Société du futur?

[invite06fcc10b]

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

Pourquoi une phase de décélération ? Une fois arrivé près de l'étoile, on peut tenter de freiner le vaisseau avec le vent solaire de l'étoile. On peut également tenter de freiner en entrant en collision avec des petits astéroïdes de quelques mètres de diamètre, collision qui pourrait être amortie (à étudier).
Plutôt que de freiner le vaisseau, on peut aussi freiner une petite fusée ?
Sinon, on peut effectivement négliger toute influence gravitationnelle si on considère que le vaisseau ne serait autre qu'un corps céleste en orbite solaire très allongée, ce qui permettrait d'aller sans effort aux confins du système solaire avant même de démarrer les moteurs.

Une dernière remarque : pourquoi vouloir aller à tout prix à des années lumières en 1 voyage ? Personne ne sait s'il y a des corps célestes à 100 milliards de km et plus (1/100ème d'AL), mais les probabilités sont fortes. Dans certaines théories, il existerait même une petite étoile brune associée à notre soleil, de taille juste inférieure à la résolution de nos meilleurs télescopes.
Ces corps célestes lointains pourraient sans doute être exploités comme bases avancées avant de franchir le vide interstellaire.
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[Gilgamesh]

Pourquoi une phase de décélération ? Une fois arrivé près de l'étoile, on peut tenter de freiner le vaisseau avec le vent solaire de l'étoile.

-- Ce qui constituerait la phase de décélération J'y ai pensé, mais la masse de la voile (sous forme de gaz ionisés maintenu par un champs magnétique) a prévoir est assez astronomique. J'essaierais de publier le calcul.

On peut également tenter de freiner en entrant en collision avec des petits astéroïdes de quelques mètres de diamètre, collision qui pourrait être amortie (à étudier).

-- A priori c'est completement exclu. D'abord il n'y a pas de "petits" astéroides pour une structure *creuse* avec des parois fragiles absolument sacro-saintes pour ses habitants. S'il faut une masse pour amortir le choc, ben... elle doit être considérable et c'est autant qu'il faut accélérer.

De plus, bien sûr il n'y a aucune chance de trouver les bons cailloux dans le bon alignement sur la trajectoire du vaisseau.

Plutôt que de freiner le vaisseau, on peut aussi freiner une petite fusée ?

Qu'est ce à dire ??? Je ne suis pas sûr que tu ais compris le problème.

Tu as un vaisseau de masse m à la vitesse v, soit une Ec de mv²/2. Il faut dépenser la totalité de ce mv²/2 en énergie de freinage, y'a rien à faire.

Sinon, on peut effectivement négliger toute influence gravitationnelle si on considère que le vaisseau ne serait autre qu'un corps céleste en orbite solaire très allongée, ce qui permettrait d'aller sans effort aux confins du système solaire avant même de démarrer les moteurs.

Non.

Une dernière remarque : pourquoi vouloir aller à tout prix à des années lumières en 1 voyage ? Personne ne sait s'il y a des corps célestes à 100 milliards de km et plus (1/100ème d'AL), mais les probabilités sont fortes.

Non plus.

Dans certaines théories, il existerait même une petite étoile brune associée à notre soleil, de taille juste inférieure à la résolution de nos meilleurs télescopes.
Ces corps célestes lointains pourraient sans doute être exploités comme bases avancées avant de franchir le vide interstellaire.

Ça revient au même. Tu ne pourrais pas vivre sur la surface libre d'une planète (pas viable autours d'une naine brune) => tu restes dans l'arche.


a+

[invitee5b66827]

Waouh

J'viens de découvrir le topic et bin je dois dire félicitation aux intervenants (en particuliers Gilgamesh et Lambda0 ), c'est passionnant de vous lire

Je pensais pas que y avait sur Internet des personnes qui par plaisir poussaient la réfléxion aussi loin, c'est très sympa

En tout cas, bonne continuation

[Gilgamesh]

Waouh

J'viens de découvrir le topic et bin je dois dire félicitation aux intervenants (en particuliers Gilgamesh et Lambda0 ), c'est passionnant de vous lire

Je pensais pas que y avait sur Internet des personnes qui par plaisir poussaient la réfléxion aussi loin, c'est très sympa

En tout cas, bonne continuation

Merci SekYo, ça me va droit au coeur et je suppose que c'est pareil pour lambda.

a+

[Gilgamesh]

Risque de flambage ?

L'arche se présente sous la forme d'un cylindre aux parois minces poussé par l'arrière. De ce fait, et en fonction de son accélération, il possède un poids apparent longitudinale (de proue vers la poupe) que doit supporter la structure.

De la même façon qu'une canette de boisson finit par ceder quand on appuis dessus avec le pieds, il faut s'interroger sur le risque de flambage du cylindre (c'est le nom de ce type de déformation).

Gros sujet d'inquiétude, car la rigidité d'un réseau fibreux (en plus d'être assez casse tête à calculer) est plutot faible... Si la structure ne résiste pas au flambage il faudrait la tirer par l'avant au lieu de la pousser par l'arrière. Mais placer les poussée à la proue nécessite de positionner les tuyères en périphérie, donc de leur faire supporter une forte pesanteur, alors qu'au moyeu, on est en apesanteur, ce qui est quand même mieux !

La force maximale P que peut supporter un cylindre avant de flamber se calcul comme :

P = pi².E.I/(kL)²

pi 3.14
E module d'Young de la parois (rigidité du matériaux) en Pa
I moment d'inertie secondaire
k facteur de forme. Maximal dans le cas d'une poutre "rotulée" (c'est à dire non encastrée) a ses 2 extrémité, ce qui est bien sîr le cas de l'arche. k = 2
L longueur du cylindre

Le moment d'inertie de 2e ordre se calcule pour un cylindre :
I = pi((r+e)^4 - r^4)

r étant le rayon interne et r+e le rayon externe = r+epaisseur océan + épaisseur paroi interne. Je considère que la paroi interne a elle seule doit pouvoir supporter le poids apparent total sans flamber.

Par ailleurs, on à P = Ma
M la masse de la structure
a l'accélération

Il me manque biens des éléments. Nous n'avons pas encore déterminé l'accélération maxi et la qtt de carburant ainsi que la masse du système propulsif. Quand au module d'Young, on en est réduit à l'estimation mais essayons au moins pour déterminer le degré d'exigence.

On va prendre pour E la rigidité d'un cahoutchou dure (donc très faible dans l'absolu).
http://fr.wikipedia.org/wiki/Module_de_Young

E = 4000 MPa

Le poids apparent maxi supportable est P = 6e14 N

Que donne P = Ma ?

Disons que M = 3Mu (masse carburant = 2 masses structure)
Et pour a disons 1e-5

P = 3e9 N

On est donc largement tranquile, à 5 ordres de grandeur près !

a+

[invitea0046ad4]

Pourquoi une phase de décélération ? Une fois arrivé près de l'étoile, on peut tenter de freiner le vaisseau avec le vent solaire de l'étoile. On peut également tenter de freiner en entrant en collision avec des petits astéroïdes de quelques mètres de diamètre, collision qui pourrait être amortie (à étudier).
Plutôt que de freiner le vaisseau, on peut aussi freiner une petite fusée ?
Sinon, on peut effectivement négliger toute influence gravitationnelle si on considère que le vaisseau ne serait autre qu'un corps céleste en orbite solaire très allongée, ce qui permettrait d'aller sans effort aux confins du système solaire avant même de démarrer les moteurs.

Une dernière remarque : pourquoi vouloir aller à tout prix à des années lumières en 1 voyage ? Personne ne sait s'il y a des corps célestes à 100 milliards de km et plus (1/100ème d'AL), mais les probabilités sont fortes. Dans certaines théories, il existerait même une petite étoile brune associée à notre soleil, de taille juste inférieure à la résolution de nos meilleurs télescopes.
Ces corps célestes lointains pourraient sans doute être exploités comme bases avancées avant de franchir le vide interstellaire.

1. Au départ comme à l'arrivée, on pourrait utiliser l'assistance gravitationnelle, celà peut permettre de gagner quelques dizaines de km/s, mais comme on parle de vitesses de plusieurs milliers de km/s, donc ça ne change pas fondamentalement le problème.
Pour ce qui est d'utiliser une voile, si la masse n'est pas rédhibitoire, on peut l'utiliser aussi bien pour freiner que pour accélérer. Il y a bien un concept basé là-dessus : on n'utilise pas la lumière solaire mais un laser. Pour accélérer, le laser est pointé vers une voile solidaire du vaisseau. Pour la manoeuvre de freinage, le vaisseau expulse devant lui une seconde voile : le faisceau se réfléchit sur cette voile, et revient vers le vaisseau dans l'autre sens pour le freiner. Mais il me semble que c'était pour un vaisseau beaucoup moins massif, et ensuite, il faut le construire le laser géant.

2. L'hypothèse de départ était l'émigration vers un autre système planétaire. Par contre, il y a des projets tout à fait viables de sondes automatiques quasi-interstellaires, dirigées vers le nuage d'Oort, qui arriveraient à destination en 50 ans, et il est possible qu'on soit capable de construire ce type de sonde d'ici 2050.

A+

[invitea0046ad4]

Waouh

J'viens de découvrir le topic et bin je dois dire félicitation aux intervenants (en particuliers Gilgamesh et Lambda0 ), c'est passionnant de vous lire

Je pensais pas que y avait sur Internet des personnes qui par plaisir poussaient la réfléxion aussi loin, c'est très sympa

En tout cas, bonne continuation

Merci. D'autres contributions sont bienvenues

[invitea0046ad4]

Rep Gilgamesh :
- sur la puissance de 5 GW : une partie de la puissance de fusion est perdue en rayonnement de freinage, une partie dissipée en chaleur, une autre est réinjectée dans le réacteur pour entrenir la fusion.
- sur le flambage : l'accélération serait de 1e-6 à 1e-4 m/s² au maximum, ce qui est bien compatible avec tes chiffres

Pour la suite : on traite parallèlement la propulsion et la centrale énergétique du vaisseau car on utilise le même composant de base.
Il faudra rajouter dans l'étude cinématique une diminution de masse dont je n'avais pas tenu compte au départ : la centrale énergétique consomme également des réactifs de fusion, et on expulse les produits de fusion (de l'hélium 4).

En résumé de ce qui précède :
Le système de propulsion est constitué d'une matrice de réacteurs à fusion utilisant la réaction p+B11 -> 3He4+8.7MeV
La réaction utilisée ne produit pas de neutrons, ce qui est essentiel pour une utilisation sur plusieurs siècles. De plus, l'un des réactifs se stocke sous forme solide, ce qui est également intéressant.
Cette réaction est également plus intéressante que celles basées sur He3 car le bore peut être extrait de comètes, astéroides, ou de la lune, alors que He3 n'existerait en quantité suffisante que dans l'atmosphère des géantes gazeuses.

[1] donne les caractéristiques d'un réacteur au bore 11 avec une puissance de fusion de 100 MW. Toutefois, en refaisant les calculs, on s'aperçoit que la valeur de la poussée semble très surestimée (d'un facteur 3), sauf erreur de ma part.
[1] ttp://fusion.ps.uci.edu/artan/Papers/CBFRforSpacePropulsion.pdf
D'autre part, l'auteur ne tient pas compte du rendement de la tuyère magnétique, qui vaut au mieux 80%.
En reprenant les calculs, en dimensionnant le réacteur pour une puissance de fusion de 10 GW, et en considérant que la masse totale croit moins vite que la puissance, on retiendra pour la suite les paramètres suivants :

Puissance de fusion Pf = 10 GW
Puissance de propulsion Pp = 5 GW
Vitesse d'éjection ve = 11700 km/s
Rendement tuyère rt = 0.8
Poussée Fm = 680 N
Débit H dH = 12 mg/s
Débit B dB = 132 mg/s
Débit d'alimentation dHB = 152 mg/s
Débit de propulsion dp = 72 mg/s
Masse totale Mm = 1000 t
Longueur L = 20 m
Intervalle dx = 10 m

Ce réacteur est une brique élémentaire adaptable à deux usages :
- Propulseur : les produits de fusion sont expulsés par une tuyère magnétique qui engendre effectivement la poussée
- Centrale énergétique : la tuyère magnétique est remplacée par un convertisseur électromagnétique qui transforme l'énergie cinétique des produits de fusion en électricité

Le système de propulsion et la centrale énergétique du vaisseau seront construits à partir de ce réacteur de base.

Remarques :
- Les formules données en #109 doivent être adaptées, car elles supposaient que toute la masse éjectée l'était pour la propulsion, ce qui n'est pas le cas :
* La puissance de propulsion vaut 50% de la puissance de fusion car une partie de l'énergie est perdue en rayonnement de freinage, et une autre est récupérée et réinjectée dans le plasma pour entretenir la réaction.
* La centrale énergétique du vaisseau va également consommer des réactifs, et il vaut évidemment mieux expulser les produits de fusion au fur et à mesure pour alléger le vaisseau
- L'intervalle est le pas de la matrice. Avec la disposition adoptée, la poussée surfacique est de 6.8 N/m²

Avant de faire les calculs plus détaillés, on peut déjà donner des ordres de grandeurs pour un système de propulsion permettant d'accélérer un vaisseau de 1e14 kg à 5000 km/s sur une distance de 5 al. Par simplification, on néglige la diminution de masse, il s'agit seulement d'un calcul rapide d'ordres de grandeur.
On trouve :
Accélération a = 2.6e-4 m/s²
Poussée F = 2.6e10 N
Il faudrait donc 3.9e7 réacteurs, pesant au total 3.9e13 kg, le tout occupant une surface de 3900 km². De toute évidence, ces paramètres ne sont pas compatibles avec les dimensions et la masse du vaisseau. Le vaisseau étant en rotation, produisant une gravité artificielle de 1 g à 3 km de l'axe, les réacteurs ne peuvent guère être beaucoup plus éloignés, sous peine de générer des contraintes importantes. On dispose en réalité d'une surface de l'ordre de 20 km², ce qui permet d'assembler 200000 réacteurs, produisant une poussée totale de 1.4e8 N.
Avec ces paramètres :
m = 2e11 kg
a = 1.4e-6 m/s²
d(5000km/s) = 943 al !

Conclusion provisoire : l'encombrement disponible pour le système de propulsion n'est pas compatible avec la masse du vaisseau. Il faudrait pouvoir disposer des réacteurs au moins jusqu'à 10 km de l'axe, ce qui semble très hasardeux, car si le système de propulsion est entrainé en rotation avec le reste du vaisseau, la gravité artificielle à cette distance est supérieure à 3g !
Solutions possibles :
- réduire la vitesse de rotation
- système de propulsion non entrainé en rotation. Il faut alors prévoir un système pour transmettre la poussée au cylindre principal
Même en ayant résolu ce problème, la limite au surdimensionnement permettant d'atteindre le plus vite possible la vitesse maximale est rapidement imposée par la masse du vaisseau. Il semble peu raisonnable d'avoir une distance d'accélération inférieure à 10 al.

Je réfléchis à tout ça et je reviens.

(à suivre)

A+

[Gilgamesh]

Salut Lambda,

on peut complètement adapter le ratio L/R pour arriver à une solution qui aménage assez de place pour les propulseurs sans les soumettre à une accélération trop contraignante. Dans la 1e solution proposée d'ailleurs je proposais un rapport L/R = 1 (mais pour une raison pas forcément très pertinente : maximiser volume/surface). Question flambage, alors là c'est hyper sécurisant et ça pourrait peut être permettre d'affiner les parois au moins à un stade ultérieur de la conception. Par ailleurs on peut très bien imaginer un zonage climatique "périmétrique" (certains segments moins éclairés que d'autre) plutôt que "longitudinal" (de la poupe vers la proue). Du pt de vue des forces de Coriolis, c'est idem (elles s'exercent toujours contrairement à la Terre de la surface vers le centre).

Quid de la solution Li7 ? Tu manque d'éléments pour le calcul ?

N'empèche que c'est inquiétant... Il est est monstrueux, le besoin énergétique.


Ceci dit, allez, je continue mes cogitations sur la structure. Là, ça concerne les parois, élément clé quand même.

Il faut imaginer un mode de croissance qui engendre une structure fibreuse qui se régénère et qui forme un épiderme lui même labile et recyclé.

L'idée c'est de former des faisceaux de fibrilles, à partir d'une médulla centrale, qui croissent en diamètre jusqu'à un maximum en étant repoussées vers la périphérie par la croissance de nouvelles fibres médulaires. L'idéal serait qu'en atteignant un certains diamètre ou sous l'effet de la température (par déclenchement de réactions métaboliques), elles se décomposent pour former une 'colle' qui durcisse pour former un latex résistant. Le mycellium de soutient en digérant ce latex permettrait une croissance des fibres et leur régenération. A la base n'importe quel élément de fibre aurait donc la capacité de croitre protégé du vide spatial en générant par sa croissance une enveloppe résistante. Les fibres les plus périphériques, qui ne seraient environnées de mycélium que sur une fraction de leur périphérie produirait une surépaisseur non digérée, simplement érodée par l'effet des agents cosmiques. Petite perte de masse à prévoir, donc, à prélever sur le manteau (et à calculer).

Pour former un relief et améliorer la circultion de fluide j'envisage une architecture pas si complexe mais qui serait plus facile de représenter par un dessin (je m'y essaie :-/). Ca concerne la paroi externe. La paroi interne est plus simple au stade où en est ma réflexion ; elle sert purement au soutien, alors que l'externe, plus fine, doit aménager un circuit de refroidissement et le contact avec l'espace. A noter que l'architecture des parois est étroitement reliée à la structure climatique de l'Arche (localisation des point chauds et froids).

Dans l'idée, pê provisoire on vient de le voir, L=10R j'imagine une ossature concentrique organisant des cellules toroïdales d'échange thermique reliées entre elle, de la poupe vers la proue, par des axes de circulation (des longerons) en relief, formés par des fibres longitudinales embrassant le squelette (comme une vannerie). L'eau circulerait du pôle tropical vers le pôle froid via ces autoroutes thermiques qui en outre renforceraient la structure. Dans le cas où L<10R ça s'adapte sans pb majeur, les fibres longitudinales prennant le rôle des fibres périphériques.

a+

[invitea0046ad4]

Gilgamesh

- Ref à ton message #120
La manoeuvre de retournement semble assez complexe. Je ne pense pas qu'on puisse rendre les réacteurs de la propulsion principale orientables. Il s'agirait donc de propulseurs d'attitude se trouvant sur la face latérale du cylindre. Or celui-ci est en rotation. Il doit être possible de tout retourner de cette façon, au moyen de séquences d'allumage/extinction complexes, mais ce n'est quand même pas très élégant. On peut peut-être quand même utiliser la propulsion principale : il ne faut pas oublier que celle-ci est constitué d'un grand nombre de réacteurs. En allumant seulement les réacteurs d'un côté, on va tourner dans la direction opposée. Comme le couple est faible, ça va prendre du temps, mais ça devrait marcher. Je ferais une petite simulation en temps utile pour voir si on vraiment besoin de réacteurs d'attitude sur la surface latérale. De toutes façon, on aura quand même besoin de quelques réacteurs pour ajuster de temps en temps la vitesse de rotation.

Autre petit problème, encore lié à la rotation : si les moteurs sont à l'arrière, les réservoirs à l'avant, et qu'on ne peut pas aborder pas la surface latérale, à cause de la force centrifuge, comment on fait pour entrer et sortir ? Je pensais au départ mettre les réservoirs à l'arrière, mais ton idée de les mettre devant pour que ça serve de bouclier est pertinente, surtout pour la réserve de bore. Il faudrait alors ménager une sorte de tunnel d'accès central à l'avant, long quand même de plusieurs km, ce qui est contradictoire avec le souhait de garder les réactifs en faible gravité pour en faciliter l'accès.
Hum, y aura des compromis à faire.
Sinon, je suis vaguement inquiet quant aux dimensions de la réserve d'hydrogène, étant donné sa faible densité, même liquide.

- Sur le rapport L/R
C'est vrai qu'on peut abaisser ce rapport. Au départ, on a vu qu'un rapport L/R trop élevé finissait par rendre la masse de l'atmosphère non négligeable. D'un autre côté : on a une certaine liberté sur la gravité et la pression atmosphérique. On vit très bien sous 0.7g par exemple, et avec P=700 mb, ou même moins (ce qui compte est la pression partielle en oxygène).

- Utilisation du Li7
Il me manque la masse atomique précise du Li7. Je n'ai trouvé qu'une masse moyenne incluant Li6. Ou encore mieux, l'énergie libérée par la réaction. Comme pour le bore 11, je pense qu'un réacteur au Li7 doit perdre pas mal d'énergie en rayonnement de freinage (émission de rayons X). En l'absence de données, je considérerais que c'est du même ordre que B11. J'ai trouvé de la doc sur les réacteurs au B11, mais rien sur Li7.

J'ai trouvé cette référence sur les propulsions interstellaires :
http://www.ibiblio.org/lunar/school/...n_systems.HTML

Il y a également une réaction utilisant le Li6.
Cette référence évoque un autre concept de réacteur, d'une puissance de 8 GW, et qui ne pèserait que ...14t ! C'est trop beau pour être vrai, de plus les résultats qui suivent me semblent assez fantaisistes : l'auteur ne semble pas tenir compte des pertes par rayonnement (au moins 20% avec ces réactions), ni surtout de la puissance nécessaire pour entretenir la réaction. Il ne suffit pas de connaitre la vitesse d'éjection pour calculer l'impulsion spécifique effective. On ne sait pas non plus si cette masse inclut le système de conversion qui produit la puissance électrique qui sert à accélérer les ions. Donc, calculs douteux que je vais essayer de refaire.
Je vais étudier tout celà de près. Le seul problème est que les articles cités en référence ne sont pas accessibles.

- Sur la structure interne
Si on place les réservoirs à l'avant, il y a de la tuyauterie à prévoir pour amener les réactifs vers les moteurs, tuyauterie qui passerait plutôt sur l'axe...

A lundi

[Gilgamesh]

Plein de chose dans ton message, mais en attendant :

http://minilien.com/?eFROxLvahh
Isotope / masse atomique / abondance
6Li 6.015121 7.5%
7Li 7.016003 92.5%

10B 10.012937 19.9%
11B 11.009305 80.1%

a+

[Gilgamesh]

Sur la philosophie générale de la propulsion, étant donné qu'il s'agit d'une batterie de réacteurs et non d'un seul et vu l'ordre de grandeur des quantités requises en tout état de cause, une idée qui me semble pragmatique serait d'utiliser dans la mesure du possible toute la matière "fusionnable" extractible du sol lunaire, de la masse cométaire ou autre petit corps qu'on aurait choisit d'exploiter : 11B, 6Li, 7Li, 3He, De, H...

Comme dans le cochon, tout est bon

Je reconnais que au niveau de la conception ça devient ardu. Il n'empêche que les quantités en jeu sont tellement faramineuses que j'imagine mal une extraction minière trop sélective.

Un composé comme le lithium pourrait également servir de reservoir de stockage du De.
Un PDF qui traite de la chose ici :
http://minilien.com/?Zm1mjlnxqh

Ce qui rajoute un degré de complexité dans la mesure où il pourrait s'agir de cycles de fonctionnement propulsif qui prennent en compte les capacité de destockage (ex : si Li sert à stocker De, il faut utiliser les deux de concert).


a+

[invitea0046ad4]

Salut

Oulà, ca va être compliqué tout ça. Et pour les calculs de débit bonjour. Par contre, on peut effectivement utiliser une autre réaction pour la centrale énergétique du vaisseau. Ca ne compliquera pas encore trop.
De plus, une justification de ce réacteur au Bore 11 était que la réaction est aneutronique, indispensable si on veut que ça marche pendant des siècles.

Sinon, je pense avoir résolu mes petits problèmes de motorisation et de machin nucléaires, en faisant des hypothèses optimistes (on a bien le droit : c'est quand même censé se passer dans quelques siècles ). Finalement, je vais quand même garder le principe de ce moteur à fusion au Bore 11.
Je propose maintenant de figer quelques paramètres pour pouvoir construire le modèle de simulation et faire les calculs de trajectoires définitifs.
On fixerait par exemple la masse du cylindre habitable à 1e14 kg, la gravité artificielle à 0.7g, la pression atmosphérique à 700 mb, et le diamètre à 5 km, ou un peu plus.
Avec ça, est-ce que tu peux donner :
- la longueur du cylindre habitable
- la puissance nécessaire pour la centrale énergétique
A partir de ça, je calcule la masse et l'encombrement du système de propulsion, la masse des réactifs pour la propulsion, et la masse de réactifs pour la centrale énergétique interne.
J'ai ma petite CAO perso pour coder tout ça, et je lance la simulation dans Orbiter.

A+

[Gilgamesh]

Allons y,

Avec un anneau abyssal de 600 m de largeur et prof, une résistance à la traction des parois de 5 GPa, une densité de parois de 1000kg/m3 (avec 50% de porosité remplies d'eau) un remblais de 30 m de densité 1500 j'ai une structure de dimension interne :

pour 100 Gt
R : 2500 m
L : 25000 m

Mais ça dépend étroitement du coef de sécurité que je prends.

Répartition des masses par compartiments :

atmosphère 1%
océan : 41%
anneau abyssal : 20% (!) y m'coûte cher le saligaud
remblais : 20% pareil...
parois : 19%

=> en gros 80% de la masse est ajustable, ce dont je ne me suis pas privé...
L'atmosphère ne compte en fait que pour par grand chose, surtout que la pression donc la densité ainsi que l'accélération décroit vers le moyeu, ce que je n'ai pas pris en compte (j'ai fait volume interne × 1,3)

Conso énergétique : 100 GW

[Gilgamesh]

nota : passer d'une accélération de surface de 0,7 à 1 g ça ne joue que sur 5-6% sur la masse.

[Gilgamesh]

Profil de l'atmosphère.

Une bonne âme ?

Pour se faire une idée même vague du profil pression, température densité de l'atmosphère ce n'est pas simple dans la mesure où la plupart des calculs que l'on trouve en ligne simplifient au moins le gradient d'accélération (g cte). Là ce n'est pas du tout la cas. a varie de 0 pour r=0 à g pour r=R.

a(r) = w²r = (g/R).r
avec R le rayon du cylindre (2500 m)


Ensuite, le gradient de température de l'atmosphère terrestre est lié à la capacité de l'atmosphère de rayonner dans l'espace, avec une témpérature du fond du ciel de -90°C. Là, ce n'est pas le cas. En face il y a la surface de la station, à la température de surface en plus variable.


La plupart du temps, rho est pris constant (1.3 kg/m3). Mais avec un a = 0 au centre rho n'est sûrement pas constant. Avec ceci en plus que l'atmosphère terrestre est un volume sans paroi, alors que là si. On peut imaginer "gonfler" le corps du cylindre; mais ce n'est pa sle but évidemment.

Le but serait de trouver la nombre minimum de moles d'air à introduire pour que la pression soit de 1 atm à la surface. On peut ensuite imaginer de baisser légèrement la pression avec une proportion d'O2 suffisante pour maintenir la pression partielle. Mais c'est peu de chose.

Là c'est le calcul hydrostatique qui m'intéresserait.

L'enjeu entre autre, c'est de pouvoir reproduire des précipitations, ce qui suppose que le profil de l'atmosphère autorise la condensation de H2O. Le profil de température devait être plus uniforme, mais peut être que si la densité baisse, le résultat serait le même ?

merci

a+

[invitea0046ad4]

Salut Gilgamesh

Merci pour ces infos. On va pouvoir commencer à visualiser la tête que ça aura.
Une consommation électrique de 100 GW correspondrait à 90 t/an de bore, en prenant un rendement de 50%. Même sur des milliers d'années, celà semble tout à fait négligeable devant les autres masses, ce qui simplifiera quelques calculs. La masse du générateur serait d'un dizaine de Mt, ce qui est encore négligeable devant le reste.

Pour la propulsion, je risque encore de changer d'avis. Je n'y avais pas pensé, mais le lithium a une autre propriété intéressante pour ce qu'on veut faire : il s'allie avec l'hydrogène pour former LiH, qui se stocke sous forme solide. Ce qui résoud un problème pour lequel on ne connait pas de solution : le stockage de l'hydrogène sur de longues périodes. On ne stockerait donc plus qu'un seul corps, LiH, qui serait dissocié, avant de ioniser les constituants, opérations qui ne doivent pas consommer plus de quelques eV, négligeable devant l'énergie libérée par la fusion.
C'est peut-être le "carburant" idéal pour un vaisseau interstellaire.

a suivre...

[Gilgamesh]

Eh, eh, Lambda

Je vois que la solution multicarburant fait son chemin.


En plus Li et B ont des propriétés mécaniques pas ridicules, il n'y aura peut être pas besoin de les maintenir par une paroi.

a+

[Gilgamesh]

Bon au sujet du calcul de la pression, j'ai trouvé des éléments ici

http://mathforum.org/library/drmath/view/51496.html

So the pressure as a function of radius within the cylinder is
proportional to

exp((mr^2w^2)/(2kT))

m : masse moléculaire de l'ai
r distance au centre
w vitesse angulaire
k cte Boltzmann
T température

pour r = 2500 et T = 288 K je trouve a peine 1% de différence entre le moyeu et la surface. Négligeable, donc.

Pour les précipitations, je ne vois donc comme solution que l'injection d'air saturé d'H2O directement à partir du moyeu, peut être via la double enveloppe de Râ...


a+

[invitea0046ad4]

Salut Gilgamesh

Presque terminé le modèle, je devrais afficher ça lundi, en synthétisant ce qui a été dit sur ce fil. Après, on pourra toujours continuer sur les questions d'aménagement intérieur, parce que le point faible, c'est quand même bien le contenu : on ne sait pas si une société humaine peut vivre des siècles dans une boite de conserve, même si elle a toutes les ressources nécessaires à sa disposition.

Sinon, j'étudierais bien un peu plus tard un vaisseau plus petit, m=1e9 kg par exemple, correspondant à la stratégie "rapide". Comme on peut utiliser un rapport de masse plus important, en utilisant la propulsion déjà décrite, un tel vaisseau atteindrait une étoile proche en "seulement" 200 ou 300 ans, voire moins, au lieu de millénaires.
Dans ce cas, on ferait dormir tout le monde, si c'est possible.
J'ai bien l'impression qu'il y a quand même quelques recherches sur l'hibernation humaine, alors que je croyais le sujet bien passé de mode depuis les années 1970. (héhé, j'ai revu avec plaisir Louis de Funès dans Hibernatus )

C'est quand même une possibilité fascinante et peut-être pas si spéculative, mais comme je n'ai pas de connaissances en biologie, ça demande pas mal de documentation.

Mais bon, en attendant, j'essaye d'abord de conclure sur le projet en cours.

Quelques éléments de réflexion en attendant
http://television.esa.int/photos/EbS37360.pdf
http://www.ibiblio.org/astrobiology/...?page=future03
http://www.crystalinks.com/hibernation.html
http://www.livescience.com/humanbiol...bernation.html
http://www.msnbc.msn.com/id/6235944/

A+

[Gilgamesh]

Salut Lambda,

Salut Gilgamesh

Presque terminé le modèle, je devrais afficher ça lundi, en synthétisant ce qui a été dit sur ce fil. Après, on pourra toujours continuer sur les questions d'aménagement intérieur, parce que le point faible, c'est quand même bien le contenu : on ne sait pas si une société humaine peut vivre des siècles dans une boite de conserve, même si elle a toutes les ressources nécessaires à sa disposition.

Ce sera en effet un terme a aborder à fond, mais j'insiste - pour y avoir réflechi de longue date - qu'il faut se décentrer de nos impression première d'humains vivants en environnement ouvert.

Sinon, j'étudierais bien un peu plus tard un vaisseau plus petit, m=1e9 kg par exemple, correspondant à la stratégie "rapide". Comme on peut utiliser un rapport de masse plus important, en utilisant la propulsion déjà décrite, un tel vaisseau atteindrait une étoile proche en "seulement" 200 ou 300 ans, voire moins, au lieu de millénaires.
Dans ce cas, on ferait dormir tout le monde, si c'est possible.
J'ai bien l'impression qu'il y a quand même quelques recherches sur l'hibernation humaine, alors que je croyais le sujet bien passé de mode depuis les années 1970. (héhé, j'ai revu avec plaisir Louis de Funès dans Hibernatus )

Oui je suis tombé dessus par hasard, ça ma fait sourire.

« - Qu'est ce qui fait la grandeur d'Etat moderne?
- ??
- C'est l'espace, môssieur ! L'espace !... »

mdr

Oui, ce serait intéressant de faire un tableau comparatif des 2 stratégies. Ainsi on aurait un point de vue complet.

C'est quand même une possibilité fascinante et peut-être pas si spéculative, mais comme je n'ai pas de connaissances en biologie, ça demande pas mal de documentation.



Mais bon, en attendant, j'essaye d'abord de conclure sur le projet en cours.

Quelques éléments de réflexion en attendant
http://television.esa.int/photos/EbS37360.pdf
http://www.ibiblio.org/astrobiology/...?page=future03
http://www.crystalinks.com/hibernation.html
http://www.livescience.com/humanbiol...bernation.html
http://www.msnbc.msn.com/id/6235944/

A+

En attendant, même en stratégie lente ce pourrait être un moyen d'embarquer plus d'espèce (en opérant une rotation des grosses espèces sur la surface)...

a+

[Gilgamesh]

La paroi organique.

Une des originalités de l'Arche est de présenter une structure de type végétale, qui croît et se renouvelle par l'effet de son métabolisme.

Un point récapitulatif sur les principales raisons d'adopter cette stratégie :

- Les matériaux entrant dans la composition d'un tissu organique sont présents en masse dans les petits corps du système solaire. Les métaux ne sont présents qu'en trace comparativement à CHON. Par ailleurs il est hors de question d'extraire la masse de l'Arche du puit gravitationnel d'un gros corps, Lune comprise.

- Comparée à celle des métaux, la résistance à la traction est meilleure pour les matériaux organique à masse égale.

- La structure fibreuse naturellement adoptée par les végétaux est précisément une adaptation à l'exercice de contraintes fortes et prolongées. La "fatigue" se fait sur un mode sécurisant. Ces tissus ne cèdent que progressivement, fibre à fibre, sans accumuler une énergie élastique proprement explosive si le matériaux cède.

- Sans aller jusqu'à dire qu'une telle structure se bâtie "d'elle même" il s'agit tout de même d'un processus actif, autonome et même autotrophe. Une telle entreprise relève largement autant de l'agriculture que du BTP ; il s'agit plus de surveiller la croissance que d'effectuer soit même l'agencement des matériaux, à grand renfort d'énergie et d'industrie. Cela autorise le changement d'échelle de grandeur qui caractérise l'entreprise par rapport à toute celle que nous connaissons.

- Les tissus constitutifs ont une assise vivante (de type mycellium, cambium et méristème), donc se renouvellent continuement ce qui représente un atout considérable pour une structure amenée à protéger sa précieuse cargaison pendant plus d'un millénaire.

- Et par ailleurs, les tissus constitutifs sont en grande partie morts (un xylème, du bois quoi...) ce qui limite la consommation énergétique.

- L'entretien nécessite la fourniture d'une énergie relativement aisée à produire (hv) et de nutriment basiques (nitrate, phosphate...).


Il est assez pirquant d'imaginer que l'humanité quitterait sa planète minérale à l'intérieure d'une macro-cellule végétale.

a+

[eklipse]

il faudrait peut etre adjoindre un module de type "biosphere" a l'ISS pour experimenter!

[Gilgamesh]

Absolument mais je sens qu'un des pb serait d'accoler une structure en rotation avec une structure fixe.

Sinon (mais ça ça peut se faire sur Terre) il faudrait faire des essais, enfin, pour commencer de la recherche fondamentale, de croissance de végétaux modifiés sous micro-atmosphère.

J'imagine des filaments mycéliens qui auraient 2 propriétés structurelles :

- en dessous d'une certaine pression, ils se lignifieraient et produiraient des vésicules de latex de sorte que quand la cellule mourrait le tissus se transforme en une pâte fibreuse et étanche.

- sous tension, les fibre désordonnées s'orienteraient dans le sens de la contrainte pour former des faisceaux a croissance centrifuge (par réarrangement des fibres périphériques) tandis que les fibres centrale se lignifieraient progressivement.

a+

[invitea0046ad4]

Salut gilgamesh

Calculs toujours en cours...

Pour la propulsion, il est plus intéressant finalement d'utiliser la réaction : p + Li7 -> 2He4 + 17.4 MeV
C'est bien la réaction idéale pour le type de vaisseau envisagé, et même pour des vaisseaux plus petits, et le stockage des réactifs ne nécessite pas de système cryogénique, en utilisant LiH.
La vitesse d'éjection est plus élevée, par contre, à puissance de fusion égale, la poussée est un peu plus faible qu'avec le réacteur au Bore 11 (580N au lieu de 680N par moteur), donc le système de propulsion serait un peu plus massif pour obtenir la même poussée.
Mais la propulsion est quand même moins massive que ce que j'avais vu au départ (j'ai mieux évalué la masse des aimants de confinement du plasma du CBFR), ce qui permet de surdimensionner pour atteindre plus rapidement la vitesse de croisière, et faire la plus grande partie en vol libre à la vitesse maximale. En reprenant les paramètres des messages précédents (Ms=100Gt, k=0.5), une distance totale de 20 al, avec une accélération sur 2 al (distance plus faible que prévue) serait parcourue en moins de 2000 ans.
C'est encore améliorable, mais en tout cas, le résultat dépend bien fortement de la réaction nucléaire utilisée, qui détermine à la fois le débit massique et la vitesse d'éjection, à puissance de fusion fixée.
Il est bien possible aussi que ce moteur permette de satelliser une sonde automatique autour d'une étoile proche en moins de 200 ans, en utilisant un rapport de masse plus élevé, k=0.9 par exemple, ou d'effectuer un survol en 50 ou 100 ans, sans satellisation.
Les étoiles se rapprochent... (enfin, en théorie bien sûr !)

Pour se qui est d'"accoler" une structure en rotation avec une structure fixe : il n'y a pas nécessairement de contact matériel, on pourrait utiliser des champs magnétiques. Ca peut être compliqué, mais le cylindre d'habitation peut "flotter" dans un champ magnétique créé par une armature, une sorte de squelette, qui l'envelopperait, et qui elle, serait fixe en rotation. Je vais voir ce que ça peut donner.

A suivre.

[invitea0046ad4]

Avant de quitter cet univers, toujours sur le thème du voyage interstellaire, je vous propose une petite citation de Arthur C.Clarke à méditer (dont j'ai vérifié la véracité)
« Lorsque nous sommes en orbite basse [terrestre], nous sommes déjà énergétiquement à mi-chemin de n'importe quel autre point de la galaxie »

Bonnes vacances

[Gilgamesh]

Salut Lambda,
Salut tous,

intéressant cette idée de survol, parce que le temps imparti pour un tel trajet avec un k élevé correspond a ce qu'on peut imaginer comme durée de croissance de la structure de l'Arche.

On peut par exemple imaginer en phase 1 d'envoyer un vaisseau de reconnaissance en survol (1e moisson d'info rapprochée) qui avant d'arriver a destination se sépare de l'essentiel de sa masse sous forme d'un orbiteur qui entame une phase de décelération. Arrivé sur place, l'orbiteur se satellise et commence a scruter la planète (2e moisson d'info). Il relargue ensuite une batterie d'atterisseurs, de plongeur et de drones qui vont analyser précisément le sol, l'éventuel océan, l'atmosphère (3e moisson d'info).

Et ceci, pour toutes les cibles planétaires potentiellement intéressantes reconnues par télescope.

Je pense que pour l'orbiteur on peut envisager une masse utile de 100 tonnes, soit une masse totale carburant compris de l'ordre du milliers de tonnes pour un k=0,9.


Cela permettrait de faire au moment de partir le choix raisonné de la cible planétaire et, en attendant l'info, de s'activer à la croissance de la structure.

a+

[Gilgamesh]

Croissance de la structure
-------------------------

La première chose a faire est de se trouver un petit corps glacé, riche en éléments légers. Un développement récent des modèle de formation du système solaire laisse à penser que les Troyens, sur les points de Lagrange de Jupiter, donc relativement proche de nous, sont de composition "kuiperienne", donc a forte proportion de glaces (H2O, CO2, CH4, NH3...). Si cette hypothèse est exacte, c'est parmi eux que l'on pourrait trouver le candidat d'astre minier.

Modèle d'extraction : une façon possible serait de promener sur l'astre une vis d'Archimède dont l'axe serait parallèle à la surface. En tournant, la vis ramene du matériau dans une chambre et par la masse compactée de ce dernier isole cette dernière du vide ambiant. Au fur et à mesure de sa progression sur l'axe de la vis, le matériau extrait est porté à température croissante, d'où une distillation fractionnée des composantes volatiles. Recueilli à l'état de vapeur, la fraction volatile cede sa chaleur au matériau encore solide (à l'intérieur et sur la partie avant de la vis) et se condense. Sous forme liquide on l'évacue et on le laisse se solidifier en glace à l'intérieur de réservoirs. Au bout, ne subsisterait que le résidu silicaté et métallique. Ce résidu poussiéreux serait chargé dans un disque en rotation et fondu de manière à isoler par gravité les différent composantes chimiques refractaires.

Modèle de croissance :

La structure va croitre de l'arrière vers l'avant a partir d'un double anneau de croissance tourné vers le Soleil. Les anneaux concentriques sont formé d'un bassin transparent en C a l'envers, genre plexiglass. La rotation de l'ensemble et la pression atmosphérique interne de l'anneau sont calculés juste suffisants pour permettre la formation d'une surface d'eau libre.

Dans un premier temps on forme le talut conique arrière que l'on recouvre d'un disque transparent afin d'aménager une micro atmosphère et d'autoriser une activité photosynthétique de surface à l'intérieur de ce dernier une fois formé.


Schéma transversal des anneaux de croissance

Le dessin est a lire dans un bloc note (police de pas fixe)

Epaisseur :
environ 60 m pour l'anneau intérieur
environ 20 m pour l'anneau extérieur

________///----|
##########~~~~~|
########## # # | ANNEAU INTERNE
---------- # |
---------- # #|
########## # # | <--- hv
-------///_____|

EMPLACEMENT FUTUR DU REMBLAIS

________///----|
##########~~~~~|
---------- # | ANNEAU EXTERNE
---------- # #|
-------///_____|

A gauche ### : la paroi déjà formée a l'intérieur de laquelle circule de la sève du talut (situé loin sur la gauche dans le schéma) et le soluté nutritif (H2O + CO2 + nitrates +... dissous). C'est représenté par le tuyau :
---
---
(diamètre exagéré...)

A droite ~~~: la surface d'eau libre dans le C transparent
Dans la masse d'eau libre les # représente le mycélium en croissance photosynthétique sous l'effet de l'énergie solaire hv qui provient de la droite.

En haut et en bas du schéma bordant le volume d'eau, le /// représente une zone de sas avec retour au vide spatial progressif. Il se forme alors un épiderme caoutchouteux formé de cellules mortes.

Quand la longueur nominale du cylindre est atteinte, on accélère la vitesse de rotation afin de créer une tension progressive dans la masse du mycélium. En réponse, celui ci forme des torons resistants en croissance centrifuge, avec lignification du coeur. Parallelement à cela on introduit le remblais entre les deux parois.

Puis on installe le soleil artificiel et on ferme la partie avant du cylindre avec la masse de carburant (LiH...).

Pour finir, on introduit l'atmosphère puis l'eau océanique sur laquelle on édifie les continents.


A+

[Gilgamesh]

Bon, 2 schémas ici pour clarifier l'idée d'anneau de croissance :

Vue générale d'un anneau :
http://cjoint.com/?ilwSIUJwJ5

Il faut en imaginer 2 comme ça concentriques (paroi interne et externe).

Détail :
http://cjoint.com/?ilwUwvSuKb

Finalement il n'y a nul besoin de surface d'eau libre, donc pas de pesanteur artificielle. On travaille en tension nulle, ou presque (une tension résiduelle est peut être malgré tout nécessaire pour maintenir une symétrie de révolution).

Les petits vacuoles alimentent la cellule en eau et nutriments.

En bordure du C j'ai représenté un petit rectangle sombre, le sas de mise au vide qui génère l'épiderme, en brun.

a+

[Gilgamesh]

Astres miniers et zone de croissance
-----------------------------------


Fixons-nous un siècle pour la croissance de la structure avant mise en rotation. Cela représente des durée de croissance de qq dizaines de cm par jour dans l'anneau de croissance. C'est très respectable. Il faut donc un flux solaire qui exclu une orbite trop éloignée du Soleil. En outre, comme il faut transporter pas mal de choses de la Terre a l'Arche (les habitants, des fragments d'écosystème...) les points de Lagrange stables L4 et L5 dit "Troyens" situé à 60° de part et d'autre de l'axe Terre Soleil me semble très indiqués. Lambda tu confirmes ?

Je viens de découvir un sympathique haricot, Cruithne, un peu abusivement dénomé "deuxième lune de la Terre" qui orbite autours de ces points de Langrange.

http://membres.lycos.fr/fransyl/lagrange/cruithne.htm

Ce pourrait constiutuer un port d'attache et une première source de matériau. Idée a creuser.

Concernant les masses mise en jeu : on va considèrer que 3 Arches doivent voyager de conserve, chacune pouvant en cas de pépin abriter jusqu'à stabilisation démographique la totalité de la population des deux autres. Il faut donc amener à pieds d'oeuvre, en L4 ou L5, 300 Gt. Notons que Cruithne fait a peu près le tiers de cette masse.

http://www.nationmaster.com/encyclopedia/3753-Cruithne
Dimensions ~5 km
Mass 1.3×10^14 kg
Density 2 ? g/cm³
Surface Gravity 0.0014 m/s²
Escape Velocity 0.0026 km/s
Rotation Period ? d
Spectral Class ?
Absolute Magnitude 15.1
Albedo 0.15 ?
Mean Surface
Temperature ~236 K


On pourrait également tirer partie des Troyen de Mars
http://portail.imcce.fr/fr/ephemerid...ages2/206.html
soit a l'heure actuelle 6 corps de dimension allant de 2,5 km à 600 m

La durée du transfert de Hohmann est de 0,7 années pour une orbite martienne contre 2,9 ans pour une orbite jovienne.

Par contre l'énergie par kg est x3,5 pour monter de l'orbite terrestre a l'orbite jovienne vs martienne mais x0,95 pour descendre.

Or le transfert de masse se fait en descente (des troyen jovien vers l'orbite terrestre).

J'ai fait le calcul dans un référentiel heliocentrique avec :
http://www.chimix.net/mecanique/hohmann.htm

delta E = GMm (r2-r1)/[2(r1+r2)r1]
pour aller de l'orbite interne à l'externe

et

delta E = GMm (r2-r1)/[2(r1+r2)r2]
pour aller de l'orbite externe à l'interne

delta E variation d'énergie mécanique (a fournir par le réacteur)
M masse soleil
m = 1kg
r1, r2 rayons des orbites interne et externe


a+