C'est vrai que c'est tentant...Envoyé par mtheory
De rien!
ça devrait intéresser du monde ici ça!
http://www.daviddarling.info/encyclo.../istravel.html
avec cette référence (entre autres) à droite:
http://www.amazon.com/exec/obidos/AS...&link_code=as1
Merci pour le lien.
D'accord pour l'idée que l'énergie réfléchie à l'intérieur du volume va être absorbée par la face opposée (à l'intérieur du volume). Mais, le cacul que tu fais pour arriver à 26 oC me semble incorrect sur le fond. Le bilan de l'énergie fait à la surface intérieure du vaisseau devrait avoir l'allure suivante :
EA = (EA' - EA'') + EI
Où
EA : énergie arrivant sur la surface;
EA' : énergie réfléchie par la surface;
EA'' : énergie évacuée dans l'espace;
EI : énergie émise par la surface.
L'équation est valide à tout instant et sans doute de type différentiel pour prendre en compte l'évolution du système dans le temps.
Tu as écrit :
Au point d'équilibre, l'énergie produite à l'intérieure de l'arche doit égaler l'énergie perdue dans l'espace. Les 350 W/m² sont un calque du système solaire. Or sur Terre, nous n'utilisons pas 350 W/m² et selon le CNRS France, la valeur d'équilibre serait plutôt de 235 W/m². La chaleur à évacuer serait donc déjà réduite à 0,7 TW; ce qui est énorme et enocre pas du tout économique. Faudra penser à mieux isoler l'arche !
Aux limites du monde des faits, le philosophe a trouvé celui des idées. (Karl Jasper)
A la réflexion c'est toi qui a raison Pierre, c'est bien 235 W net par m² qu'il faut balancer puisque *tout* est absorbé, alors que sur Terre c'est partiellement réemis...
Wouoké, merci. C'est toujours ça d'économisé
Sinon, non, il ne faut pas isoler l'arche ! Surtout pas. Considère la comme une machine thermique (C'EST une machine thermique...). Ca marche d'autant mieux que la différence source chaude source froide est forte. Car il faut TOUJOURS balancer les 235 W/m² de photon solaire, en permanence si tu veux que la flore photosynthétise. Si on isole l'arche, il faut éteindre Râ la plupart du temps, et vivre au chaud, certe, mais dans le noir...
a+
Dernière modification par Gilgamesh ; 10/07/2005 à 15h06.
Sinon, avec ce correctif, Râ ne fait plus que 84 m de diamètre (il vaut mieux réduire le rayon angulaire que la température, qui joue directement sur le spectre). C'est mieux, c'est mieux...
Le système climatique...
C'est sans doute un des aspects les plus difficiles à simuler, vu les particularités de la géométrie de l'arche. Liée à cette question nous verrons, il y a la nécessité d'alimenter en énergie solaire les parois, qui sont pour leur plus grande part submergées par l'océan et chapeautées de continents opaques.
On imagine 2 pôles climatiques l'un chaud à l'arrière (côté moteur), l'autre froid (à l'avant), séparé par une zone tempérée médiane.
Sur Terre l'alternance des saisons est assurée par la combinaison de l'inclinaison de l'axe de révolution de la sphère et de sa position orbitale, mais ici, l'équivallent reviendrait à faire varier la position angulaire de Râ qui se trouve à une des extrémité du cylindre, à son moyeu, et dont il est malaisé de faire varier la position ne serait ce que parce qu'il s'agit d'une pièce maitresse, complexe, de grande taille, que le décentrer revient à lui donner un poids croissant et que tout dégat serait catastrophique. On aime mieux l'imaginer fixe. Concrètement il s'agit d'un barillet comprenant 3 tunnels obturés par une calotte hémsphérique de quartz ou autre matériau transparent aux UV comme aux IR.
Plutot que d'imaginer un point déclairage enchâssé sur une paroi verticale, on évase cette partie là (arrière) de la station pour lui donner une forme conique, au sommet duquel on place la chambre active du barillet solaire. Celui ci rayonne dans l'axe mais on place devant une calotte hémisphérique dont la partie concave regarde l'intérieur du cylindre de l'arche
Râ /------------ océan/continent
/ talut
/
o ( <--> calotte hémisphérique mobile
\
\
\---------------
Celle ci est maintenu au centre par des bras où circulent le fluide de refroidissement circulant dans une double enveloppe. C'est une grosse pièce, mais elle est en micro pesanteur, comme le barillet.
C'est aussi une pièce mobile qui peut avancer ou reculer vers Râ.
Au centre elle est réflechissante et en allant vers le périmètre elle devient progressivement transparente.
Selon qu'elle est avancée ou reculée elle oculte plus où moins le flux lumineux au haute lattitude (en se rapprochant du pôle froid) ce qui permet de simuler sur la durée d'une année des cycles saisonniers au niveau de la partie médiane, tempérée
Sur le talut (à, disons, 45°) qui descent vers l'océan, sous l'effet d'un écairage et d'une chaleur intense pousse une riche flore dont l'activité photosynthétique alimente l'ensemble des parois. La surface collectrice est celle d'un cône de rayon r=7500 de hauteur h=7500 m de rayon soit A = pi.h.r soit 2.5e8 m² soit 4% de la surface totale des parois (qui totalisent 6e9 m², étant doublées).
Pour doper un peu cette alimentation énergétique -et créer une forêt d'altitude style taïga au pôle froid -, peut imaginer au centre de la calotte occultatrice une trou qui colimate la lumière pour quelle n'atteigne que la paroi verticale du cylindre située en vis-à-vis, à 50km de distance, de manière à fournir une alimentation photosynthétique supplémentaire.
La zone située proche du talut est éclairée à son maximum en permanence durant l'année, elle est aride de ce fait. On y place les lacs de saumures dont l'eau chaude est prélevée pour circuler dans la double enveloppe et ressurgir à 0°C au pôle froid. Un courant maritime froid au fond de l'océan va s'établir pour compenser le courant d'eau chaude soustrait au pôle chaud.
Pour ce qui est de la circulation atmosphérique, une particularité intéressante est que les force de Coriolis (intenses, vu le faible dimaètre du cylindre et sa vitesse angulaire de rotation) a une composante toute entière verticale au lieu d'être toute entière horizontale sur Terre. Toute remontée d'air chaud ou descente d'air froid va être déviée tandis que les echanges horizontaux (dans l'axe du cylindre) entre les pôle chaud et froid resteront rectilignes.
Il reste à calculer la pression de l'air au centre du cylindre et sa température pour examiner la possibilité d'une formation nuageuse.
On peut prévoir enfin a l'approche du pôle froid une chaîne montagneuse annulaire qui maintiendrait ce pôle a l'abris de la lumière directe, avec un ubac ensoleillé et un adret gelé.
Pour ce qui est l'alternance jour/nuit, plutôt que d'éteindre et de rallumer Râ chaque jour, ce qui représente une opération plutôt lourde, on a la posibilité de le reculer sur son axe, de fermer l'orifice du barillet et de l'amener à éclairer vivement une 'chambre arrière', dans l'entre deux des parois vidé de son remblais cométaire sur la plus grande partie de sa hauteur, ce qui permettrait aux 2 parois côté moteur de photosynthétiser pendant la nuit.
J'essaierai de publier un schéma demain.
a+
Dernière modification par Gilgamesh ; 10/07/2005 à 17h31.
Connais-tu le phénomène des "snowbirds", ces gens qui détestent l'hiver et partent vers l'équateur avant les grands froids !Selon qu'elle est avancée ou reculée elle oculte plus où moins le flux lumineux au haute lattitude (en se rapprochant du pôle froid) ce qui permet de simuler sur la durée d'une année des cycles saisonniers au niveau de la partie médiane, tempérée
Non vraiment, les cycles saisonniers sont un concept trop compliqué pour un vaisseau "arche", tant sur le plan technique que sur le plan social.
Aux limites du monde des faits, le philosophe a trouvé celui des idées. (Karl Jasper)
Ach, on sent le québécois qui parle
Alors quoi, je prépare un pôle froid juste pour pouvoir embarquer des quebecois et il râle !
Plus sérieusement, la zone habitable sera majoritairement située dans l'anneau tempéré. L'arche n'a aucune raison d'être uniformément peuplé.
Je sais que l'idée de différents écosystèmes n'est pas facile à défendre a priori sur un plan purement comptable (pourquoi gacher de la précieuse surface à reconstituer des déserts ?).
Mais si on réflechit à ce que signifit réellement le fait de quitter la Terre sans espoir de retour, ni pour soi, ni pour sa descendance, l'idée d'une arche complexe permettant à l'homme d'embarquer un maximum de milieux et de biodiversité s'impose carrément à mon esprit. Je ne crois pas que ça relève du bête sentimentalisme. Ca fait partie de nous, c'est une partie de nous, comme espèce confrontée à ces milieux sur Terre... Car il se trouve que l'homme est une espèce qui a fait sien un grande diversité de milieux terrestre. Presque tous en fait, y compris des déserts. C'est un fait qui impose de ne pas se cantonner à une Suisse de l'espace. Je pense que les partants feraient tout pour concrétiser l'idée si elle est effectivement jouable. Et c'est de leur point de vue que je raisonne, évidemment.
Socialement on ne peut pas imaginer une ruche uniforme, il faut des endroits où les gens puissent s'isoler, voir autre chose et se sentir hors du monde, même si ces lieux ne mesurent que qq km². Ce n'est PAS un luxe. Ca fait partie des facteurs d'équilibres qu'il faut concevoir en étant réaliste.
Sans compter l'utilité stratégique de disposer d'espèce diverses à même de s'adapter aux conditions plus ou moins retorses de la planète objectif... Sans compter la science qu'on pourrait continuer de faire disposant de milieux à même d'abriter diverses espèces.
Pour ce qui est de la complexité du dispositif : c'est peut être difficile à concevoir à un niveau 'bureau d'étude' (il faudrais une simulation béton) MAIS par contre, la solution que je propose est minimale au plan technique. Il n'y a qu'une seule source d'énergie et deux pièces mobiles, effectuant une simple translation. Massives certe, mais en micro pesanteur. Autrement, pas pompe, de mélangeurs et autre artefact motorisés. Et tout doit être conçu dans cet esprit.
a+
Rep Gilgamesh
Bonjour
Je n'ai pas le temps de répondre à tout maintenant, mais voici quelques éléments sur la propulsion.
Que la masse propulsive soit expédiée de façon fractionnée ou en un seul bloc avec le vaisseau, le bilan énergétique est bien le même, donc autant faire simple et tout emporter avec le vaisseau.
En ce qui concerne l'accélération, ce n'est pas une bonne hypothèse de la prendre constante : un moteur à fusion, ou un moteur plasmique, fonctionnent de façon optimale pour un débit fixé. C'est donc dm/dt qui serait fixe, et l'accélération augmenterait à mesure que la masse diminue, ce qui était l'hypothèse menant à l'équation que j'ai donnée.
On donne l'évolution de la masse en fonction du temps :
M(t) = M0.exp(-v(t)/ve)
ve étant la vitesse d'éjection, que l'on prendra égale à 10000 km/s, ce qui est un maximum pour un moteur à fusion utilisant l'hélium 3 .
Considérons par exemple que la masse propulsive représente la moitié de la masse totale. Pour plus de généralité, on note
k=Mp/M0,
Mp= masse propulsive,
M0=masse totale initiale
On a donc 0<k<1 par définition.
Sur tout le parcours : delta(V) = 6930 km/s
Soit une vitesse maximale : vmax = 3465 km/s
On peut calculer l'accélération finale :
v(t) = -ve.ln(M(t)/M0)
Soit a(t)=-ve/M(t).dM/dt
A t=T : Mp=0
Le débit étant constant : dM/dt = -Mp/T
Soit a(T) = ve/M(T).Mp/T
M(T)=M0-Mp
Soit a(T)=ve/T).Mp/(M0-Mp)=ve/T.k/(1-k)
En prenant k=0.5, on a a(T)=ve/T
On a vu que T était solution d'une équation un peu compliquée, mais on peut donner une borne inférieure : Tinf = D/vmax
En prenant D = 10 a.l, Tinf = 866 ans
La bonne valeur doit être 2 ou 3 fois supérieure.
C'est inférieur aux 10000 ans pour 4 a.l que j'ai donnés plus haut car la masse propulsive est bien plus importante.
Ce qui donne une borne supérieure de l'accélération :
asup = ve/Tinf = 3,6 10^-4 m/s² = 3,6 10^-5 g
En réalité, l'accélération sera plus faible que celà, d'un facteur 2 ou 3 je pense, mais l'ordre de grandeur est correct.
On voit quand même que si on veut atteindre des vitesses plus élevées, de l'ordre de c/10 par exemple, il faudrait emmener une masse de propulsif bien supérieure à la charge utile, d'une part, et que l'accélération finirait par ne plus être si négligeable à l'échelle d'une structure aussi vaste, même en restant imperceptible pour les occupants.
J'ai hâte d'avoir une bonne estimation de la masse de la charge utile...
A+
Bjour,
en attendant d'intégrer plus sérieusement les données de propulsion de lambda (et je pense que ça va faire mal !), voici en résumé graphique le concept tel qu'exposé jusqu'à maintenant.
http://cjoint.com/?hloYT5cUJm
a+
Et ici en vue rapprochée
http://cjoint.com/?hlpf1hUnE3
a+
Un peu de matière à penser en attendant...
http://www.interstellarsociety.org/
http://www.centauri-dreams.org/id2.html
Bon, de sommaire calculs de resistance de matériaux indique qu'il va falloir faire des progrès...
Dans le schéma suivant on suppose qu'on a réussi à trouver des matériaux fibreux organiques possédant à masse égale une résistance a la traction de 5000 MPa (5 fois la fibre de carbone).
La marge de sécurité est de 8. Les épaisseurs et densités sont indiqués. Les continents flottant sur l'océan, ont peut considérer qu'on n'a affaire qu'à de l'eau.
http://cjoint.com/?hnrKSyfoTP
Masse totale : 4e15 kg
a+
Waou ! C'était petit joueur mon évaluation à 200 Gt.
Ca risque de pas être triste quand on va se demander où trouver les matériaux pour construire tout ça, et surtout où je vais trouver le carburant He3 en de telles quantités.
Y a plus qu'à pomper l'atmosphère de Jupiter...
Bon, je vais voir ce qu'on peut faire pour la propulsion.
Sinon, un petit vaisseau de 100000 t, en faisant hiberner tout le monde, ça irait pas mieux ? Beaucoup plus rapide et plus simple.
A+
-- Juste 20 fois moins
-- Un pétit corps (de Belin) suffirait. La moindre bête comète fait 10 fois plusCa risque de pas être triste quand on va se demander où trouver les matériaux pour construire tout ça,
-- Oui... D et He3... Ça par contre c'est un vrai pb. J'y pense depuis hier. On peut imaginer une station flottante (type montgolfière) dans l'atmosphère d'une géante qui projette à l'aide d'un canon a induction un flux de particule collimatée vers un réservoir en orbite géostationnaire. Pfffet surtout où je vais trouver le carburant He3 en de telles quantités.
Y a plus qu'à pomper l'atmosphère de Jupiter...
Faudrait déjà avoir une idée des concentrations de ces isotopes.
Vade retro, fusée !Bon, je vais voir ce qu'on peut faire pour la propulsion.
Sinon, un petit vaisseau de 100000 t, en faisant hiberner tout le monde, ça irait pas mieux ? Beaucoup plus rapide et plus simple.
A+
T'as pas lu Aldebaran (de Leo) ?
a+
Juste un truc
l'intégrale de x=D à l'infini de dx/x² c'est bien 1/D ?
a+
Voici un petit état d'avancement de ma réflexion et une première esquisse de la propulsion interstellaire.
On a vu que seule la fusion permettait de produire l'énergie et la poussée requise. Le moteur à antimatière à faisceau d'annihilation direct ("beamed core") conviendrait aussi théoriquement, mais sa faisabilité technique est très douteuse, même dans plusieurs siècles.
Il existe un certain nombre de réactions de fusion, mais la plupart sont peu adaptées au vol interstellaire, même si elles peuvent l'être pour les vols interplanétaires.
Les contraintes sont les suivantes :
- l'impulsion spécifique doit être la plus élevée possible, pour minimiser la masse de réactifs à emporter, ce qui correspond à une température de fusion la plus élevée possible
- le système devant fonctionner pendant des siècles ou des millénaires avec un minimum de maintenance, la réaction ne doit pas produire de neutrons qui génèrent de la radioactivité secondaire, car celà demanderait de changer régulièrement l'enceinte de confinement. Il faudrait aussi des boucliers de protection très massifs, etc.
- la masse est un paramètres critique
- le stockage des réactifs est également un point important : sur de longues périodes, la forme solide est de loin la mieux adaptée
Ces paramètres permettent d'éliminer d'emblée les réacteurs fusionnant D-T, D-D. A ce niveau, même la réaction D-He3 n'est pas si intéressante.
Un réacteur satisfaisant aux critères est décrit dans :
http://fusion.ps.uci.edu/artan/Paper...Propulsion.pdf
Le document [3] décrit également un concept intéressant, qui conduit à une vitesse d'éjection de l'ordre de 10000 km/s, compatible avec le vol interstellaire.
La réaction utilisée est : p+B11 -> 3He4
Le terme "fusion" est un peu impropre puisque l'atome de Bore est fragmenté. On parle plutôt de fission thermonucléaire.
Le Bore 11 se stocke sous forme solide. L'hydrogène est stocké sous forme liquide (à voir).
Les réactifs sont ionisés et accélérés par un champ électrique jusqu'à des énergies de quelques centaines de kEV avant d'être injectés dans le coeur et capturés par le champ magnétique de confinement du plasma où ils interagissent.
Une partie des produits de fusion est expulsée après collimation par une tuyère magnétique, ce qui produit la poussée. Une autre partie est récupérée par un dispositif électromagnétique qui convertit leur énergie cinétique en électricité. Le rayonnement de freinage peut également être utilisé au moyen d'un dispositif de conversion thermo-électrique.
La puissance de fusion totale est donnée à 100 MW, mais l'auteur indique que ce réacteur se prête bien à d'autres dimensionnements, dans la gamme des GW.
On considérera pour la suite un réacteur dimensionné à 10 GW, le système de propulsion global du vaisseau étant constitué d'une matrice de tels réacteurs.
On peut considérer que la masse croit moins vite que la puissance, qui croit comme le volume du plasma, et que les dimensions, et donc celles de l'enceinte, des aimants, etc. croissent comme la puissance 1/3 ou 2/3 pour les surfaces. Le dimensionnement est probablement limité par l'intensité du champ magnétique de confinement qu'on saurait générer.
On dispose également de données concernant la masse du convertisseur Brayton au delà de plusieurs GW. Et on peut également considérer quelques progrès dans le domaine des matériaux, et faire des extrapolation raisonnables.
On considérera les paramètres du propulseur élémentaire :
Puissance totale de fusion : Pf = 10 GW
Puissance de propulsion : Pp = 5 GW
Poussée : Fm = 2800 N
Vitesse d'éjection : ve = 14000 km/s
Masse totale du moteur : Mm = 1000 t
Débit de masse : dm = 0,2 g/s
Le document [2] décrit également un moteur à fusion, basé sur un principe différent, inadapté au vol interstellaire, mais d'une puissance de 8 GW, et il est intéressant de comparer les masses.
On prendra comme dimensions d'encombrement :
Longueur : L = 20 m
Ecartement minimal : E = 3 m
L'écartement défini le pas de la matrice.
Remarques
1. Ce propulseur modulaire est probablement réalisable d'ici un siècle. Tous les principes décrits ont déjà été étudiés, expérimentés, et certaines de briques technologiques existent déjà. Les points techniquement difficiles sont, entre autres, la production des faisceaux d'ions, la production du champ magnétique aux moyens d'aimants supraconducteurs, la gestion thermique, et bien sûr la tenue dans le temps
2. Noter la grande souplesse de cette solution : le réacteur au Bore 11 sert aussi de propulsion que de centrale énergétique pour le reste du vaisseau. Le coeur du réacteur est toujours le même, et ce sont éventuellement les systèmes de conversion d'énergie qui changent, en fonction des besoins
3. Le rendement de conversion en énergie électrique étant très bon, la solution du couplage à un accélérateur de particules redevient d'actualité. Il s'agirait d'un accélérateur linéaire, ce qui permettrait d'augmenter l'impulsion spécifique, mais celà serait au prix d'une masse plus importante du dispositif
4. Comparer les conditions d'approvisionnement du Bore 11 avec l'Hélium 3
[1] http://fusion.ps.uci.edu/artan/Paper...Propulsion.pdf
[2] http://gltrs.grc.nasa.gov/cgi-bin/GL...03-212721.html
[3] http://www.engr.psu.edu/antimatter/P...AIMStar_99.pdf
Bonne fin de semaine !
Oui
Impulsion spécifique 1,4 millions de seconde, quand mêeeme !
Hip hip pour H-B11 !
http://www.scescape.net/~woods/elements/boron.html
http://www.scescape.net/~woods/elements/hydrogen.html
Le truc, maintenant c'est d'en trouver en masse.
Abondance du bore dans le système solaire : 1.326 log (10.446 log pour l'hydrogène), soit 1 atome de bore pour 13 milliards d'atomes d'hydrogène.
Pour ce qui est de l'abondance spécifique de B11 :
http://www.cnrs.fr/Cnrspresse/n05a4.html
...dans le système solaire [la] proportion est de 4 bore 11 pour 1 bore 10
Chouette c'est le plus abondant.
Bon on va imaginer que le bore est présent dans les corps cométaire dans les proportions C/B ou O/B qu'on trouve dans les liens ci-dessus.
abondance relative du carbone : log 7,004
abondance relativde de l'oxygène : log 7,377
Je trouve ceci pour analyser la composition des comètes.
http://www.obspm.fr/actual/nouvelle/comet00.fr.shtml
Ce qui me donne comme proportion relative des éléments :
H : 0,558
C : 0,084
O : 0,351
Et en masse :
H : 0,08
C : 0,14
O : 0,76
En calculant la proportion de bore avec le carbone ou avec l'oxygène, je trouve qqchose qui oscille entre 1,8 et 3,1e-7 soit et en ne prenant que le B11 (les 4/5) : une proportion massique de l'ordre de 2e-7 de Bore 11 dans les comètes.
Une comète de 10 km de rayon (densité 1) représente à peu près 80 000 tonnes de B11. Reste a calculer la quantité totale nécessaire.
Notons au passage que la masse habitable calculée pour l'arche correspond précisément à la masse d'une comète de 10 km de rayon.
(à suivre...)
Rep Gilgamesh
Mouai. Dur dur quand même. Les calculs précédents ont montré que pour des temps de voyages "raisonnables" (quelques millénaires !), la masse propulsive devait être de l'ordre de grandeur de la masse utile.
Donc on va avoir besoin de quelques centaines de Gt de Bore 11, au moins.
Va falloir pulvériser un certain nombre de comètes...
Faut voir si on sait quelque chose de la composition des astéroides et de tous les cailloux qui se baladent autour de Jupiter et Saturne, parce qu'il est évidemment hors de question de hisser tout ça depuis la Terre. Tous les matériaux doivent être extraits d'environnements en faible gravité : astéroides, comètes, à la rigueur satellites de Jupiter ou peut-être la Lune.
Bon, je m'arrête là, je reviens lundi ou mardi.
A+
Pour avancer un peu, voici quelques idées sur les trois points suivants :
1. Conditions d'exploitation du Bore
2. Utilisation d'une autre réaction basée sur le Lithium
3. Cinématique du vol interstellaire (1)
1. Conditions d'exploitation du Bore
On a vu que l'on avait besoin, en théorie, d'une masse de l'ordre de 1e15 kg de Bore 11. Essayons de comprendre ce que représente ce nombre.
Dans le sol lunaire, la proportion en masse est estimée à 1 mg/kg.
Pour obtenir la quantité requise, il faudrait donc traiter 1e21 kg de roches. A titre indicatif, la masse totale de la Lune est de 7e22 kg
Sur Terre, la production annuelle de Fer est de l'ordre de 5e11 kg, ce qui revient à extraire et traiter 5e12 kg de roches par an (ordres de grandeur). Cependant, on peut imaginer qu'à partir du 22ème siècle se mettra en place une exploitation minière de la ceinture d'astéroides entre Mars et Jupiter. D'autre part, les conditions sont très différentes : on travaille en microgravité, ce qui est un avantage pour manipuler de telles masses. Enfin, on dispose de plusieurs siècles pour extraire ce qui nous intéresse. Mettons 500 ans. Le Bore, étant solide, se stocke sans problème sur de longues durées.
On suppose également que la proportion est voisine de celle du sol lunaire. Les astéroides ne sont pas exploités uniquement pour celà : l'humanité s'étant entre temps répandue dans le système solaire a besoin de tous les autres éléments qu'on peut extraire pour construire des vaisseaux spatiaux et structures diverses en apesanteur, même des colonies spatiales. Il suffit de garder de côté le Bore. L'énergie nécessaire à tout celà provient de la fusion d'autres éléments : D, He3, que l'on trouvera dans les comètes ou que l'on pompera de l'atmosphère des planètes géantes gazeuses. L'exploitation est essentiellement automatique, même assurée par des automates réplicateurs.
On considère qu'on arrive à extraire et traiter ainsi 1e16 kg de roches par an, soit 2000 fois plus que ce qu'on fait actuellement pour extraire du Fer, ce qui permet d'extraire 1e10 kg de Bore 11 par an.
En 500 ans, on disposerait de 5e12 kg de Bore 11. En supposant qu'on trouve des gisements un peu plus concentrés, on arrondit à 1e13 kg.
Même en étant optimiste à tous les niveaux, il manque encore un facteur 100.
Conclusion provisoire : on peut trouver les matériaux pour construire un vaisseau interstellaire de dimensions multikilométriques, d'une masse de l'ordre de 1e15 kg, mais la faisabilité de l'extraction du Bore 11 nécessaire à la propulsion pour un voyage interstellaire est douteuse, toujours pour des temps de voyage de l'ordre de quelques millénaires. Cette solution est par contre acceptable pour des vaisseaux plus petits, jusqu'à 1e10 kg.
2. Utilisation d'une autre réaction
Il s'agit d'évaluer d'autres réactions nucléaires, utilisant des éléments plus abondants que le Bore 11, réactions présentant des caractéristiques similaires (aneutronique, bonne réactivité, etc.).
On trouve dans la littérature : p + Li7 -> 2He4
Le Lithium est plus abondant que le Bore, et le Lithium 7 est l'isotope dominant. Il faut refaire les calculs pour évaluer les performances du même type de réacteur pour cette combinaison.
3. Cinématique du vol interstellaire
En ayant un ordre de grandeur de l'impulsion spécifique qu'on peut atteindre au moyen d'un moteur à fusion CBFR, on peut donner des temps de vol en fonction de la distance et de la masse propulsive.
En fait, il n'est pas nécessaire pour celà d'avoir figé la technologie utilisée pour le réacteur. Il suffit de connaitre la vitesse d'éjection, reliée simplement à l'impulsion spécifique Isp si le faisceau de propulsion est collimaté.
On note :
M0 = masse initiale
Mp = masse propulsive
Ms = masse sèche
ve = vitesse d'éjection = g.Isp
M0 = Ms+Mp
k = Mp/M0 = Mp/(Ms+Mp)
0 < k < 1
On rappelle les hypothèses :
- le système de propulsion fonctionne en permanence, à poussée constante. Le vol se décompose en une phase d'accélération et une phase de décélération
- on suppose une trajectoire en ligne droite et on néglige toute influence gravitationnelle
Avec ces hypothèses et en reprenant les calculs, on arrive à exprimer le temps de vol en fonction de la distance à parcourir, avec une relation assez simple (on ne détaille pas les calculs, plus fastidieux que difficiles). On considère toujours des vitesses non relativistes.
D/(T.ve) = 2(1-Sqrt(1-k))/k-1
La vitesse maximale est donnée par :
vmax = -ve/2*Ln(1-k)
Dans le tableau qui suit, les distances sont données en année-lumière (al), les temps sont donnés en années (a)
On fixe : ve = 14000 km/s
Le temps de vol est inversément proportionnel à la vitesse d'éjection, ce qui rappelle bien l'importance de ce paramètre.
D = 10 al
k T[a] vmax[km/s]
0.01 85285 70.35
0.1 8137 738
0.5 1249 4852
0.9 412 16120
0.99 262 32240
Un modèle plus complet devrait inclure les paramètres suivants :
- la masse du système de propulsion, fonction de la poussée
- la masse des réservoirs, fonction de la masse de propulsif
- il y a une perte de masse qui ne correspond pas à du fluide éjecté pour la propulsion, dans le cas du CBFR
Tous ces paramètres étant liés, celà a un impact sur le temps de vol.
On peut utiliser ces valeurs pour donner les temps de vol dans une autre variante : on considère le même rapport de masse k, mais on dispose d'une poussée plus importante, telle que la vitesse maximale est atteinte en un temps négligeable devant le temps de vol, en quelques années par exemple. A la fin de cette phase, la propulsion est arrêtée pendant le vol, puis remise en marche pour décélérer.
Les temps de vols deviennent :
k T[a] vmax[km/s]
0.01 42644 70.35
0.1 4065 738
0.5 618 4852
0.9 186 16120
0.99 93 32240
Les temps de vols seraient plus faibles, mais il s'agit de valeurs limites. Le prix à payer pour celà serait un système de propulsion beaucoup plus massif, comptabilisé dans la masse sèche, donc au détriment de la masse utile. D'autre part, la structure du vaisseau impose une limite supérieure à l'accélération.
Conclusion provisoire :
- Etant donné la masse absolue de l'astronef, il semble peu raisonnable que la masse propulsive soit 100 fois, ou même 10 fois plus importante que la charge utile, alors que ce serait plausible pour un astronef plus petit. Il y a une limite absolue liée aux capacités d'extraction des réactifs, et même à leur disponibilité dans le système solaire. On envisagerait un paramètre k de l'ordre de 0.5, ce qui conduit à un temps de vol de l'ordre de 1000 ans pour parcourir 10 al.
- Il semble intéressant de surdimensionner le système de propulsion de façon à atteindre la vitesse maximale le plus vite possible et effectuer l'essentiel du trajet en vol libre. Il faudrait inclure celà dans le modèle
- Le schéma accélération-décélération optimise la masse utile. Le schéma accélération-vol libre-décélération optimise le temps de vol pour une valeur limite d'accélération infinie.
A suivre.
Je suis d'accord. Avec un élément 'rare' comme le Bore c'est dur de chez dur de rassembler de telles quantités...
Juste pour la forme : la réaction p-p est réellement inutilisable ? Je sais qu'à la température et densité du Soleil, la demi-vie est de 10 Ga mais en chauffant plus fort... ?
Je pense que ce qu'il faudrait arriver à produire, c'est un genre abaque log/log : en fonction de la quantité de bore disponible (y) et de la masse de la structure (x) qui conditionne sa consommation énergétique, jusqu'où peut on aller (ça donnerait également le temps de trajet) ?
Ça permettrait de cerner la fenêtre de faisabilité du projet.
a+
Je ne sais pas. Je n'ai rien vu à ce sujet. Faudrait comparer la section efficace de la réaction avec les autres, et l'énergie à laquelle il faut accélérer les protons. C'est pas gagné à mon avis.
Je suis plutôt parti sur une autre piste : l'utilisation du Lithium 7, toujours dans un réacteur CBFR. Voir message précédent #109
C'est précisément le calcul de mon message précédent #109, à la fin.
Qui est encore à affiner (voir commentaires).
A+
Salut lambda
je suis d'accord avec ce qui précède.
En redimensionnant le corps de l'arche essayons déjà de nous rapprocher du possible.
Prenons rayon = 3 km, longueur = 30 km. Ça reste pas ridicule du tout
La profondeur de l'océan joue beaucoup. Je la réduit à 100 m mais au pôle froid, j'imagine un "anneau abyssal" (un bourrelet autours de la structure) qui permet d'aménager un fond de 1000 m de profondeur, ce qui est largement suffisant pour la plupart des espèces pélagiques.
J'arrive à réduire la masse d'un facteur 40, soit 100 Gt
Pour la conso énergétique interne (photosynthèse) je trouve un besoin de 4e18 J par an.
a+
Bon, yé continou.
Le but c'est de dimensionner.
Il faut embarquer une certaine population N dans de bonnes conditions => une aire habitable A suffisante, ce qui engendre une masse utile M (dite 'sèche' dans dans le calcul de propulsion).
Tout ceci en fonction du temps de trajet T.
Au départ de la réflexion, je pense que N ne peut guère diminuer en dessous de 1000 personnes, pour un but si lointain et sans espoir de retour, avec les taches grandioses qui les attendent et qui réclament de multiples compétences et une diversité relationnelle minimale.
Ensuite, T augmentant, 1000 personnes ça devient un peu léger. En posant les chiffres sur une feuille en face de durées de trajet croissantes voici la correspondance qui m'a semblé à peu près réaliste :
durée de trjet / population embarquée
10 ans ou - : 1000 personne
1 siècle : 10 000 personnes
10 siècles : 100 000 personnes
100 siecles et + : 1 000 000 personnes
N=1E6 est un maximum, au sens où on peut penser que l'état des relations humaines dans leurs divers compartiments : politique, social, culturel etc est raisonnablement diversifié et stable dépassé ce seuil. De toute façon, c'est déjà vraiment (vraiment) beaucoup
Mais ce n'est pas tout. Il y a une question de densité de population à considérer. Plus T est petit, plus elle peut être élevée. Là encore, voici les seuils qu'ils me semblent pouvoir raisonnablement entrer dans les variables de dimensionnement :
10 ans ou - : 100 000 hab/km²
1 siècle : 10 000 hab/km²
10 siècles : 1 000 hab/km²
100 siècles et + : 100 hab/km²
Pour comparaison, la densité du territoire français c'est 100 /km²
D'où la croissance de la masse utile qui en résulte :
10 ans ou - : 7E+08 kg
1 siècle : 1E+10 kg
10 siècles : 2E+13 kg
100 siècles et + : 2E+15 kg
L'ensemble est résumé dans le graph log/log suivant :
http://cjoint.com/data/hss2h3Ec3p.htm
a+
ooops j'oubliais !
L'énergie interne nécessaire (photosynthèse) :
10 ans : 3E+15 J
1 siècle : 2E+17 J
10 siècles : 1E+21 J
100 siècles : 1E+24 J
http://cjoint.com/?hstnNFwI88
a+
Gilgamesh
A priori, ces besoins en énergie seraient compatibles avec ce que produiront les centrales énergétiques : il ne faut pas oublier que pour chaque réacteur de 10 GW, 5 GW servent à la propulsion, et 5 GW sont convertis en énergie électrique.
Par contre, j'ai inclus dans la masse sèche la masse du système de propulsion, qui va dépendre du temps de vol (chaque unité de 10 GW pèserait 1000t).
Je reviens plus tard avec les bonnes formules.
Au fait, un détail amusant : le vaisseau génère son propre petit champ gravitationnel, et on devrait pouvoir se mettre en orbite autour.
Sinon, pour la conception, penser au problème suivant : il est assez ennuyeux que toute la structure soit en rotation. Pour les instruments d'observation astronomiques par exemple, pour le système de propulsion, ou même pour les robots de maintenance extérieure. La périphérie doit se déplacer à quelque chose comme 200 m/s, et ça fait une sacrée force centrifuge à la surface.
Et comment pourrait-on coupler mécaniquement, de façon fiable sur des siècles, le cylindre principal en rotation, et une partie fixe ?
J'ai ce qu'il faut pour calculer les moments d'inertie, une fois que la forme sera figée. Important pour calculer l'énergie requise pour lancer tout ça en rotation.
A+
Comme vitesse de libération je trouve ça :
0,01 Gt : 0,3 km/h
20 Gt : 4,2 km/h
2000 Gt : 20,8 km/h
pas si mal...
On pourrait mettre les téléscopes en orbites.
Sinon, a mon avis un moyeu non solidaire c'est très chaud et pas sécure (pièce mobile = ennuis assurés). C'est pas très grave, je pense. Il faut simplement que tout soit regroupé pas trop loin du centre (moyeu étroit). C'est des grosses pièces bien mastoc, autant tout gérer en micro pesanteur
a+
Salut Gilgamesh
Pas eu le temps de terminer le modèle de propulsion, et je ne reviens que vendredi.
Pour ce qui est de la rotation, on devrait pouvoir s'en accommoder, mais ça limitera quand même le nombre de réacteurs. Je vais quand même réfléchir à une solution.
Sinon, vu les temps de vol, en fonction de ton abaque, on va bien tomber sur une masse entre 1e14 kg et 1e15 kg, donc il faudra faire attention à la disponibilité de certains éléments relativement rares.
A vendredi.
Salut lambda !
Et si c'est un congé ben bonne vacances (sinon bon travail).
a+
Je repost ici ce que j'ai mis dans le fil moteur ionique en partie astronautique
Version 3 de l'Arche :
Vue en coupe générale :
http://cjoint.com/?htuR3rcRb5
Coupe des parois :
http://cjoint.com/?htuTDRc3Af
Planisphère :
http://cjoint.com/?htuUTE0dc8
Lambda : j'ai placé les carburant à l'avant, côté pôle froid. C'est vaguement protecteur et il me semble logique de sérier les grandes masses dans un gradient de température.
Ce sera à réviser pour ce qui est de la quantité à prévoir, là c'est pifométrique.
a+
Salut lambda,
Quelques questions/réflexions pour ton retour
POurquoi ce 50% de production électrique ? Pour générer le champs magnétique de confinement ?
Pour l'entretien de l'épiderme : le mieux serait de lui donner un dessin, comme la scupture d'un pneu comme ça : |||||| --> la fleche représentant le sens de la marche et ||| le corps du cylindre avec l'orientation des sculptures. Le relief serait d'une d'une dizaine de mètre, avec des flancs à 45°. D'abord ça augmente la surface d'échange, c'est tjs bon a prendre. Et puis pour l'entretien c'est plus facile. On imagine des passerelles légères et mobiles longeant les flancs des sculptures. L'épiderme se présenterait sous la forme d'un plafond à 45°, c'est plus facile pour travailler qu'un plafond à l'horizontale au dessus de soi. En outre, les passerelles (en alu par exemple, léger et bon conducteur de chaleur) formeraient autant de ponts thermiques (leur base communiqueraient avec la partie interne, plongée dans l'eau du sinus thermo-halin), ce qui est encore une façon de faciliter les échanges radiatifs avec l'espace.Sinon, pour la conception, penser au problème suivant : il est assez ennuyeux que toute la structure soit en rotation. Pour les instruments d'observation astronomiques par exemple, pour le système de propulsion, ou même pour les robots de maintenance extérieure. La périphérie doit se déplacer à quelque chose comme 200 m/s, et ça fait une sacrée force centrifuge à la surface.
Et comment pourrait-on coupler mécaniquement, de façon fiable sur des siècles, le cylindre principal en rotation, et une partie fixe ?
J'ai ce qu'il faut pour calculer les moments d'inertie, une fois que la forme sera figée. Important pour calculer l'énergie requise pour lancer tout ça en rotation.
On peut enfin imaginer (mais ça diminuerait la conductivité thermique globale...) que les faces tournées vers l'arrière émettent plus fortement que les face tournées vers l'avant. Ca créerait un petit surplus de poussée, à évaluer.
Pour la mise en rotation, j'imagine des tuyère classiques à vapeur périphériques. La poussée initiale se faisant à l'aide de matériaux type glace cométaires, qu'on n'a pas à trainer avec soi et sur lequel on peut donc se permettre d'être moins économe. POur la suite du trajet, elles assureraient une poussée occasionnelle d'entretien, pour compenser les pertes minimes dû au mouvements des masses internes.
POur le retournement de mi-trajet, je pensais que le plus simple était de tourner à 90° les tuyère à plasma arrière. Mais dans un cylindre en rotation, marche pas... Et désolidariser une pièce aussi énorme... moué bof. Pas très élégant. Et puis vu que la poussée est très faible, ça risquerait de prendre des années (à évaluer quand même).
On peut utiliser des tuyères classiques, donc sacrifier plus de matière, mais en générant une pousée plus forte et boucler ça en une année. Par exemple en repositionnant les tuyère périphérique à l'arriere, en étoile, avec une seule chaudière productrice de vapeur et une émission synchronisée à travers les les tuyères successives de manière à ce que la poussée s'exerce toujours dans la même direction.
a+
