Dirigeable sur Mars? - Page 3
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Dirigeable sur Mars?



  1. #61
    gabriel44740

    Re : Dirigeable sur Mars?


    ------

    Airship
    Les ballons présentent plusieurs avantages cruciaux par rapport aux autres moyens d'explorations. Non seulement la technologie mise en oeuvre est relativement simple et légère, mais ces appareils plus légers que l'air ne nécessitent aucune source d'énergie pour se déplacer ou pour voler, ce qui en fait des engins peu coûteux.*Le rayon d'action des ballons est bien plus important que celui d'un rover et ils peuvent profiter de leur position avantageuse pour acquérir des images très précises des surfaces planétaires. Les clichés obtenus par un ballon sont idéals pour combler le vide qui existe entre les images à très haute résolution de la surface martienne prises par des atterrisseurs ou des rovers et les photographies peu détaillées acquises par les sondes orbitales.
    Déjà, nous devons nous poser la question qu'est-ce dirigeable*?
    Un*ballon dirigeable*est un*aéronef*plus léger que l'air, également appelé*aérostat, qui renfermant des dispositifs destinés à assurer la sustentation ainsi que des systèmes de propulsion lui conférant une dirigeabilité totale.
    Ce véhicule flottera dans l'air grace à un gaz de sustentation.
    C'est un gaz de masse volumique inférieure à celle de l'air, contenu dans une enveloppe, permettant à*la force d'Archimède de s'exercer. La densité du gaz ambiant doit être supérieur à la densité du gaz intérieur.
    Ensuite parlons du dirigeable sur terre*: le dirigeable a été développé à partir des années 20 mais plusieurs problèmes se posaient. Le dirigeable n’allait pas vite, il était confronté à la montée en puissance de l'avion et des accidents se sont produits à cause d'un gaz*: le dihydrogène(H²) qui est inflammable. Depuis on utilise L’hélium ininflammable mais qui est moins porteur que l’hydrogène car il est plus lourd*: il est environ 7% moins porteur.
    Cependant, j’ai choisi d’utiliser le dihydrogène. Lorsqu’on pense à l'hydrogen, on pense au gaz le plus léger au monde ainsi qu'à sa grande puissance de combustion mais dans le cas de Mars le manque d'oxygène et la faible température élimine complètement cette possibilité. L’avantage majeur d’un gaz est qu’il n’a besoin d’aucune énergie ou carburant pour voler. Il peut donc porter plus de charge utile sans avoir besoin d'un gros moteur comme le ferait un avion.
    Un dirigeable peut ensuite être affecté par le vent car il devient peu manoeuvrable lorsque le vent souffle à plus de 42 km/h. Heureusement sur Mars les vents sont en moyenne de 4 à 6 km/h ce qui ne nuira donc pas à la trajectoire du dirigeable. Sur Mars la pression est 150 fois moins dense que sur la terre, ce qui pose un inconvénient car la portance s'en trouvera diminuée malgré la faible gravité. En effet la masse d'un objet sur Mars est environ 3 fois plus faible que sur Terre; ce qui réduira considérablement la charge. Le volume de mon dirigeable sera de l'ordre de 800.000 m^3 et pourra porter 1,5 tonne de charge utile. 800.000 mètres cube , cela peut paraître énorme me direz-vous mais des dirigeables de plusieurs millions de mètres cube ont déjà vu le jour.
    Les dirigeables normals pour monter ou descendre ont besoin de jeter du lest en larguant du gaz ou des objets lourds, on peut donc accélérer la chute ou ralentir la montée. Mais sur Mars le dirigeable ne peut se permettre de larguer du gaz car il n'y a bien sûr pas de réservoir d'hydrogène sur Mars. Je me suis donc demander s'il n'existait pas un moyen de garder l'hydrogène en montant et descendant sans larguer du lest et il existe en effet un moyen.. J'ai d'abord pensé à compresser le H² mais il s'avère que cette technique n'est pas tout à fait maîtrisée et peut provoquer une instabilité de la structure. J'ai donc opté pour un autre moyen crée par Joule/Thomson.
    Le dihydrogène contenue dans les ballonets peut changer d'état sous une faible température. Ce système de refroidissement procèderait ainsi: gazeux>liquide =plus grande densité, exactement 835*+*. Cela atténuera la portance et diminuera donc l'altitude. Pour monter il suffit d'ouvrir les vannes reliées aux ballonets et la température ambiante réchauffera l'hydrogène liquide très facilement. Ce phènomène se traduit donc par une variation de température qui fonctionne ainsi.
    Premièrement la cuve hermétique sera refroidit à 80 K avec de l'azote liquide, ensuite des compressions et détentes successives pour refroidir le gaz à 20 kelvin( -250°) qui est sa température de liquéfaction. De plus la transformation est rapide alors que les échanges de chaleur sont très lents.
    -lors d'une compression, la température augmente ce qui augmente son énergie interne et donc son agitation thermique et lors de la détente dite adiabatique, la température diminue car la pression a changé.
    La liquéfaction demande beaucoup d'énergie est ne devra donc être utilisé que rarement car les panneaux solaires demande du temps avant de produire l'énergie nécessaire à ce procédé. De plus la densité de l'hydrogène liquide étant de 70 kg/m3 contre 0,09 kg/m3 pour le gazeux. Le transport se fera donc plus facilement pendant le voyage vers Mars car il y aura besoin de moins d'espace de stockage et donc moins de poids. De plus s'il manque de l'azote, il pourra être récupéré car l'atmosphère=1,89% de Nitrogen.
    Par ailleurs le dirigeable aura en plus un autre moyen de fonctionner: grâce à l'énergie solaire. L'énergie solaire est sous forme de rayon UV et de chaleur contribueront d'une part à alimenter les panneaux solaires placées au dessus de lui en énergie mais aussi à réchauffer l'intérieur gazeux du ballon. En effet le ballon aura un matériau aluminisé de couleur noire qui pourra donc absorber les rayons du soleil en plus grande quantité. Il pourra à l'inverse changer de couleur et donc passer du noir au blanc. Le blanc réfléchira les rayons du soleil et le dirigeable perdra donc de la chaleur ce qui lui fera perdre de la portance. Ce phénomène marchera grâce à la circulation de charges électriques qui déclencheront dans ce matériau une réaction de réduction (gain d'électrons) ou d'oxydation (perte d'électrons). Les propriétés optiques des molécules ayant réagit seront modifiées. Les longueurs d'onde lumineuses qu'elles sont susceptibles d'absorber diffèrent alors. Si ces longueurs d'onde appartiennent au spectre visible, la couleur du matériau change.
    De plus si le dirigeable perd du dihydrogène, il pourra en récupérer grâce à l'oxydo-réduction obtenu d'une solution de borohydrure de sodium.

    En présence d’eau et d'un catalyseur, le borohydrure de sodium forme de l'hydrogène et du borate de sodium (ou borax).
    Stocké dans le réservoir du véhicule sous la forme d’un liquide épais, le borohydrure de sodium est*stable, sans danger et ne prend quasiment pas de place. Un catalyseur permettra de dissocier l’hydrogène. Cette réduction servira à augmenter la durée de vie du dirigeable. Il servira à compenser les pertes de gaz par diffusion et les variations de pression du gaz dues aux effets thermiques.
    Pour ne prendre aucun risque et ne pas polluer Mars, j'ai donc choisi d'utiliser des panneaux solaires car le générateur à radio-isotope nucléaire de Curiosity ne me semble pas la meilleur idée pour explorer Mars. Le dirigeable aura 200 m² de panneaux solaires répartis au-dessus de son enveloppe. Il pourra donc produire 4 Kw/h ce qui n'est pas énorme mais pourra le faire avancer à environ 5-10km/h.
    Pour optimiser son trajet et surtout son énergie, le dirigeable restera toujours sur l'hémisphère qui sera en été.
    Conclusion: La NASA pourrait reprendre le flambeau et nous aurions peut être la chance, dans un avenir proche, de voir des dirigeables évoluer avec grâce dans l'atmosphère ténue et poussiéreuse de la planète rouge.

    -----

  2. #62
    Tryss2

    Re : Dirigeable sur Mars?

    Le volume de mon dirigeable sera de l'ordre de 800.000 m^3 et pourra porter 1,5 tonne de charge utile.
    Heu... tu transportes comment un ballon de 800.000m^3 sur mars?

    Rien que le gaz pour le remplir, tu en as pour 72 tonnes !

  3. #63
    gabriel44740

    Re : Dirigeable sur Mars?

    Le ballon est souple donc on peut le dégonfler. L'hydrogène est liquéfié ce qui prends moins de place.835 fois moins

  4. #64
    saint.112

    Re : Dirigeable sur Mars?

    Tu sembles avoir beaucoup travaillé sur ton plan. Bravo. Il n'y a pas grand chose à redire. Il lui manque justes quelques éléments triviaux : les calculs.
    Je te propose une liste de données numériques à fournir.
    • La charge utile : les instruments et leurs systèmes, les moyens de communication, etc.
    • La masse des appareillages :
      • panneaux solaires,
      • batteries,
      • réserve d'hydrogène,
      • centrale de liquéfaction, etc.
    • La masse de l'hydrogène, sachant que tu auras besoin d'une réserve.
    • La masse de l'enveloppe.
    • La masse des systèmes de propulsion.

    Naturellement, par exemple pour transporter un système de gestion de l'hydrogène (liquéfaction, réservoirs, etc.), tu dois augmenter la taille du ballon et donc la quantité d'hydrogène, ce qui fait que tu dois augmenter les capacités du système en question, etc.

    Une fois que tu auras effectué tous ces calculs, tu auras la masse totale à transporter et à faire atterrir sur Mars et on pourra considérer le budget nécessaire.

    Nico
    Travailler dur n'a jamais tué personne, mais je préfère ne pas prendre de risques.

  5. #65
    Dynamix

    Re : Dirigeable sur Mars?

    Citation Envoyé par gabriel44740 Voir le message
    Le volume de mon dirigeable sera de l'ordre de 800.000 m^3 et pourra porter 1,5 tonne de charge utile.
    Non .
    1,5 tonnes , c' est la masse totale , pas seulement la charge utile .
    Rien que la peau sur une base raisonnable de 25 g/m² ça pèse son poids .
    Citation Envoyé par gabriel44740 Voir le message
    De plus la densité de l'hydrogène liquide étant de 70 kg/m3 contre 0,09 kg/m3 pour le gazeux
    Sur terre , mais pas sur mars .
    D' ou l' erreur :
    Citation Envoyé par Tryss2 Voir le message
    Rien que le gaz pour le remplir, tu en as pour 72 tonnes !
    Rebelotte :
    Citation Envoyé par gabriel44740 Voir le message
    Le ballon est souple donc on peut le dégonfler. L'hydrogène est liquéfié ce qui prends moins de place.835 fois moins

  6. #66
    gabriel44740

    Re : Dirigeable sur Mars?

    panneaux solaires souple=532 grammes/m² 20w/m²
    Batteries lithium-ion mais masse et stockage inconnue pour l'instant
    réserve d'hydrogène c'est le borohydre de sodium + eau = H²
    masse de l'envelppe=polyisobutylène allongement à la rupture=700% et 0,0038g/mol
    Je ne sais pas comment déterminer la masse de l'enveloppe
    masse de H² liquide totale=661 kg
    masse des systèmes de propulsions inconnues mais ce sera 4 hélices (2 latérales et 2 arrières) avec pad directionnelles
    Je ne sais pas comment calculer la taille des hélices ni leur force de pousée.
    et pour la charge utile elle est de 200 kg mais il y a trop de détails

  7. #67
    gabriel44740

    Re : Dirigeable sur Mars?

    Je fais un TPE sur ca en. Pensez-vous que j'ai résumé les points les plus importants car je passe mardi 15h?

  8. #68
    f6bes

    Re : Dirigeable sur Mars?

    Bjr à toi,
    Faire un TPE est une chose, savoir s'il est réaliste en est une autre.
    Si tu tiens à tout prix ne regarder que par le petit bout de la lorgnettes..c'est toi qui juge.
    Tu as développé les "arguments" que tu juges..positifs , faut peut etre AUSSI tenir
    compte de ce qui est..."négatif". Et faire la balance..OBJECTIVEMENT.
    Bonne journée
    Bonne journée

  9. #69
    Dynamix

    Re : Dirigeable sur Mars?

    Salut
    Tu n' a pas résumé , tu as survolé .
    Tu balances des valeurs sans justification .
    Le sujet et trop vaste .

  10. #70
    ansset
    Animateur Mathématiques

    Re : Dirigeable sur Mars?

    Je vous trouve un peu durs.
    Un exercice de TPE n'a pas vocation à être un sujet de recherche révolutionnaire.
    Je n'ai pas lu le dernier post ( trop long pour moi )
    Et , je ne sais pas s'il a bien pesé dans son analyse les + et les - ...
    dans l'idée cela reste pour moi un bon sujet de TPE , il n'y en a pas beaucoup.
    Cdt
    y'a quelque chose qui cloche là dedans, j'y retourne immédiatement !

  11. #71
    Dynamix

    Re : Dirigeable sur Mars?

    Citation Envoyé par ansset Voir le message
    Un exercice de TPE n'a pas vocation à être un sujet de recherche révolutionnaire.
    Il n' est pas question de recherche révolutionnaire .
    Je pense que plutôt que d' essayer de couvrir toute la problématique , il valait mieux s' attarder sur un ou deux aspects précis .
    Je pense particulièrement à la poussées d' Archimède sur mars . Sujet fort intéressant et application des cours avec les formules .
    D' ou sortent les 800 000 m3 ?
    Le prof va surement poser la question .
    Dernière modification par Dynamix ; 29/02/2016 à 11h56.

  12. #72
    ansset
    Animateur Mathématiques

    Re : Dirigeable sur Mars?

    je ne sais pas.
    le calcul de poussée nécessaire est indispensable au TPE. tu as raison, d'autant qu'on peut l'estimer pour une masse x transportée. ( ballon + charge utile )
    tout comme l'est le choix des hélices , qu'il propose comme moyen de propulsion.
    ( pas sur du tout du meilleur moyen ).
    le reste ( par exemple le transport ) peut être mis de coté dans le cadre d'un TPE.
    je veux dire que l'exercice intéressant est le fonctionnement sur place.
    enfin, je vois les choses ainsi.
    Cdt
    Dernière modification par ansset ; 29/02/2016 à 12h01.
    y'a quelque chose qui cloche là dedans, j'y retourne immédiatement !

  13. #73
    Dynamix

    Re : Dirigeable sur Mars?

    La propulsion , c' st un problème assez vaste .
    Il faudrait se limiter à la puissance , qui conditionne les panneaux solaire :
    Choisir une vitesse , déterminer le Cx.S et la puissance en fonction de la densité de l' "air" .
    L' hélice , c' est trop compliqué pour un TPE , on peut se contenter de lui supposer un rendement .

  14. #74
    Bluedeep

    Re : Dirigeable sur Mars?

    Citation Envoyé par ansset Voir le message
    je ne sais pas.
    le calcul de poussée nécessaire est indispensable au TPE. tu as raison, d'autant qu'on peut l'estimer pour une masse x transportée. ( ballon + charge utile )
    tout comme l'est le choix des hélices , qu'il propose comme moyen de propulsion.
    On lui a déjà souligné l'absurdité de certains choix (commme les hélices : de facto, impossible d'avoir une hélice assez petite ou assez lente pour que l'extrémité des pales ne soit pas supersonique, mais il persiste) mais il n'en tient aucun compte.

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