).
Aucun ballon ne saurait permettre de remplacer avantageusement ces ~10% sur des masses de plusieurs centaines de tonnes (nécessaires pour faire atteindre les 7.5 km/s a une charge utile de plusieurs tonnes).
A la rigueur, ça peut être envisageable sur des masses de quelques tonnes uniquement (donc pour des CU de quelques dizaines de kg).
Mais actuellement, ça ne reste qu'un projet virtuel et ceux qui s'y sont essayés (les roumains ! ... je n'ai plus le lien...) n'ont pas été loin que l'étape du ballon qui transporte une maquette inerte.

[AlphaOrionis]

"Je me doute bien qu'il y'a une raison, surement évidente même, à ce que tout cela ne ce fasse pas déjà depuis longtemps, mais je sèche alors si quelqu'un sait je suis preneur !
D'autant plus que j'ai surement fait deux trois erreurs ! "
donc non je ne me crois pas plus intelligent que tous les ingénieurs aéronautique du monde.
Mais merci en tout cas pour toutes ces réponses très intéressantes je ne pouvais être plus éclairé sur le sujet et je m'étais profondément trompés !

[Carcharodon]

donc non je ne me crois pas plus intelligent que tous les ingénieurs aéronautique du monde.

faut pas le prendre mal hein...
mais tu sais, je ne fais que répondre directement à ta formulation :

serait-ce possible d'envoyer un vaisseau spatiale en orbite grâce à un ballon d'hélium ?

Tu n'as pas demandé pourquoi on ne fait pas ça, tu demandes si ce serait possible, nuance.
Et la réponse directe la plus pertinente a cette formulation, c'est : "si c'était possible, ça serait déjà fait"
je sais je pinaille...
des fois j'aime bien


En tout cas si les réponses améliorent ta visibilité sur ce concept, c'est le principal, c'est le but de Futura.
Et tu ne t'étais pas si profondément trompé que ça, sauf sur l'échelle (de masse de CU) ou ça serait possible.
On verra peut-être une solution de ce genre, un jour, pour les très petites CU (nano satellites, en plein boom), si l'économie réalisée est substantielle par rapport aux autres solutions.
... sinon on ne le verra jamais.
Mais ce n'est pas dans la catégorie des choses strictement impossibles.