Arche interstellaire : refonte complète de la structure

[Gilgamesh]

Bonjour,

vous souvenez peut être du fil société du futur ? Lambda0 et moi avions tenté d'imaginer et de dimensionner une structure creuse, l'Arche, capable d'emener disons 50 000 personnes vers un système stelaire voisin (10-100 al), en 2 à 3000 ans, avec une vitesse de pointe de l'ordre de 0,01c.

La toute première version avait un rapport R/L (longueur/rayon) de 1, la seconde de 0,1 (l'Arche avait donc une forme tubulaire). Le problème principal auquel nous avions aboutit était de réserver une place pour les moteurs, sans les faire tourner avec la structure.

La version visible ici :

a un R/L de 0,5 (5km x 10 km).

Le moteur est placé sous forme d'un vaste couronne périphérique et une poutre qui travail en tension-contraction en recueille la poussée. Cette poutre traverse de part en part la structure auquelle est est relié par des paliers et porte à l'avant l'anneau carburant (lithium-hydrogène), qui se présente sous la forme d'un disque évidé.

La structure habitable est placé entre les deux, et elle tourne sur elle même pour créer la gravité artificielle.

Les avantages de cette configurations, selon moi :

- l'anneau de LiH protege l'habitacle du rayonnement (le vent de la vitesse)

- les moteurs sont à l'arrière ce qui est plus sécurisant vu l'éjection plasmatique (15 000 km/s), très agressive. Ils se refroidissent en rayonnant librement sur la face arrière, vers l'espace.

- tout ce qui est porté par la poutre est statique, y compris le moyeu technologique (le centre industriel de l'Arche), les seules tensions crée résulte de la poussée, qui génère une accélération max d'1/10.000e de g.

- tout travaille pour l'essentiel en traction (pas de risque de flambage de la poutre, qui est haubanée et rotulée au milieu), sauf la poutre traversante. L'intérêt d'une structure en tension est qu'elle est beaucoup plus légère qu'une structure portante (type mur ou pilier) à force supportée égale.

- l'habitacle peut rayonner son énergie dans toute les direction sans être lui même "irradié"

- ENFIN : l'atmosphère possède un "toit" froid ce qui permet d'envisager un système de précipitation naturel. Il va peut être pouvoir pleuvoir dans l'Arche (ça, ça me tenait à coeur :-p)!



voilou, j'espère que ça plaira à ceux que le sujet intéresse.


a+
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[mtheory]

Bonjour,

vous souvenez peut être du fil société du futur ? Lambda0 et moi avions tenté d'imaginer et de dimensionner une structure creuse, l'Arche, capable d'emener disons 50 000 personnes vers un système stelaire voisin (10-100 al), en 2 à 3000 ans, avec une vitesse de pointe de l'ordre de 0,01c.

La toute première version avait un rapport R/L (longueur/rayon) de 1, la seconde de 0,1 (l'Arche avait donc une forme tubulaire). Le problème principal auquel nous avions aboutit était de réserver une place pour les moteurs, sans les faire tourner avec la structure.

La version visible ici :

a un R/L de 0,5 (5km x 10 km).

Le moteur est placé sous forme d'un vaste couronne périphérique et une poutre qui travail en tension-contraction en recueille la poussée. Cette poutre traverse de part en part la structure auquelle est est relié par des paliers et porte à l'avant l'anneau carburant (lithium-hydrogène), qui se présente sous la forme d'un disque évidé.

La structure habitable est placé entre les deux, et elle tourne sur elle même pour créer la gravité artificielle.

Les avantages de cette configurations, selon moi :

- l'anneau de LiH protege l'habitacle du rayonnement (le vent de la vitesse)

- les moteurs sont à l'arrière ce qui est plus sécurisant vu l'éjection plasmatique (15 000 km/s), très agressive. Ils se refroidissent en rayonnant librement sur la face arrière, vers l'espace.

- tout ce qui est porté par la poutre est statique, y compris le moyeu technologique (le centre industriel de l'Arche), les seules tensions crée résulte de la poussée, qui génère une accélération max d'1/10.000e de g.

- tout travaille pour l'essentiel en traction (pas de risque de flambage de la poutre, qui est haubanée et rotulée au milieu), sauf la poutre traversante. L'intérêt d'une structure en tension est qu'elle est beaucoup plus légère qu'une structure portante (type mur ou pilier) à force supportée égale.

- l'habitacle peut rayonner son énergie dans toute les direction sans être lui même "irradié"

- ENFIN : l'atmosphère possède un "toit" froid ce qui permet d'envisager un système de précipitation naturel. Il va peut être pouvoir pleuvoir dans l'Arche (ça, ça me tenait à coeur :-p)!



voilou, j'espère que ça plaira à ceux que le sujet intéresse.


a+

[Gilgamesh]

merki

j'ai un peu lutté sous power point je reconnais.

a+

[Garion]

Très beau travail en effet.

Petite question : pour le freinage, c'est le vaisseau entier qu'on doit retourner ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite93f19dbc]

très intéressant !

juste une question :
c'est où que l'on signe pour faire partie du voyage ???

[Gilgamesh]

Très beau travail en effet.

Petite question : pour le freinage, c'est le vaisseau entier qu'on doit retourner ?

Absolument, d'où l'intérêt suplémentaire de disposer les moteur enn périphérie, loin de l'axe.

Il suffit d'éteindre une moitié de la corolle et on obtient un couple de retournement.

Il faudrait aller un peu plus loin sur l'architecture de la poutre. C'est un mélange de tubes et de câbles qui doit pouvoir transmettre un couple.

Par ailleurs il faut preciser l'architecture des paliers. C'est un point plutôt délicat : il faut transmettre une poussée sans entrainer la rotation de la poutre...

a+

[Gilgamesh]

très intéressant !

juste une question :
c'est où que l'on signe pour faire partie du voyage ???

Dans le future !

T'as plus qu'à te téléporter

[mtheory]

merki

j'ai un peu lutté sous power point je reconnais.

a+

Je viens brutallement de penser à un truc en regardant le plan de la structure et je ne sais pas si la question avait été abordée dans le fil.
Quid du frottement à grande vitesse avec la matière interstellaire ?
Dans chants de la Terre lointaine A.Clarke avait doté le Magellan d'un bouclier conique en glaçe qui s'abbrasait par chocs avec les poussières interstellaires.

[Gilgamesh]

Je viens brutallement de penser à un truc en regardant le plan de la structure et je ne sais pas si la question avait été abordée dans le fil.
Quid du frottement à grande vitesse avec la matière interstellaire ?
Dans chants de la Terre lointaine A.Clarke avait doté le Magellan d'un bouclier conique en glaçe qui s'abbrasait par chocs avec les poussières interstellaires.

C'est un peu pour ça que j'ai placé le carburant devant. Pour ce qui est des poussières ça concerne le milieu interplanétaire (poussière zodiacale). Comme l'accélération est très progressive, quand l'Arche dépassera le nuage de Oort (disons a 3000 UA du Soleil), si on place le maximum de vitesse vers 10 al, l'Arche sera à seulement 0,5% de sa vitesse de pointe (10-15 km/s). Rien de bien méchant.

Et symétriquement pareil en rentrée dans le système stellaire de destination.

Sinon on peut évaluer les dégât occasionnés par un choc à 3000 km/s

On imagine que le matériau du bouclier possède une énergie de liaison de 1eV (typique d'une liaison covalente). Soit disons 1 GJ/m3. Je divise l'énergie du choc par l'énergie de liaison volumique pour avoir les dimension du cratère :

taille du projectile / profondeur du cratère

1 micron / 0,5 mm
1 mm / 50 cm
1 cm / 5 m
10 cm / 50 m
1 m / 500 m

Quand l'Arche sera au environ de mi-trajet à son maxi de vitesse, on peut prévoir des sondes decamétriques en formation étagée très loin en avant de la structure et qui sondent finement l'espace pour pulvériser tout ce qui dépasse le mm.




a+

[invite5f1db7a1]

présentement, je suis un gars de 15 ans vraiment impressionné ...

[Gilgamesh]

C'est biau hein

C'est l'avantage du dessin vectoriel, c'est super propre

[inviteb271042d]

Ton schéma est magnifique! Bravo

En liaison avec la trajectoire de ton vaisseau et aussi pour compléter certains points de la discussions sur "la société du futur" je cherche des infos sur le nuage de Oort.
sites web, bouquins ....

Merci d'avance

[Gilgamesh]

ces 2 pages m'ont l'air pas mal du tout
http://www.astrofiles.net/article15.html
http://phil.ae.free.fr/astro/cometes/oort.html

Le nuage de Oort n'est pas un sujet très vulgarisé... Faut pas oublier que c'est avant tout un objet théorique, dont les dimensions et la densité sont déduit de l'analyse des orbites des comète de longues périodes.

Pour aller y rechercher du matériau, ça fait quand même VRAIMENT beaucoup de chemin...

a+

[invite5f1db7a1]

C'est biau hein

Oui, c'est super beau, mais je parlais aussi de toutes les descriptions (j'ai rien compris alors ça m'impressionne mais en lisant les critiques, cela doit être puissant comme raisonnement :P )

[inviteb271042d]

ces 2 pages m'ont l'air pas mal du tout
http://www.astrofiles.net/article15.html
http://phil.ae.free.fr/astro/cometes/oort.html

Le nuage de Oort n'est pas un sujet très vulgarisé... Faut pas oublier que c'est avant tout un objet théorique, dont les dimensions et la densité sont déduit de l'analyse des orbites des comète de longues périodes.

Pour aller y rechercher du matériau, ça fait quand même VRAIMENT beaucoup de chemin...

a+

C'est sur mais toujours moins loin que d'aller directement vers les étoiles.

"...cette étude fait apparaitre une prédominance remarquables d'orbites dont l'aphélie se situe à une distance du Soleil comprise entre 40 000 et 150 000 UA" ( Astronomie Ed Larousse philippe de la Cotardiere )
2,5 années lumieres en ayant des matières premieres depuis 0,6 AL çà pourrait peut être simplifier un peu le voyage non ?

Mais celà c'est pour une civilisation déjà capable de faire des colonies indépendantes ailleurs dans le système solaire.
Faut vraiment que je relise O'Neill...

[invite6cdd60ea]

euh... tu compte faire quoi apres avec ton projet? paceque jvois que tu taff a mort dessus, pis que t'as lair de bien t'y connaitre! et malgré que j'ai rien compris a cette discution, ca a l'air classe comme projet

[inviteb271042d]

euh... tu compte faire quoi apres avec ton projet?

...Rien c'est de la curiosité pour m'aider à comprendre et à imaginer...
Mais tu te trompe j'y connais pas grand chose par rapport à un scientifique.
C'est juste que je trouve très difficile d'aller directement vers les étoiles.
Alors je cherche à imaginer ce qui pourrait permettre de faire office de stations-relais.

L'idée de base me vient du roman "Au coeur de la comète" de Benford et Brin qui raconte l'installation d'une base permanente sur la comète de Halley.

[Gilgamesh]

euh... tu compte faire quoi apres avec ton projet? paceque jvois que tu taff a mort dessus, pis que t'as lair de bien t'y connaitre! et malgré que j'ai rien compris a cette discution, ca a l'air classe comme projet

Ce que je compte en faire ? Ma foi... faire rêver . Mais une sorte de rêve "réaliste". Je tiens aux guillemets, mais je tiens au 'réaliste' également.

A un moment donné, je me suis trouvé frustré de ce que les auteurs de SF (presque) invariablement et pour l'évident besoin de conserver une relative unité de temps, sautent par dessus le problème qui est celui des trajets interstellaire en inventant le voyage instantané (saut dans l'hyperespace et autre vitesse supraluminique). D'autre restent "relativiste" mais avec des source de propulsion exotique (genre moteur tachyonique). De temps en temps on trouve des solutions de type 'arche' mais souvent avec la solution pratique de l'hibernation... Et l'engin est juste évoqué.

Et finalement, le voyage n'est jamais envisagé comme tel, c'est juste un trait d'union dans la narration.

Par ailleurs, je me dis qu'une solution réellement "instantanée" en mobilisant des énergie raisonnables est imporbable dans la mesure où sinon, une seule civilisation ET aurait pu s'établir partout dans la galaxie : ça n'a pas l'air d'être le cas.

Donc, c'est peut être tout simplement que l'entreprise est réellement colossale. Mais colossale comment ? D'où l'idée de dimensionner le problème.

Par rapport à la solution "trait d'union" cela amène déjà a changer de point de vue : ce n'est plus un voyage au sens classique du terme qu'il faut envisager vu les durée en jeux (> 1000 ans). C'est une grande aventure certes, mais le modele que nous avons en tête est celle du pionnier qui se soumet à un rude et dangereux voyage pour gagner la terre promise. Terre promise qui récompense ses effort. La ce n'est pas possible ! Le trajet dure des dizaine de générations. Il faut donc envisager une société en soi, stable dans la durée et qui ne manque de rien dans sa micro-planète.

Il faut donc reproduire une cellule naturelle élémentaire, au sein de laquelle l'homme trouve un environnement qui pour l'essentiel reproduit les conditions terrestre : gravité, ensoleillement, milieux naturels et climat variés, saisons différentiées... Donc, un océan, des désert aride, une zone tempérée, des forêts pluviales, une zone arctique... Tout ceci en proscrivant a priori tout ce qui pourrait ressembler à une pompe, un ventilo ou une machine à vague. Il faut que l'habitacle soit une machine thermique naturelle ou l'intervention humaine se limite a de petits effets (ouvrir ou fermer un conduit, orienter le flux solaire vers une zone ou vers une autre).

Vu le volume a envisager cela implique aussi d'abandonner pour l'essentiel l'usage des matériaux classiques en aéronautique (acier, alu, magnesium...). Il faut taper dans des atomes plus léger et plus abondant (CHON...). La taille et la longevité requise implique également que la structure doit s'autoentretenir, d'où l'idée d'envisager une coquille végétale, protégée de l'espace par un épiderme.

La masse de la structure habitable avoisine les 100 Gt. Pour propulser tout cela à 0,01 c il faut une masse de carburant equivallente. La solution propulsive envisagée est celle qui offre la meilleure impulsion spécifique : fusion de noyau léger et accelaration du plasma par un champs électrique.


Voila pour l'essentiel du concept

a+

[invite5f1db7a1]

Une sorte d'Halo avec moteurs quoi Aussi, à l'arrière du vaisseau, il y a les marées des océans Une production d'énergie renouvelable à envisager .

[Gilgamesh]

C'est sur mais toujours moins loin que d'aller directement vers les étoiles.

"...cette étude fait apparaitre une prédominance remarquables d'orbites dont l'aphélie se situe à une distance du Soleil comprise entre 40 000 et 150 000 UA" ( Astronomie Ed Larousse philippe de la Cotardiere )
2,5 années lumieres en ayant des matières premieres depuis 0,6 AL çà pourrait peut être simplifier un peu le voyage non ?

Mais celà c'est pour une civilisation déjà capable de faire des colonies indépendantes ailleurs dans le système solaire.
Faut vraiment que je relise O'Neill...

Je comprend bien, mais l'intérêt de l'espèce humaine devient àmha fonctionnel, considérées ces distances. Dans aucun cas elle ne se projette dans une vie en scaphandre. Soit on va loin pour habiter un gentil caillou qu'on peut espérer revetir d'une atmosphère respirable (et entre temps on vit une vie de terrien, dans la structure kivabien), soit on envoie des astronautes ou des sondes et c'est bien assez. Ce qui nécessite juste d'améliorer l'existant.

a+

[Gilgamesh]

Une sorte d'Halo avec moteurs quoi Aussi, à l'arrière du vaisseau, il y a les marées des océans Une production d'énergie renouvelable à envisager .

krghj...

j'ai pas les bases pour comprendre.

c'est quoi le Halo ?

[invite5f1db7a1]

Ahah! Halo, c'est un jeu vidéo de science fiction. Le Halo est un immense anneau spatial en rotation, dans la face intérieur duquel il existe des continents, des océans, la vie quoi. Une planète artificielle .

(Pas très astrophysique ça, mais bon ^^ )

[mtheory]

C'est un peu pour ça que j'ai placé le carburant devant. Pour ce qui est des poussières ça concerne le milieu interplanétaire (poussière zodiacale). Comme l'accélération est très progressive, quand l'Arche dépassera le nuage de Oort (disons a 3000 UA du Soleil), si on place le maximum de vitesse vers 10 al, l'Arche sera à seulement 0,5% de sa vitesse de pointe (10-15 km/s). Rien de bien méchant.

Et symétriquement pareil en rentrée dans le système stellaire de destination.

Sinon on peut évaluer les dégât occasionnés par un choc à 3000 km/s

On imagine que le matériau du bouclier possède une énergie de liaison de 1eV (typique d'une liaison covalente). Soit disons 1 GJ/m3. Je divise l'énergie du choc par l'énergie de liaison volumique pour avoir les dimension du cratère :

taille du projectile / profondeur du cratère

1 micron / 0,5 mm
1 mm / 50 cm
1 cm / 5 m
10 cm / 50 m
1 m / 500 m

Quand l'Arche sera au environ de mi-trajet à son maxi de vitesse, on peut prévoir des sondes decamétriques en formation étagée très loin en avant de la structure et qui sondent finement l'espace pour pulvériser tout ce qui dépasse le mm.




a+

Merci pour la réponse!Je suis toujours trés impressionné par ta capacité à faire des estimations numériques rapides des phénomènes physiques et des contraintes technologiques

[Gilgamesh]

Merci pour la réponse!Je suis toujours trés impressionné par ta capacité à faire des estimations numériques rapides des phénomènes physiques et des contraintes technologiques

merci mtheory . C'est quelque chose que j'aime bien faire parce qu' ça permet de sentir les choses physiques "dans les os". Le modèle et le maître dans ce domaine c'est Fermi. A l'examen oral il proposait parait t'il ce type d'exercice à ses étudiants, pour évaluer leur capacité à analyser un problème en ordre de grandeur, par exemple : "Combien y'a t'il d'accordeurs de piano à Paris ?". Il faut estimer le nombre de foyer parisiens, la proportion possedant un piano, l'intervalle moyen entre deux accordages, le prix de la prestation, le nombre d'accordeurs que ça peut faire vivre.

Plus physique il y a l'expérience celebre de Fermi lui même lors de Trinity. Juste après le flash de la bombe, il a jeté en l'air un poignée de petits papiers et a mesuré a quelle distance ils avaient été déplacés par l'onde de choc. Il a pu ainsi estimer de tête la puissance de l'engin (le paramètre fondamental de la réussite du test). Simple et élégant. La classe quoi


a+

[Gilgamesh]

Ahah! Halo, c'est un jeu vidéo de science fiction. Le Halo est un immense anneau spatial en rotation, dans la face intérieur duquel il existe des continents, des océans, la vie quoi. Une planète artificielle .

(Pas très astrophysique ça, mais bon ^^ )

si si, enfin, c'est de l'astronautique c'est proche.

Dans les années 70 la NASA avait lancé une reflexion sur les colonies spatiales en orbite terrestre et effectivement ça aboutissait à des solutions de ce type.


Le Tore de Stanford :
http://www.l5news.org/stanfordtorus.htm

La Sphère de Bernal
http://www.l5news.org/bernalsphere.htm

Le Cylindre d'O'Neill :
http://www.l5news.org/oneillcylinder.htm

Clairement c'est des trucs qui m'ont bien fait rêver, enfant...


A+

[mtheory]

merci mtheory . C'est quelque chose que j'aime bien faire parce qu' ça permet de sentir les choses physiques "dans les os". Le modèle et le maître dans ce domaine c'est Fermi. A l'examen oral il proposait parait t'il ce type d'exercice à ses étudiants, pour évaluer leur capacité à analyser un problème en ordre de grandeur, par exemple : "Combien y'a t'il d'accordeurs de piano à Paris ?". Il faut estimer le nombre de foyer parisiens, la proportion possedant un piano, l'intervalle moyen entre deux accordages, le prix de la prestation, le nombre d'accordeurs que ça peut faire vivre.

Plus physique il y a l'expérience celebre de Fermi lui même lors de Trinity. Juste après le flash de la bombe, il a jeté en l'air un poignée de petits papiers et a mesuré a quelle distance ils avaient été déplacés par l'onde de choc. Il a pu ainsi estimer de tête la puissance de l'engin (le paramètre fondamental de la réussite du test). Simple et élégant. La classe quoi


a+

C'est bien à lui que je pensais

[Gilgamesh]

C'est bien à lui que je pensais

Je crois bien qu'une des arches devrait porter son nom Déjà a cause du paradoxe (que l'effort mis à achever une arche justifierait, tout en mettant fin au scandale)


Sinon, niveau bouclier je m'appercois que j'ai plutôt stupidement oblitéré le fait que ça joue dans les deux sens. Après le retournement c'est du côté corole que pointe la vitesse. Il serait assez peu conséquent de protéger l'Arche d'un choc (même très improbable) quand elle accélère vers l'étoile et de la laisser sans protection après retournement. Je vais dessiner une solution "sandwich" (un matelas de part et d'autre). Cela nécessite que le moteur consomme toujours le carburant qui se trouve de ce côté ci de la corolle (c'est plutôt plus pratique) : en phase d'accélération pour laisser intact le bouclier avant jusqu'à l'atteinte de la pleine vitesse et après parce que tout le carburant arrière ayant été épuisé il faut passer au disque avant ; ce qui signifit qu'au retournement il faille faire passer tout le bouclier avant intact vers l'arrière. Solution lourde et accrobatique, mais faite une seule fois.

a+

[invite2aa40209]

Salut Gilgamesh!

Je suis drôlement impressionné par ton projet! Chapeau bas!

Tu ne crois pas au voyage interstellaire de courte durée, genre hyperespace, mais pourquoi? Il y a pourtant les théories de Miguel Alcubierre et de Chris van den Broeck qui sont je pense très sérieuses, et qui montrent que l'on peut contourner astucieusement cette fameuse loi de la vitesse lumière.

Par ailleurs, je me dis qu'une solution réellement "instantanée" en mobilisant des énergie raisonnables est imporbable dans la mesure où sinon, une seule civilisation ET aurait pu s'établir partout dans la galaxie : ça n'a pas l'air d'être le cas.

Nous ne connaissons rien de notre Galaxie, ni même de notre propre planète.

Même si on a pas encore les moyens matériels d'effectuer de tels voyage mais au moins on a des pistes théoriques et on avance pas à pas.

Ce que je compte en faire ? Ma foi... faire rêver . Mais une sorte de rêve "réaliste". Je tiens aux guillemets, mais je tiens au 'réaliste' également.

A un moment donné, je me suis trouvé frustré de ce que les auteurs de SF (presque) invariablement et pour l'évident besoin de conserver une relative unité de temps, sautent par dessus le problème qui est celui des trajets interstellaire en inventant le voyage instantané (saut dans l'hyperespace et autre vitesse supraluminique). D'autre restent "relativiste" mais avec des source de propulsion exotique (genre moteur tachyonique). De temps en temps on trouve des solutions de type 'arche' mais souvent avec la solution pratique de l'hibernation... Et l'engin est juste évoqué.

Tiens, si tu veux du rêve voici deux séries de bandes dessinées sur le sujet de la colonisation de nouvelles planètes par de petits groupes de colons et leur développement futur (sans vouloir faire de pub): Aldébaran (série à lire en premier) et Bételgeuse, attention c'est juste magnifique! L'auteur c'est un certain LEO.

En tout cas même, si je ne te suis pas dans le fond je te souhaite une bonne continuation si tu projette de poursuivre ce projet grandiose.

P.S.: Tu devrais venir m'expliquer un peu le fonctionnement des accélérateurs à particules dans la discussion éponyme dans Débats scientifiques. Je cherche justement à faire un rapprochement entre ces engins et la possibilité de modifier la gravitation artificiellement.
Sol-0 Peace

[invite8915d466]

Comme BD, j'aime beaucoup Aldebaran et Betelgeuse aussi, mais il y a certaines incongruités physiques (sans parler de la mantrisse qu'on peut admettre comme étant un phénomène inconnu!). Entre autres, le vaisseau a sustentation centrifuge est une hérésie, et les paramètres orbitaux des planètes d'Aldebaran et de Betelgeuse sont incompatibles avec une température terrestre, vu que ce sont des (super)géantes rouges!

[invite2aa40209]

Entre autres, le vaisseau a sustentation centrifuge est une hérésie...

Oui c'est bien ce que je pensait aussi, mais bon...