Sonde vers Jupiter et ses lunes

[Zolivv]

Salut,

Petite question par rapport à l'exploration de Jupiter : dans quelles limites pourrait-on faire une exploration graduelle de Jupiter en mode ISS ? C'est-à-dire qu'une sonde tournerait au raz de Jupiter, puis réduirait la distance très lentement et pénètrerait les couches de gaz prudemment et étalé sur plusieurs mois, histoire de prendre un maximum d'images et de mesures.

Au bout de combien de temps le gaz serait tellement dense que ça freinerait la sonde et la ferait partir en chute libre ? Est-ce qu'il y aurait assez de lumière pour prendre des photos exploitables, où ça serait très vite très sombre ? Y aurait-il moyen d'avoir des "paysages joviens", avec un ciel, des nuages, et un... sol gazeux on va dire, avec des couches de gaz plus denses ? A quel moment la pression, la température, le champ magnétique, etc... commenceraient à poser problème ? Et est-ce que la sonde finirait par ne plus rien pouvoir transmettre, même en étant très solide, avec toute la matière traversée ?

Je sais que Galileo s'était très rapidement détruite, mais c'était une approche façon astéroïde. Bref, ce sont des questions que je me suis souvent posées.
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[Jypou]

en mode ISS ?

approche façon astéroïde

C'est vraiment confus et sans rapport avec mes questions.

[carracas]

Bonjour,

Je ne peux pas te donner de chiffres, d'ailleurs je doute qu'on ait une carte précise des densités atmosphériques maisje ne pense pas que ce type d'observation soit vraiment utile. dés la tres haute atmosphere de jupiter, la sonde sera freinée et perdra son orbite. Regarde justement avec l'ISS, elle se trouve a 400 Km d'altitude ( soit 4X la limite théorique avec l'espace ) et elle doit se rehausser regulierement.
Dans le visible cette sonde ne verrait rien, l'atmosphere est bien trop epaisse et dense. Le " sol" de jupiter est toujours relativement equivoque probablement constitué d'hydrogene et d'helium solide.

[Geb]

Bonjour,

Dans un article publié par Peter Kokh en novembre 1992, dans le "Moon Miners' Manifesto", on avait imaginé une flotte de dirigeables automatiques adaptés à l'exploration des atmosphères des planètes géantes, de Titan et de Vénus.

À propos de la mission Galileo :

Galileo orbital mission (1995–2003)

An atmospheric probe was released from the spacecraft in July 1995, entering the planet's atmosphere on December 7, 1995. After a high-g descent into the Jovian atmosphere, the probe discarded the remains of its heat shield, and it parachuted through 150 km of the atmosphere, collecting data for 57.6 minutes, before being crushed by the pressure and temperature to which it was subjected (about 22 times Earth normal, at a temperature of 153 °C).[42] It would have melted thereafter, and possibly vaporized.

Cette descente atmosphérique à l'intérieur de Jupiter est encore considérée à l'heure actuelle comme les pires conditions auxquelles un système de protection thermique a dû faire face.

En outre, cette descente de fin 1995 avait révélé que l'atmosphère supérieure de Jupiter avait un déficit en néon, avec un taux dix fois inférieur aux prévisions, ce qui a donné naissance à quelques théories farfelues sur la formation de cette planète (infirmées par les modèles les plus récents).

Cordialement.

[Jypou]

Bonjour,
En fin compte, les panneaux solaires conviennent pour des missions autour de Jupiter, même si les surfaces doivent être importantes. Il a été constaté que l'Uranium 238 n'est pas facile à gérer et pose des problèmes de sécurité. L'américium proposé par les européens semble poser encore plus de problèmes. Il ressort des articles cités plus haut qu'il est plus difficile de se protéger des radiations de l'américium que de l'uranium 238.

Les américains travaillent maintenant sur les moteurs Stirling. Est ce vraiment le but de les faire fonctionner avec la chaleur dégagée d'un RTG? On sait faire fonctionner ces moteurs à l'énergie solaire en les plaçant dans une parabole orientée vers le soleil, le rendement obtenu (rapport de la puissance éléc à la surface du capteur) pour une expérience sur terre (ou en orbite terrestre, je crois) est supérieur à celui des PV (panneaux photovoltaïques).
Jupiter et Saturnes rayonnent plus de chaleur, qu'ils n'en reçoivent du soleil. Donc, en orientant la parabole vers ces planètes, on devrait obtenir plus de puissance qu'en l'orientant vers le soleil (suivant l'angle solide de ces astres et du soleil). Les PV, eux ne fonctionnent que dans le spectre lumineux, ne tirent pas profil du rayonnement thermique des planètes géantes.
Donc l'avenir ne serait-il pas les moteur stirling avec parabole pour des missions sur Jupiter et autres planètes géantes? Cette technologie serait bien sûr à la porté de l'ESA.

Cordialement.

[Geb]

Bonsoir Jypou,

J'imagine que tu es conscient qu'en microgravité faire fonctionner un moteur Stirling n'est pas une mince affaire...

Je viens d'apprendre que la mission Titan Mare Explorer, censé être la première à embarquer les nouveaux générateurs à cycle Stirling a été retardé d'un an (de 2015 à 2016). Comme la technologie est toujours prévue pour 2015, la NASA a désigné une autre mission Io Volcano Observer, qui si elle confirmée, devrait être la première à embarquer ces nouveaux générateurs à radioisotope, en 2015.

Malgré tout, je pense que la solution la plus encourageante pourrait venir des Russes, avec leur projet de générateur nucléaire spatial de 1 MW toujours prévu pour un vol d'essai en orbite en 2018. Les Russes visent une efficience de la conversion thermoélectrique de ~28%, pour une installation qui pèserait seulement 15 tonnes (15 kg/kW). Voir par exemple ici :

Générateur nucléaire développé en Russie pour le vol spatial habité

Avant sa mise en orbite, le meilleur type de générateur à radioisotopes jamais conçu, celui de la sonde Galileo, pesait ~56 kg et produisait 300 W d'électricité (186,7 kg/kW). Le facteur d'amélioration visé est donc de ~12. Sans compter une augmentation de la puissance disponible d'un facteur ~3300, si on omet la modularité des RTG's (certaines sondes en emportaient 3 à la fois).

Ils veulent aussi expérimenter à cette occasion, sur une large échelle, les radiateurs spatiaux à gouttelettes, qu'ils ont eux-mêmes inventé à la fin des années 1980 et testé sur la station Mir un peu plus tard. Un prototype de radiateur à gouttelettes devrait être testé à bord du futur module russe "Nauka" de l'ISS, qui devrait être installé fin 2013. Ce type de radiateur spatial avancé vise une masse spécifique record de 0,5 kg par kW dissipé. Pour comparaison, le meilleur radiateur de l'ISS, le PVR (Photovoltaic Radiator) pèse 740,7 kg et dissipe 14 kW d'énergie (52,9 kg/kW). Le facteur d'amélioration visé est donc de ~100.

Cordialement.

[Jypou]

J'imagine que tu es conscient qu'en microgravité faire fonctionner un moteur Stirling n'est pas une mince affaire...

Le principe du cycle thermodynamique dans le moteur stirling n'est toujours pas au point, si bien que le rendement n’atteint pas la valeur escompté.
Avant de faire des essais dans l'espace, il faut d'abord mettre au point ce moteur sur terre. Applications pour la production d'énergie et pour le transport.
Ce n'est pas une mince affaire car c'est depuis le début du siècle dernier qu'on travaille dessus, et on n'arrive pas à le mettre au point.
Seulement ensuite on peut envisager un transfert de technologie vers le secteur spatial, cette étape est beaucoup plus facile que ce qui précède. La microgravité est une condition favorable pour réduire les forces de frottement mécanique.

Malgré tout, je pense que la solution la plus encourageante pourrait venir des Russes, avec leur projet de générateur nucléaire spatial de 1 MW toujours prévu pour un vol d'essai en orbite en 2018.

Je ne vois pas l’intérêt d'une telle puissance pour une mission dans le système jovien, ni au-delà. Les voiliers solaires sont très prometteurs.
Nous n'envisageons pas une mission habitée en raison de l'énormité du champs magnétique jovien.
Je ne vois pas l’intérêt d'un générateur nucléaire dans le système jovien, sauf pour un sous-marin qui doit d'abord traverser l'épaisse couche de glace d'un des satellites.

[Geb]

Je ne vois pas l’intérêt d'une telle puissance pour une mission dans le système jovien, ni au-delà.

D’après Wikipédia, le radar de la sonde Cassini pèse 41,43 kg et consomme 108,4 watts. Il transfère des données à un débit de 364,8 kbit/s. J'ai bien envie de m'arrêter là, puisque j'imagine que tu as compris l'idée. Avec 1 MW de puissance électrique disponible, on peut envisager des sondes avec des propulseurs électriques, peut-être sensiblement plus rapides. On peut également les équiper d'instruments peut-être pas plus lourds, mais qui sont beaucoup plus gourmands en énergie. Ils seront ainsi beaucoup plus performants (capables de fournir des données d'une plus grande finesse) et à un débit plus important (par exemple, beaucoup plus de photos et à plus haute résolution).

De plus, 1 MW de puissance électrique n'a jamais été suffisant pour une mission habitée, a fortiori jusqu'à Jupiter. Rien que pour Mars, pour que la propulsion nucléoélectrique ait un intérêt dans le cadre d'une mission habitée, il faudrait descendre de 15 tonnes (l'objectif des Russes) à 4 tonnes/MW électrique, tout en augmentant la puissance totale à au moins 12 MW d'électricité produite. Autant dire que c'est pas demain la veille !

Cordialement.