A propos du vent solaire

[Beppe]

Mesdames, messieurs,

Tout d'abord, je me présente : Giuseppe alias Beppe, romancier franco-italien.

Je planche actuellement sur un nouveau roman qui sera doucement orienté "espace" et il me faudrait quelques renseignements concernant les fameux vents solaires. D'après ce que j'ai pu glaner ça et là, le vent solaire consiste en du plasma éjecté à une vitesse considérable hors de l'atmosphère solaire (n'hésitez pas à me corriger si je me trompe).

Mon histoire explique que les Hommes ont réussi à prélever des morceaux d'astéroïde flottant dans l'espace, pour en recueillir les bactéries extra-terrestres. Ma question est donc simple mais sa réponse probablement compliquée : est-il possible d'utiliser les vents solaires comme énergie (à la manière d'un voilier) pour propulser une navette à très haute vitesse ?

Ma première idée fut qu'une voile solaire déployée à un endroit judicieux permettrait de dévier les vents vers la météorite pour la stopper et travailler dessus : trop irréaliste à mon goût.

Ma deuxième idée consiste en la fabrication d'une navette sans carburant, portée par les vents solaires, et pouvant atteindre une vitesse suffisante pour accompagner un astéroïde dans sa course et travailler ponctuellement dessus.

Je remercie d'avance ceux qui me liront.
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[Gilgamesh]

Mesdames, messieurs,

Tout d'abord, je me présente : Giuseppe alias Beppe, romancier franco-italien.

Je planche actuellement sur un nouveau roman qui sera doucement orienté "espace" et il me faudrait quelques renseignements concernant les fameux vents solaires. D'après ce que j'ai pu glaner ça et là, le vent solaire consiste en du plasma éjecté à une vitesse considérable hors de l'atmosphère solaire (n'hésitez pas à me corriger si je me trompe).

Mon histoire explique que les Hommes ont réussi à prélever des morceaux d'astéroïde flottant dans l'espace, pour en recueillir les bactéries extra-terrestres. Ma question est donc simple mais sa réponse probablement compliquée : est-il possible d'utiliser les vents solaires comme énergie (à la manière d'un voilier) pour propulser une navette à très haute vitesse ?

Ma première idée fut qu'une voile solaire déployée à un endroit judicieux permettrait de dévier les vents vers la météorite pour la stopper et travailler dessus : trop irréaliste à mon goût.

Ma deuxième idée consiste en la fabrication d'une navette sans carburant, portée par les vents solaires, et pouvant atteindre une vitesse suffisante pour accompagner un astéroïde dans sa course et travailler ponctuellement dessus.

Je remercie d'avance ceux qui me liront.

Alors le vent solaire, non, ce n'est pas une bonne idée, mais le rayonnement solaire, oui, c'est même une idée qui a probablement de l'avenir, et pour ton intrigue ça peut tout a fait jouer le rôle que tu proposes. Le seul truc, c'est que le poussée générée est vraiment faible et qu'il faut des voiles d'une surface considérable pour propulser un truc aussi massif qu'un vaisseau habité. Mais ceci mis à part, c'est concevable.

Pression du vent solaire : le Soleil perd une masse M de l'ordre de 1 million de tonnes (soit environ N=3e35 particules, essentiellement des protons et des noyaux d'hélium-4, soit une masse moyenne de m=3e-27 kg) chaque seconde. La vitesse de ce vent est d'environ v=450 km/s. A l'orbite terrestre, d=1UA=1,5e11 m, cela représente un flux de mN/(4.pi.d²) = 3,5e-15 kg/m²/s. L'impact de cette masse sur un voile engendre une poussée de 2mv, soit une pression de l'ordre de p=4e-9 Pa


Pression du rayonnement solaire : le Soleil émet une puissance radiative P=4e26 W. La poussée de ce rayonnement est E/c. A la distance d=1UA la pression générée est p=E/(c.4.pi.d²) ~ 5e-6 Pa, soit plus de 1000 fois la poussée du vent solaire.

Pour exercer 1 Newton de poussée, il faut une surface de 1/p soit 2e5 m² (soit une vingtaine d'hectare de voile). Pour rappel, 1N est la force qu'il faut exercer pour augmenter la vitesse d'1 kg de 1 m/s par seconde.

Pour ce qui est de la masse de la voile elle même, elle est de l'ordre de 1 à 2 g/m² ; peut être peut on envisager de diviser par 10 cette densité surfacique dans l'avenir.

Ensuite, ton soucis consiste exclusivement a rejoindre l'astéroide et à se mettre sur la même orbite que lui. On ne "suit pas un astre dans sa couse" : on se place sur la même orbite cad qu'on tombe avec lui selon la même trajectoire de chute libre autour du Soleil.

La trajectoire la plus économique du point de vue énergétique pour rejoindre l'orbite d'un astre est appelée transfert de Hohmann.



Imaginons qu'on veuille rejoindre un astéroide situé au niveau de la Ceinture, à r2=2,5 UA du Soleil en partant de la Terre située à r1=1UA du Soleil.

Le delta de vitesse à donner au vaisseau est :


avec G la cte de gravitation 6.67e-11 et M la masse du Soleil 2e30 kg

Soit environ 6 km/s

Et la durée du transfert est



soit 3.7e7 s (1 an et 2 mois)



Il faut normalement que ce deltaV soit imprimé de manière instantanée au vaisseau mais disons qu'on se donne une durée t/10 pour atteindre sur cette vitesse (ça n'a rien de rigoureux mais il faut bien se donner une valeur d'accélération)

Soit une accélération de a=10v/t = 1,6e mm/s². La surface nécessaire par unité de masse est a/p.

En compte rond, ça représente une voile d'environ 350 m² par kg, dont 1/3 de voile et 2/3 de charge utile (pour une voile de 1g/m²).



Je te conseille un petit tour sur ce site consacré à ce mode de propulsion: http://www.u3p.net/ et prendre contact avec eux, pourquoi pas ; un roman utilisant la voile solaire dans son intrigue ça ne peut que les intéresser .


a+

[Beppe]

Merci pour cette réponse rapide, Gilgamesh.

L'utilisation du rayonnement solaire, cela semble un concept très intéressant, je vais aller faire un tour sur le lien que tu m'as donné.

Pour être tout à fait honnête, je n'ai pas compris certaines formules dans tes calculs, mais ton explication m'a bien aidé à comprendre comment fonctionnerait un tel vaisseau dans sa globalité.

Je te suis très reconnaissant. Bonne soirée !

P.S.: est-ce que la méthode d'approche de l'astéroïde, utilisant la lune comme moyen de propulsion, dans le film "Armageddon", est réaliste ? Question subsidiaire sans grand intérêt.

[Gilgamesh]

P.S.: est-ce que la méthode d'approche de l'astéroïde, utilisant la lune comme moyen de propulsion, dans le film "Armageddon", est réaliste ? Question subsidiaire sans grand intérêt.

me souviens pas de cet épisode . Ils l'utilisaient comment ? Fronde gravitationnelle ?

a+

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

Petites choses que je tiens à préciser à préciser : si tes protagonistes sont pressés, le transfert de Hohmann est une trajectoire lente. Pour les futurs mission vers Mars par exemple, ce serait 2 fois trop long. Et par ailleurs les vraies trajectoire optimale avec une voile solaire, c'est du genre costaux à calculer ; pour les mission pressenties vers les fin fond du système solaire, la trajectoire va "chercher le soleil" en deça de l'orbite de Mercure pour prendre une grande impulsion capable de l'amener à des vitesse de près de 70 km/s en fin de trajectoire. Et enfin comme mentionné, les voiles solaires sont plutot pressenties pour des missions à faible chargement, donc non habitées (surtout qu'il faut blinder le vaisseau contre le rayonnement cosmique). Bref, tout ça pour te dire de ne pas prendre tout ça comme parole d'évangile, c'est juste dégrossi.

a+

[Beppe]

me souviens pas de cet épisode . Ils l'utilisaient comment ? Fronde gravitationnelle ?

a+

Oui, je crois que l'on peut qualifier l'action comme cela. Lorsque l'astéroïde passe à proximité de la lune, les navettes sont envoyées autour de celle-ci pour prendre de la vitesse (les occupants encaissent, je crois, jusqu'à mach 12 !). Une fois que leur trajectoire est alignée avec celle de l'astéroïde, ils quittent l'orbite lunaire.

Petites choses que je tiens à préciser à préciser : si tes protagonistes sont pressés, le transfert de Hohmann est une trajectoire lente. Pour les futurs mission vers Mars par exemple, ce serait 2 fois trop long. Et par ailleurs les vraies trajectoire optimale avec une voile solaire, c'est du genre costaux à calculer ; pour les mission pressenties vers les fin fond du système solaire, la trajectoire va "chercher le soleil" en deça de l'orbite de Mercure pour prendre une grande impulsion capable de l'amener à des vitesse de près de 70 km/s en fin de trajectoire. Et enfin comme mentionné, les voiles solaires sont plutot pressenties pour des missions à faible chargement, donc non habitées (surtout qu'il faut blinder le vaisseau contre le rayonnement cosmique). Bref, tout ça pour te dire de ne pas prendre tout ça comme parole d'évangile, c'est juste dégrossi.

a+

Okay merci.

[Gilgamesh]

Oui, je crois que l'on peut qualifier l'action comme cela. Lorsque l'astéroïde passe à proximité de la lune, les navettes sont envoyées autour de celle-ci pour prendre de la vitesse (les occupants encaissent, je crois, jusqu'à mach 12 !). Une fois que leur trajectoire est alignée avec celle de l'astéroïde, ils quittent l'orbite lunaire.



Okay merci.

12g plutot ? mach 12 désigne une vitesse (et en toute rigueur une vitesse dans un fluide, car c'est le rapport entre la vitesse du mobile et la vitesse du son dans le milieu, donc non défini dans le vide) et non une accélération. Le maximum supportable pendant un temps très court est de l'ordre de 11 g, ceci dit.

S'ils ressentent une accélération c'est qu'ils ont allumé les réacteurs au periastre (cad au moment ou ils sont au plus près de l'astre) et c'est effectivement le moyen d'utiliser au mieux l'assistance gravitationnelle, car la poussée est plus efficace quand le vaisseau est à son maximum de vitesse. Sans poussée additionnelle, ils subiraient exactement 0 g, vu qu'ils sont en chute libre.

a+

[zaqiel]

Pression du vent solaire : le Soleil perd une masse M de l'ordre de 1 million de

Bonjour à tous,
Petite correction, le Soleil perd 4 millions de tonnes à la seconde, je ne sais pas si ça change grand chose, je ne veux pas te faire recommencer tous les calculs...

[Gilgamesh]

Pression du vent solaire : le Soleil perd une masse M de l'ordre de 1 million de

Bonjour à tous,
Petite correction, le Soleil perd 4 millions de tonnes à la seconde, je ne sais pas si ça change grand chose, je ne veux pas te faire recommencer tous les calculs...

Tu es sur que tu ne confonds pas avec les 4 millions de tonnes converties en énergie mc² dans le coeur du Soleil par les réactions de fusion (elles se retrouvent dans le rayonnement, mais pas dans le vent solaire) ?


Sinon, le chiffre des pertes par vent solaire ne sont pas trèèèès précises, et ici ce qui compte c'est juste l'ordre de grandeur :

The total particles carried away from the Sun by the solar wind is about 1.3×10³¹ per second.[14] The total mass loss each year is about (2–3)×10-14 solar masses,[15] or 6.7 billion tons per hour. This is equivalent to losing a mass equal to the Earth every 150 million years.[16] However, only about 0.01% of the Sun's total mass has been lost through the solar wind.[17] Other stars have much stronger stellar winds that result in significantly higher mass loss rates.


6,7 milliards de tonnes/heure ça fait 1,8 million de tonnes/s

a+

[Gilgamesh]

(sur le Wiki in english)

1.3.10³¹ particule/secondes, c'est d'ailleurs 10 000 fois pas assez il me semble :/.
Une 'tite correction s'impose à mon avis : c'est 1.3.10³⁵.

a+