Il me semble que ta réflexion est bien posée.
Partant de là et pour toute la suite, on se place dans l'hypothèse que l'homme maîtrise la fusion thermonucléaire en routine. Si ce n'est pas possible, il n'y a rien d'envisageable. Et pour que ça constitue un moyen de propulsion efficient il faut en outre que ce soit une fusion aneutronique, cad qui ne produise pas (ou très peu) de neutrons dans les produits de réaction, sinon on ne peut pas les éjecter, il faut tout convertir en électricité et tout est plus compliqué.
Partant de là, on obtient un ordre de grandeur de la vitesse d'éjection (~ 107 m/s), ce qui donne à son tour un ordre de grandeur de la vitesse de déplacement, du même ordre de grandeur. L'emploi de la fusion permet de se déplacer d'une année-lumière par siècle, à peu près. Dans les bras galactiques, la distance moyenne séparant les étoiles est de l'ordre d'une dizaine d'années-lumière, il faut donc envisager une durée de voyage de l'ordre du millénaire. Cela implique qu'on ne fait pas voyager un équipage dans un vaisseau, mais une civilisation dans son petit monde. D'autant plus que dans ce millénaire on peut rejoindre un système voisin, mais certainement pas un système habitable tête nue, dès l'arrivée.
Cela amène à chercher à les dimensions minimales d'un couple formé par une population et son habitat, capable de vivre en autonomie pendant un durée arbitrairement grande. Je propose de considérer qu'on attend cet état d'équilibre stable avec l'effectif d'une ville moyenne (~105 individus) sur une surface de quelques centaines de km2 de milieux naturels.
Une taille d'artefact kilométrique impose d'inover dans le mode de construction. Plutôt que d'un chantier naval de type Etoile Noire dans lequel on soude et on rivette des kilomètres carré de tôles métalliques dans l'espace, on peut imaginer faire pousser la structure. On synthétise par biotech un genre de liane qui se développe autours d'une lumière centrale où circule un liquide nutritif chargé en gaz carbonique et en cations NPK et dans laquelle plongent un chevelu racinaire photosynthétiques. Les fibres végétales sont assemblées en couches superposées pour former une paroi étanche et auto-entretenue. Pour les parties manufacturées, on peut également préférer le carbone au métal. La coque forme un cylindre (10x10 km) en rotation afin de créer une gravité artificielle en son sein. La surface habitable est formée de structures modulaires creuses flottant sur un océan de faible épaisseur (~25 m) et sur lesquelles on dépose quelques mètres de régolite hydraté, pour former des argiles. Là-dessus on fait pousser un couvert végétal reproduisant le spectre écosystémique de la Terre. On obtient au total une structure essentiellement constituée d'atomes légers CHON que l'on trouve en abondance sur les petites corps du système solaire, à partir de l'orbite de Jupiter.
En ordre de grandeur, on obtient un truc qui fait dans les 20 Gt.
Gros besoins d'énergie : c'est vrai, mais pas tant pour l'entretien que pour la propulsion : il y a quasi un rapport de un à un million entre les deux.
Energie spécifique (=par unité de masse utile) nécessaire pour réaliser un trajet avec arrivé à vitesse nulle à la vitesse v
Soit u la vitesse d'éjection. Dans le cas d'un trajet avec accélération et freinage, l'optimum énergétique est réalisée pour u = 1,255 v
Soit M la masse utile et Mc la masse carburant.
L'équation de Tsiolkovski donne :
Mc/M = exp(2v/u)-1
L'énergie cinétique E dépensée est
E = Mc.u²/2
On pose ß=v/c avec c la vitesse de la lumière
L'énergie cinétique E dépensée par unité de masse utile est :
E/M = [exp(2/1,255)-1].1,255²/2.c².ß²
E/M ~ 3.1017 ß² J/kg
Soit pour pour ß = 0,01 :
E/M ~ 3.1013 J/kg
Energie spécifique d'entretien :
On éclaire à 100 W/m2 dans le spectre optique sur 300 km2 durant un millénaire.
E/M ~ 5.107 J/kg
600 000 fois moins.
Pour produire une énergie de fusion aneutronique la réaction la plus communément pressentie est
p + B-11 --> 3He-4 + 8,7 MeV
La quantité de Bore 11 nécessaire est de l'ordre de 16 Gt.
A ceci s'ajoute une masse d'eau d'environ 60 Gt qui sera évaporée et propulsée pour abaisser la vitesse d'éjection et optimiser le rendement propulsif
La masse de structure est de 20 Gt dont 8 Gt d'eau (océan : 3,5 Gt, eau des parois : 4,5 Gt).
Soit une masse de départ respectable : 100 Gt, mais constitué à plus de 80% d'eau.
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