Assistance gravitationnelle par un trou noir supermassif

[invite46b4a9f3]

Bonjour,

cette question est pour le fun

La sonde la plus rapide à ce jour est la sonde Hélios 2 avec 252 292 km/h grâce à l'assistance gravitationnelle d'un corps massif.

Afin d'envoyer une sonde vers une autre galaxie , on imagine que l'on puisse placer cette sonde autour du ( des ) trou noir supermassif au centre de notre voie lactée ( ce qui n'est pas une mince affaire ).

Quelle vitesse peut atteindre cette sonde si on l'éjecte grâce à l'assistance gravitationnelle du ( des ) trou noir supermassif de notre voie lactée ?

Merci
-----

[Gilgamesh]

Bonjour,

cette question est pour le fun

La sonde la plus rapide à ce jour est la sonde Hélios 2 avec 252 292 km/h grâce à l'assistance gravitationnelle d'un corps massif.

Afin d'envoyer une sonde vers une autre galaxie , on imagine que l'on puisse placer cette sonde autour du ( des ) trou noir supermassif au centre de notre voie lactée ( ce qui n'est pas une mince affaire ).

Quelle vitesse peut atteindre cette sonde si on l'éjecte grâce à l'assistance gravitationnelle du ( des ) trou noir supermassif de notre voie lactée ?

Merci

La masse de la fronde n'intervient pas dans l'assistance gravitationnelle, seulement sa vitesse orbitale. Etant donné que le trou noir central est le corps galactique avec la plus petite vitesse orbitale galactique (v=0), c'est le moins qualifié pour ce genre d'emploi.

[pm42]

Pour compléter, s'il est en rotation, on peut quand même en extraire de l'énergie avec un mécanisme différent :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Processus_de_Penrose

[invite46b4a9f3]

La masse de la fronde n'intervient pas dans l'assistance gravitationnelle

Ah oké je savais pas

Merci pour vos éclairements

Du coup quelle vitesse peut on espérer avoir si on éjecte la sonde depuis une étoile à neutrons dont la vitesse de rotation est hallucinante ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite46b4a9f3]

Je viens de voir que ma question est déplaçée j'ai confondu vitesse orbitale et vitesse de rotation.

[Gilgamesh]

L'assistance gravitationnelle, c'est comme le mec en roller qui s'accroche au pare choc d'une voiture pour lui piquer un peu de sa vitesse. L'écart de masse entre le roller et la voiture est très grand dans n'importe quelle situation envisageable, donc la seule chose qui compte pour le roller c'est la vitesse de la voiture.

[saint.112]

À mon avis les expressions fronde gravitationnelle et assistance gravitationnelle sont assez mal choisies car elles prêtent à confusion. Au début où je m'intéressais à l'astronomie et à l'astronautique je n'arrivais pas à comprendre comment ça pouvait marcher, jusqu'à ce que je découvre qu'en fait l'assistance vient du fait que l'astre est en déplacement dans le référentiel considéré et qu'il cède donc une quantité de mouvement à l'objet.

Une sonde étant partie depuis la Terre et ayant échappé à l'attraction de celle-ci, son référentiel inertiel est celui du système solaire. Le soleil, ou plutôt en effet le barycentre du système solaire, est donc immobile pour elle. Le déplacement de celui-ci dans la galaxie pourrait être utilisé par une sonde venant de l'extérieur du système solaire et ayant donc la galaxie comme référentiel inertiel.
C'est pour ça que les sondes utilisent l'assistance gravitationnelle des planètes, y compris Vénus et Mercure, et jamais celle du Soleil. Vu la magnitude de l'attraction du soleil, s'il y avait quelque chose à en tirer, ce ne serait pas nécessaire de s'en approcher beaucoup et d'ailleurs toutes les planètes en subiraient les effets à commencer par les plus proches.
Les comètes par exemple, peuvent être déviées par l'attraction des planètes, mais si elles ne passent à proximité d'aucune leur orbite reste immuable, si près du soleil soit leur périhélie (à moins qu’elles soient détruites).
Par conséquent un vaisseau se baladant dans la galaxie, donc dans son référentiel inertiel, n’aura rien du trou noir central qui est quasiment immobile.

Nico

[invite46b4a9f3]

Merci pour cette explication

Pour poursuivre ce post , quelles sont les projets en cours afin d’accroître considérablement la vitesse d'une sonde et / ou d'un vaisseau ?

Des projets crédibles , pas des trous de ver ou distorsionneur d'espace-temps et autres trucs dans le genre

[Gilgamesh]

Merci pour cette explication

Pour poursuivre ce post , quelles sont les projets en cours afin d’accroître considérablement la vitesse d'une sonde et / ou d'un vaisseau ?

Des projets crédibles , pas des trous de ver ou distorsionneur d'espace-temps et autres trucs dans le genre

On rappelle les bases. L'équation de Tsiolkovski nous dit que l'incrément de vitesse Δv du mobile est égal au produit de la vitesse d'éjection u (mesurée par l'impulsion spécifique du moteur) par le logarithme du ratio de la masse de départ M₀ par la masse d'arrivée M (masse sèche sans carburant):

Δv = u ln(M₀/M)

Parmi les voies technologiques réalistes (basé sur une physique solide) :

1. Propulsion chimique
   Avantage : c'est au point . Permet d'atteindre de fortes poussées. Seule solution actuelle pour s'arracher du puits gravitationnel de la Terre.
   Inconvénient : il n'y a plus depuis longtemps de progrès à attendre concernant la vitesse d'éjection qui est proche du maximum théorique autorisé par la chimie. Isp max (LOX/LH2) : 430 s.
   Le seul levier disponible consiste à augmenter la masse de carburant. Par exemple sous la forme d'un ravitaillement en orbite (solution proposé par Space X pour son projet martien)
   
   
2. Propulsion nucléaire thermique
   Exemple : NERVA : Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application mis au point dans les années 60 | Timberwind
   
   Principe : utilise un réacteur nucléaire pour chauffer un fluide propulsif. Celui-ci, comme dans le cas d'un moteur-fusée classique, est expulsé via une tuyère pour fournir la poussée qui propulse la fusée.
   
   Avantage : permet de combiner un forte poussée (35 kN pour NERVA) et une bonne impulsion spécifique (910 s).
   inconvénient : pas de projet en cours. Mauvaise image du nucléaire, contraintes juridiques sur l'utilisation de l'énergie nucléaire dans l'espace.
   
   
3. Propulsion électrique :
   • Propulsion électrique ionique à grille
     GIT : Gridded Ion Thruster, Electrostatic ion thruster
   ex : moteur NSTAR de la sonde Deep-Space 1, lancée en 1998. Alimentation électrique (panneaux solaires) : 2,5 kW. Poussée max : 92 mN. Durée de fonctionnement : 678 j. Ion Engine A, B, C, D de la sonde Hayabusa (aka MUSES-C, Myuzesu Shi), lancée en 2003 (mission de d'exploration et de retour d'échantillons de petits corps). Durée de fonctionnement : 1250 j cumulées en 2007.
   
   Principe : le propulsif est d'abord ionisé puis les ions obtenus vont ensuite être focalisés sous forme de faisceau grâce à une première série d'électrodes. Une autre série d'électrodes, la grille, va alors les accélérer en dehors du propulseur. C'est cette accélération dans un champs électrostatique qui permet une vitesse d'éjection, et donc une impulsion spécifique, élevée. Pour finir, un système d'émission d'électrons se charge de neutraliser le faisceau.
   
   • Propulsion électrique ionique à effet Hall
     HET : Hall Effect Thrusters or Hall Current Thrusters.
   Exemple : moteur soviétique SPT-100 (Stationary Plasma Thruster 100 mm de diamètre) développé par I. Morozov, dont est dérivé le moteur PPS1350 de la sonde SMART-1 (mission lunaire). Moteur TAL (pour Thruster with Anode Layer). Les HET ont déjà été produits à plus de 200 exemplaires, et utilisé sur environ 60 engins spatiaux depuis presque 40 ans, essentiellement russes puis occidentaux depuis 1998.
   
   Principe : par effet Hall, l'ionisation du propulsif et son accélération[/color][/b][/size] dans un champs électostatique est assuré par une circulation en boucle d'un plasma d'électron à 10-20 eV maintenu en place par un puissant champs magnétique radial dans la chambre propulsive. Il n'y a plus de grille, ce qui réduit les pertes par collision. Comme précédemment, un système d'émission d'électrons se charge de neutraliser le faisceau.
   
   Ce type de propulsion a été mené à maturité par l'Union soviétique pour la correction orbitale. Il permet notamment de faire varier la poussée sur une large gamme de variation, tandis que le moteur à grille ne possède qu'un seul régime optimal.
   
   Avantage : c'est au point. L'impulsion spécifique élevée (~ 3000 s) permet d'atteindre des objectif de mission avec quelque kg de carburant. Utilisation d'une énergie "gratuite", celle du Soleil.
   Inconvénient : génère une poussée minuscule (~ 0,1 N), rendement propulsif exécrable (ratio u/v très élevé => l'essentiel de l'énergie cinétique part dans l'éjection et non dans la masse utile), nécessite une grande quantité d'énergie électrique (panneaux solaires), donc a priori plutôt configuré pour des missions dans le système solaire interne.
   
   • Propulsion électrique à plasma
   Exemple, encore largement expérimental : VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket)
   
   Principe : de l'hydrogène neutre est injecté et confiné par un tube en quartz dans un première cellules magnétiques, où il est pré-ionisé (T ~ 30 à 50 000 K) à l'aide de radiofréquences émises par une antenne hélicon dans un champ magnétique axial. Ce plasma entre dans la chambre centrale où il est confiné et maintenu à distance des parois par des solénoïdes créant un champs magnétique axial dans l'enceinte. Une "antenne ICRH" (Ion Cyclotron Resonant Heating) ionise totalement le plasma en le portant à très haute température (10 MK) et génère un champ électrique induit qui accélère les ions en une trajectoire hélicoïdale vers la sortie. C'est le booster principal. Enfin une "tuyère magnétique" en sortie contrôle le jet de plasma en modelant axialement la trajectoire des ions.
   
   Cette tuyère à "géométrie magnétique variable", permet de faire varier l'impulsion spécifique et la poussée à puissance constante, en modulant l'intensité du champ magnétique et la géométrie de ses lignes de champ. Une analogie souvent utilisée est d'assimiler cette tuyère magnétique à la boîte de vitesses d'une automobile, dont le moteur serait alimenté en combustible à régime constant.
   
   Avantage : permet de passer d'une forte poussée à basse vitesse (ce qui rend cette motorisation applicable aux missions habitées) à une impulsion spécifique élevée pour l'atteinte de haute vitesse.
   Inconvénient : pas encore au point. Nécessite une énorme puissance électrique. Idéalement, devrait être adossé à un réacteur électrique nucléaire spatial, qu'il reste à mettre au point.
   
   
   
4. Propulsion photonique
   
   Principe : l'énergie lumineuse du Soleil transporte une certaine impulsion qui se traduit par une pression de radiation centrifuge. Cette pression a pour valeur le rapport du flux d'énergie (W/m²) sur la célérité de la lumière (c) soit environ 5 µPa à 1 UA. Cette pression ne doit pas être confondue avec celle du vent solaire (flux de protons et de particule alpha émis par la couronne solaire), qui est environ mille fois plus faible. Pour tirer partie de cette pression ténue, il faut déployer une très grande surface réfléchissante, la plus légère possible d'où le nom de voile solaire.
   
   Avantage : pas d'emport de carburant. Impulsion spécifique maximale (u = c).
   inconvénient : très grande surface de voile à déployer. Faiblesse de la poussée (donc faible manœuvrabilité de l'engin). Décroissance de la poussée en 1/d² quand on s'éloigne du Soleil.

[invite46b4a9f3]

Bonjour Gilgamesh

merci pour cette explication claire , détaillée et compréhensible pour mon petit cortex

Par contre , tu m'as tué sur , je cite : Mauvaise image du nucléaire, contrainte juridique sur l'utilisation de l'énergie nucléaire dans l'espace.

Après la 4g sur la lune , j'apprends que l'espace est régi par une juridiction terrestre c'est , comment dire ... assez surprenant

[saint.112]

Il ne faut pas perdre de vue que la conquête spatiale a commencé dans le cadre de la guerre froide et sur un mode impérialiste. Le programme Apollo a été mené comme un effort de guerre, dans l’urgence, sans regarder à la dépense. La course à la Lune était à celui qui mettrait le premier son drapeau dessus et pourrait prétendre à la possession d’un territoire. C’était évidemment non-dit mais ça allait de soi. Si les USA et l’URSS avait continué sur leur lancée il y aurait eu un carnage au dessus de nos têtes.
Ils ont décidé d’y mettre un bémol en signant le Traité de l'espace en 1967.
C’est pour ça que quand Armstrong a planté la bannière étoilée dans le régolite, la NASA a bien insisté sur le fait que c’était seulement symbolique et que les USA ne revendiquaient aucun territoire.
Ce traité et d’autres accords imposent des restrictions quant aux matières fissiles envoyées dans l’espace.
Nico

[inviteb890a5ee]

Bonjour,

La sonde la plus rapide à ce jour est la sonde Hélios 2 avec 252 292 km/h

Accessoirement, en marge de cette discussion, les vitesses héliocentriques n'ont de sens que si on sait dire à quelle distance du Soleil se trouve la sonde.

La sonde Hélios 2, avec sa vitesse record de 70 km/s à 0,289 UA du Soleil (au Périhélie) n'avait pas une vitesse suffisante pour sortir du système solaire. A cette distance du Soleil la sonde était tout juste capable d'atteindre l'orbite de la Terre à son aphélie. il aurait fallu une vitesse héliocentrique minimum de 78 Km/s au périhélie pour que Hélios 2 puisse s'echapper du système solaire avec une vitesse à l'infini quasi nulle.

A 1 UA du Soleil, la vitesse min pour sortir du système solaire est de 42 km/s.

La sonde New Horizons s'échappe du système solaire avec une vitesse héliocentrique d'environ 14,5 km/s ... mais à plus de 40 UA du Soleil, au delà de Pluton.

Une petite courbe à méditer

[inviteb890a5ee]

Pour donner des chiffres précis, la vitesse héliocentrique de la sonde New Horizons est exactement de 14,18 km/s à 40,92 UA à ce jour. La sonde a perdu autour de 0,35 km/s depuis le survol de Pluton.

Voir le site du JPL : http://pluto.jhuapl.edu/Mission/Wher...zons/index.php

[saint.112]

Une petite courbe à méditer

Et il y a même deux courbes pour le prix d'une ! Je médite à mort. Un bon schéma vaut mieux qu'un long discours. Très intéressant. Quelle source ?
Nico

[inviteb890a5ee]

Bonjour Nico,

Quelle source ? Nico

Wiki mon ami https://fr.wikipedia.org/wiki/New_Ho...C3%A9visionnel

[saint.112]

Wiki mon ami https://fr.wikipedia.org/wiki/New_Ho...C3%A9visionnel

Mais bon sang, mais c'est bien sûr !
Nico

[invite46b4a9f3]

Bonjour à tous et merci d'avoir pris du temps pour vos explications sur l'assistance gravitationnelle et les moyens de propulsions embarquées.

J'ai bien compris qu'une assistance gravitationnelle consiste à utiliser la vitesse orbitale d'un objet et qu'un soleil ou trou noir en est dépourvue.
Mais je me demande s'il est possible d’éjecter une sonde grâce à la vitesse de rotation d'un objet ( comme un athlète qui jette un poids attaché au bout d'une corde ). D’où ma question préçédente sur une éjection depuis une étoile à neutrons.

Il faut nécessairement une corde pour transmettre la force de rotation de l'étoile vers la sonde à éjecter ? Car je crois savoir que les satellites planétaires orbitent grâce à la vitesse de rotation des planètes ...? Par je ne sais quel mécanisme physique d'ailleurs je sais que sais que la force centrifuge les éloigne et que la gravité les rapproche mais quelle est la forçe qui les met en mouvement orbital?

Merci d'avance pour vos réponses qui éclaireront mon ignorance

[invite46b4a9f3]

Mon post précédent est pas très clair et contient des erreurs dûes à mon ignorance. Merci de l'ignorer

Je voulais juste savoir , pour faire simple , quelle est la force à l'origine de la vitesse orbitale et du sens de rotation d'un satellite ?

Merci

[Gilgamesh]

Bonjour à tous et merci d'avoir pris du temps pour vos explications sur l'assistance gravitationnelle et les moyens de propulsions embarquées.

J'ai bien compris qu'une assistance gravitationnelle consiste à utiliser la vitesse orbitale d'un objet et qu'un soleil ou trou noir en est dépourvue.
Mais je me demande s'il est possible d’éjecter une sonde grâce à la vitesse de rotation d'un objet ( comme un athlète qui jette un poids attaché au bout d'une corde ). D’où ma question préçédente sur une éjection depuis une étoile à neutrons.

Il faut nécessairement une corde pour transmettre la force de rotation de l'étoile vers la sonde à éjecter ? Car je crois savoir que les satellites planétaires orbitent grâce à la vitesse de rotation des planètes ...? Par je ne sais quel mécanisme physique d'ailleurs je sais que sais que la force centrifuge les éloigne et que la gravité les rapproche mais quelle est la forçe qui les met en mouvement orbital?

Merci d'avance pour vos réponses qui éclaireront mon ignorance

En première approximation (c'est à dire dans le cadre de la physique newtonienne) non, la rotation d'un astre n’entraîne pas les corps en orbite autours de lui. On peut bien sûr se servir de la vitesse de rotation, en partant du sol, pour faciliter la mise en orbite. Presque tous les satellite sont lancé vers l'Est pour cette raison. Mais par construction, aucun astre ne peut avoir une vitesse au sol égale à sa vitesse de satellisation, donc il faut une sérieuse claque supplémentaire pour se mettre en orbite. La force qui permet ça, c'est simplement la poussée des gaz éjectés par la tuyère de la fusée.

En seconde approximation, il existe dans le cadre de la relativité général un effet d'entrainement du référentiel mais même dans le cas des étoiles à neutron ça doit représenter peu de chose. Il faut des trous noirs de Kerr (en rotation) proche du maximum pour que ça produise un effet vraiment sensibles.

[pm42]

Il faut des trous noirs de Kerr (en rotation) proche du maximum pour que ça produise un effet vraiment sensibles.

3ème post du fil...

[invite46b4a9f3]

Bonjour Gilgamesh encore merci pour ces explications ^^

J'ai oublié de préciser dans la question que je voulais savoir quelle force est à l'origine du mouvement des satellites NATURELS ^^

Lorsqu'un satellite est capté par une planète ton explication est bien sûr valable.

Mais pour ceux qui se se formés par accrétion des anneaux planétaires ?
Je suppose que ma question revient aussi à savoir quelle est le mécanisme responsable de la vitesse et de la direction orbitale des planètes autour du soleil?

Qu'est ce qui "pousse" ces corps orbitalement , en équilibre entre force centrifuge et force gravitationnelle ?

Merci

[Gilgamesh]

Bonjour Gilgamesh encore merci pour ces explications ^^

J'ai oublié de préciser dans la question que je voulais savoir quelle force est à l'origine du mouvement des satellites NATURELS ^^

Lorsqu'un satellite est capté par une planète ton explication est bien sûr valable.

Mais pour ceux qui se se formés par accrétion des anneaux planétaires ?
Je suppose que ma question revient aussi à savoir quelle est le mécanisme responsable de la vitesse et de la direction orbitale des planètes autour du soleil?

Qu'est ce qui "pousse" ces corps orbitalement , en équilibre entre force centrifuge et force gravitationnelle ?

Merci

Aucune force n'est nécessaire pour qu'ils conservent leur vitesse transverse, et la force qui les a accéléré dans cet état est la force de gravité, lors de l'effondrement initial.

[saint.112]

Je te recommande de lire l’article de Wiki Formation et évolution du Système solaire. Tu trouveras toutes les réponses à tes questions.

J'ai oublié de préciser dans la question que je voulais savoir quelle force est à l'origine du mouvement des satellites NATURELS ^^

Aucune force n’a été mise en jeu pour placer les différents objets sur une orbite donnée et leur imprimer un mouvement. Comme tu verras dans l’article, la nébuleuse primitive qui a commencé à se condenser aurait pu par miracle s’effondrer entièrement radialement, ce qui aurait donné un objet unique. De fait le plus probable est qu’une telle masse de gaz et de poussières était déjà en rotation ou qu’elle s’y mette et qu’elle forme progressivement un disque. Elle a donc d’origine un moment cinétique (l’équivalent pour un système en rotation d’une quantité de mouvement). Quelle que soit la configuration ultérieure du système, le moment cinétique total sera constant, que l’on considère la révolution des planètes et autres objets autour du soleil, des satellites autour des planètes, etc., ou que l’on considère la rotation de ces dits objets.
Curieusement, le soleil qui compte pour ~99,8 % de la masse totale du système solaire, du fait de sa très lente période de rotation de ~26 jours, compte pour ~1 % du moment cinétique total.

Nico

[invite46b4a9f3]

Bonjour

Merci pour toutes ces explications je comprends mieux la cinétique des planètes et des satellites maintenant

A+

[saint.112]

Merci pour toutes ces explications je comprends mieux la cinétique des planètes et des satellites maintenant

Ce qui gouverne tout ça c’est la physique newtonienne : masse, inertie, force, gravité, etc.
Nico