Propulsion à confinement inertiel

[alaink]

Selon vous serait-il possible d'utiliser les mécanismes de confinement inertiel non pas pour produire de l'énergie, mais pour propulser un engin spatial?
L'idee c'est de soumettre des billes de matériaux à des pressions gigantesques à l'aide de lasers, mais en laissant la matière s'echapper d'un coté au bout d'un moment (tres bref), au lieu de chercher à la contenir complètement.
D'un point de vue thermodynamique ca permettrait de convertir beaucoup d'énergie électrique et un peu de masse, en impulsion.
L'avantage c'est que la masse propulsée pourrait être beaucoup plus importante que dans le cas des moteurs à ion et le matériaux composant cette masse n'aurait aucune importance: métal météoritique ou silice.

Je sais que les lasers capables de faire ça sont gigantesques, mais peut-être qu'avec des puissances moindre on pourrait déja faire des choses intéressantes...

Qu'en pensez-vous?
-----

[Deedee81]

Salut,

Selon vous serait-il possible d'utiliser les mécanismes de confinement inertiel non pas pour produire de l'énergie, mais pour propulser un engin spatial?
L'idee c'est de soumettre des billes de matériaux à des pressions gigantesques à l'aide de lasers, mais en laissant la matière s'echapper d'un coté au bout d'un moment (tres bref), au lieu de chercher à la contenir complètement.

Oui, c'est certainement possible. Mais c'est employer un marteau pour écraser un moucheron. Il est infiniment plus facile (et de meilleur rendement) d'utiliser la propulsion ionique qui repose sur une idée analogue.

L'avantage c'est que la masse propulsée pourrait être beaucoup plus importante que dans le cas des moteurs à ion

Là d'accord. Sauf que ce n'est pas vraiment le cas. Tu as déjà vu la taille des installations lasers permettant de faire ça et la taille rikiki de la capsule ?!!!!

A taille équivalente, la quantité de matière éjectée serait très faible.

et le matériaux composant cette masse n'aurait aucune importance: métal météoritique ou silice.

Tu veux faire quoi ? Récolter de la matière dans l'espace ? Ce serait plutôt difficile. L'espace est vachement vide et de loin tu ne peux voir que des gros machins qu'il vaut mieux éviter !!!!

Je sais que les lasers capables de faire ça sont gigantesques, mais peut-être qu'avec des puissances moindre on pourrait déja faire des choses intéressantes...

Je pense qu'avec de petits lasers, le rendement serait archi archi médiocre (les lasers en eux-mêmes ont déjà des rendements excécrables).

Ca ne rend pas l'idée impossible. Seulement peu utile.

Maintenant, qui sait dans x dizaines d'années.... (il fut un temps où la propulsion ionique restait du domaine de la simple idée). Mais difficile d'imaginer les améliorations dans le futur

Désolé si tu me trouves un peu rabat-joie, mais j'ai tendance à être assez terre à terre

[invite80fcb52e]

L'avantage c'est que la masse propulsée pourrait être beaucoup plus importante que dans le cas des moteurs à ion et le matériaux composant cette masse n'aurait aucune importance: métal météoritique ou silice.

ce serait sympa au décolage d'une fusée, la zone de décolage et les alentours seraient bombardées par des billes métalliques allant à quelques km/s...

[Deedee81]

ce serait sympa au décolage d'une fusée, la zone de décolage et les alentours seraient bombardées par des billes métalliques allant à quelques km/s...

Bah, de toute façon, c'est comme pour les décollages habituels. Veut mieux pas être à coté. Mais c'est vrai qu'ici avec les rebonds

Vaudrait mieux faire comme pour les propulseurs ioniques. Ne les utiliser qu'une fois dans l'espace.

[A voir en vidéo sur Futura]

[alaink]

Le problème des propulseurs à ion c'est qu'ils utilisent des gaz rares dont le défaut est justement d'être rares.
L'intéret d'une propulsion "inertielle", c'est qu'on peut faire monter le vaisseau dans l'espace sans "carburant", puis prélever de la matière en orbite (plusieurs tonnes d'asteroides ou de satellites en panne, s'il le faut...) pour alimenter le moteur.
En plus elle ne devrait pas générer les exces de charges electrostatiques spécifiques aux moteurs à ion.

[Deedee81]

Salmut,

c'est qu'on peut faire monter le vaisseau dans l'espace sans "carburant", puis prélever de la matière en orbite (plusieurs tonnes d'asteroides ou de satellites en panne, s'il le faut...) pour alimenter le moteur.

Ah ben oui, on peut charger à l'arrêt, pas nécessairement en vol comme je l'avais pensé plus haut. Je cherche parfois la difficulté, désolé !

Là, cette fois, c'est envisageable. Qui sait ? Dans un avenir lointain ?

Sauf que.... la masse de gaz (ou autre) propulsée par confinement ou par ionisation n'est pas ce qui prend le plus de place. Ce qui prend de la place c'est le carburant pour allimenter le système (par exemple, les lasers). Hé bé oui, faut pas l'oublier celui-là.

Ah moins d'avoir une source à fusion (elle pourrait même éjecter des particules rapides, plus besoin d'un système annexe). L'hydrogène est abondant aussi dans l'espace (mais pas autant pour le deutérium et le tritium, ça complique les choses).

Mais ça aussi c'est pour un avenir lointain.

[alaink]

Salmut,
Sauf que.... la masse de gaz (ou autre) propulsée par confinement ou par ionisation n'est pas ce qui prend le plus de place. Ce qui prend de la place c'est le carburant pour allimenter le système (par exemple, les lasers). Hé bé oui, faut pas l'oublier celui-là.

Ah moins d'avoir une source à fusion (elle pourrait même éjecter des particules rapides, plus besoin d'un système annexe). L'hydrogène est abondant aussi dans l'espace (mais pas autant pour le deutérium et le tritium, ça complique les choses).

Ben non justement, il suffit d'avoir une source d'électricté, des (très) grand panneaux solaires par exemple...
Après c'est une question de rendement de la chaine eclairement->panneau solaire->lasers->energie cinétique de la métière éjectée.
Avec quelques dizaines de metres carrés de panneaux, on peut esperer de l'ordre de quelques kilowats en sortie, ce qui est énorme dans le domaine spatial.

[Deedee81]

Ben non justement, il suffit d'avoir une source d'électricté, des (très) grand panneaux solaires par exemple...

A condition de rester dans la banlieue du Soleil (par exemple, les sondes pioneer utilisaient une source radioactive, car arrivé trop loin, le Soleil n'est guère plus lumineux qu'une étoile).

Après c'est une question de rendement de la chaine eclairement->panneau solaire->lasers->energie cinétique de la métière éjectée.
Avec quelques dizaines de metres carrés de panneaux, on peut esperer de l'ordre de quelques kilowats en sortie, ce qui est énorme dans le domaine spatial.

C'est en effet une question de rendement.

En tout cas, ça sera peut-être utile un jour. Qui sait

[Geb]

Bonjour à tous,

Le problème des propulseurs à ion c'est qu'ils utilisent des gaz rares dont le défaut est justement d'être rares.

L’intérêt de la propulsion ionique, sur la propulsion conventionnelle (chimique), c’est son caractère économique. Elle fait gagner une grande vitesse à un astronef, et ce avec très peu de carburant.

Par exemple, un moteur ionique, comme celui de la sonde Deep Space 1 (lancée en octobre 1998), était parvenu à faire gagner 4,5 km/s à la sonde qu’il propulsait avec seulement 81,5 kg de gaz xénon embarqué. La sonde pesait 486,3 kg à son lancement (carburant compris).

Le xénon est actuellement le carburant le plus utilisé pour la propulsion ionique. Ce gaz est produit en quantité industrielle par distillation fractionnée de l’air ambiant préalablement liquéfié.

Composition pour 1000000 de parties d’air sec (en masse), tirée du Quid 2005 :

Argon : 12882
Néon : 12,67
Krypton : 3,30
Hélium : 0,724
Xénon : 0,395

Si l’on en juge par cette composition de notre atmosphère, et même si le xénon est le plus rare, sa production industrielle n’est pas près de s’arrêter. En effet, pour un poids moyen de l’atmosphère terrestre de 5,25 x 10¹⁸ kg, les réserves de xénon encore exploitables dans l’atmosphère sont d’un peu plus de 2 milliards de tonnes (ce qui en chiffres absolus, est loin d'être rare).


Cordialement

[Deedee81]

Salut Geb,

sa production industrielle n’est pas près de s’arrêter.

Et à ma connaissance rien n'interdit d'utiliser autre chose. Donc, ça va

[alaink]

Le problème du xenon, c'est qu'il faut constituer son stock avant de décoller...impossible de garantir un approvisionnement une fois dans l'espace interplanetaire.
Je me demandaissi d'un point de vue thermodynamique et de mécanique du mouvement, tirer une impulsion laser extrèmement puissante depuis un vaisseau spatial (sonde ou autre) dans le vide entrainerait le même recul que si on tirait sur une petite bille de matière provenant de ce même vaisseau spatial, afin de la propulser au loin.
Dans le deuxième cas, on peut considérer que le système vaisseau+bille perd la masse de la bille propulsée par le laser avec une velocité (qu'on espere grande) en relation avec la puissance du laser, ce qui entraine un recul du vaisseau par le principe de conservation de la quantité de mouvement. Dans le premier, cas, le système du vaisseau ne perd pas de masse, mais il me semble qu'on peut quand même associer une quantité de mouvement aux photons émis.

Dans le cas du tir sur la bille, on n'a même pas besoin d'un laser aussi puissant que pour le confinement inertiel, puisque qu'on ne recherche pas à obtenir une pression importante mais un bon rendement de conversion energie électrique->energie photonique->quantité de mouvement. Je suppose qu'un "simple" laser chirurgical ou de découpe industriel pourrait suffire...

[curieuxdenature]

Je me demandais si d'un point de vue thermodynamique et de mécanique du mouvement, tirer une impulsion laser extrèmement puissante depuis un vaisseau spatial (sonde ou autre) dans le vide entrainerait le même recul que si on tirait sur une petite bille de matière provenant de ce même vaisseau spatial, afin de la propulser au loin.

Bonsoir

C'est un problème de physique élémentaire.
La quantité de mouvement est une denrée qui se conserve, donc avec P=m * V on obtient M * v tout simplement, comme V=C alors v devient ridiculement petit.
Cela fait que la lumière en tant que propulseur serait le dernier recours avant d'atteindre des vitesses du même genre. Avant, il faut épuiser tout le panel des autres possibilités, du classique 'pet' à réaction jusqu'au moteur ionique.

Aussi peu intuitif que ça peut paraitre, le meilleur rendement est atteint quand la vitesse d'éjection est semblable à la vitesse requise.
Malheureusement cela implique une quantité de matière éjectée identique à la masse à déplacer. On connait les limites de la méthode...

[alaink]

J'ai trouvé ça:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Propulsion_laser
Je devrais rebaptiser le fil d ediscussion en "propulsion par ablation"...

[invite4b0d1657]

les réserves de xénon encore exploitables dans l’atmosphère sont d’un peu plus de 2 milliards de tonnes (ce qui en chiffres absolus, est loin d'être rare).

Hé minute, on a besoin du xénon pour les ampoules à décharge !

Dans le même style, la voile solaire elle peut fonctionner alimantée par des gros laser en orbite haute jusqu'à quelle distance, mars, venus, pluton ?

[Geb]

Bonjour alaink,

Le problème du xenon, c'est qu'il faut constituer son stock avant de décoller...impossible de garantir un approvisionnement une fois dans l'espace interplanetaire.

Là, je veux bien te suivre. Il est vrai que la propulsion par laser à l'avantage d'éviter le transport du carburant à bord de l'astronef. Dans cette optique, je suis plutôt séduit, depuis plusieurs années déjà, par le principe développé par Leik Myrabo (lightcraft). D’après lui, il est possible de mettre un satellite de 1 kg en orbite avec un laser de 100 kW fonctionnant environ 5 minutes. Des performances encore hors de portée malheureusement.

En 1980, un laser deutérium-fluor opérant dans l’infrarouge, à une longueur d’onde de 3,8 µm, avait atteint le seuil du MW. Mais il ne pouvait fonctionner en continu que pendant 70 secondes. Au début de l’année 2006, une équipe de la société Northrop Grumman avait mis au point un laser d'une puissance de 27 kW, pouvant fonctionner pendant 350 secondes. L'abandon du programme IDS de bouclier antimissile américain, a d'ailleurs donné un sérieux coup d'arrêt au développement des lasers à longues impulsions.

Des lasers beaucoup plus puissants (~ 10¹⁵ W) ont été développés, mais avec des durées de l’impulsion laser, très inférieures à la nanoseconde. Donc, le problème de la propulsion par laser est d’ordre technologique. Il faudra progresser énormément dans la technologie laser avant de pouvoir espérer quoique ce soit d’envisageable concernant la propulsion spatiale.


Cordialement

[alaink]

La duree de l'impulsion n'est pas un problème en soit dans l'espace(voir le lien wikipedia posté plus haut), car un véhicule spatial peut fonctionner en impulsions discontinues.
Dans un des exemples , ils parlent de diodes d'une puissance de 4W ce qui semble faible mais tout à fait praticable dans l'espace.

Le problème est plutot de miniaturiser le laser afin de gagner du poids. Les lasers à ablation chirurgicaux (de la puissance qu'on recherche pour la propulsion spatiale) pesent quelques centaines de kilos...

Je suis néanmoins étonné que la plupart des études dans le domaine portent sur une propulsion depuis le sol, qui nécessite des puissances enormes et se basent sur un laser fixe tirant sur une charge mobile.
Je pense qu'il y a un inéteret certain à considérer des configurations où le laser, associé à la charge utile, est monté dans l'espace par des moyens conventionnels. La propulsion laser n'étant utilisé qu'une fois la charge satellisée.