Navette spatiale: le projet ventout N°2

[invitea0046ad4]

Fort bien, mais c'est quoi ton système de propulsion ?
Qu' y a-t-il après les piles thermoioniques ?
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[invitecc43cae8]

Fort bien, mais c'est quoi ton système de propulsion ?
Qu' y a-t-il après les piles thermoioniques ?

Cela dépend des piles thermoioniques.
Puisqu'il faut 1650° pour une face et 1150°C pour l'autre face, la question est: faut-il essayer de garder les 1150° en isolant cette face ou faut-il la refroidir ?
Car s'il faut la refroidir alors on a a disposition une source chaude à disons 1000°C, source chaude.
Alors, pendant la phase ascentionnelle on utilise l'air atmosphérique pour refroidir ET pour la propulsion: on a donc un statoréacteur bi-étage: préchauffage avec source chaude de 1000° et ensuite l'énergie électrique produite par les piles thermioniques élève davantage la température: "torche à plasma".
Mais attention: double flux (comme les turbofans), seul le coeur du flux est "plasma".
Ensuite, lorsqu'on a atteint l'espace, seul le coeur "plasma" sert à la propulsion (le flux externe n'est plus puisque plus d'air).
La forme générale du véhicule ressemble à un cigarre très très applati.

[invitea0046ad4]

Quelques questions pour que je puisse y réfléchir :
- je ne connais des piles thermoioniques que le principe. Quelle puissance massique peut-on en attendre ?
- une fois sorti de l'atmosphère, quelle température de plasma penses-tu pouvoir atteindre pour la phase anaérobie (approx bien sur) ?

A+

[invitecc43cae8]

Je connaissais il y a longtemps le sous-directeur de la SNIAS et aussi un ingénieur qui travaillait sur le GP200, (torche à plasma). Si j'ai bonne mémoire le problème majeur était l'usure des électrodes en graphite (depuis le problème a trouvé sa solution). Mais on devrait pouvoir tenir les 2800°. Quoi qu'il en soit, la solution qui serait retenue au-delà de l'atmosphère n'a pas grande incidence sur la phase aérobie (je veux dire que nous avons le choix).

je ne peux te donner l'info que tu demandes pour la puissance massique des piles thermoïoniques. Cependant, il ne s'agit que deux deux faces métaliques séparées sur le pourtour par de la céramique, avec du césium dedans et qui peut atteindre le rendement de conversion extraordinaire de 90% (et même 95% annoncé parfois !) sur la tranche de température 1650° / 1150°. Etant donné d'une part, le rendement phénoménal et, d'autre part, la simplicité, je pense que la puissance massique doit être plutôt pas mal !

Et si c'était un problème, y a la portance pour la phase aérobie et ensuite on CONSERVE la liberté de choisir une solution chimique par exemple... seule ou en complément.
Et aussi l'autre système avec miroirs et focalisation directe pour atteindre de hautes température doit pouvoir atteindre une encore plus haute puissance massique.

[invitecc43cae8]

Re-bonjour,

et je pense tout à coup au grand intérêt que pourrait présenter un miroir embarqué de forme cylindro-parabolique (!) pour focaliser la lumière sur une ligne focale... qui serait l'axe par lequel un fluide serait chauffé et éjecté !
Voilà une amélioration qui me semble très prométeuse dans l'optique d'améliorer grandement la puissance massique !

A+

[invitecc43cae8]

Amélioration !

le véhicule spatial est un long miroir cylindro-parabolique et là où se trouve la ligne de concentration du rayonnement est le système de propulsion.
En fait il y a trois miroirs très longs et accolés (de façon à réduire la distance focale) et donc trois moteurs. Les miroirs sont en matériaux composites recouverts d'une matière réfléchissante ET constituent des réservoirs d'ergols pour la phase de vol balistique. Ils font aussi la portance, pour la phase aérobie, bien sûr.
A+
ventout

[invitecc43cae8]

Amélioration !

puisqu'on a déjà la structure... ça coûte rien d'ajouter trois autres miroirs dessous. Donc trois dessus et trois dessous, pour plus de puissance.
Avec toujours les miroirs en orbite et ceux sur Terre.

A+

[invite8c514936]

Les "revendications" de Lambda0 dans les messages #23 et #28 me semblent très raisonnables et légitimes, ventout. Sans ordres de grandeurs, tu peux bien continuer à ajouter des améliorations, mais rien ne nous dit ni ne te dit que ça va effectivement améliorer significativement le schmilblick, si tu est off de plusieurs ordres de grandeur dès le départ...

[invitecc43cae8]

Les "revendications" de Lambda0 dans les messages #23 et #28 me semblent très raisonnables et légitimes, ventout. Sans ordres de grandeurs, tu peux bien continuer à ajouter des améliorations, mais rien ne nous dit ni ne te dit que ça va effectivement améliorer significativement le schmilblick, si tu est off de plusieurs ordres de grandeur dès le départ...

je trouve ça extraordinaire, tant d'enthousiasme de ta part deep_turtle... Avec un esprit positif, a priori, alors il devient plus facile de comprendre qu'on est très au-dessus du réalisable !
Il suffit de réfléchir sur le principe lui-même: la multiplication du nombre de miroirs ne s'arrête qu'à la limite des matériaux au niveau de la réception ! Ainsi l'énergie reçue par le véhicule peut être très grande... et d'autant qu'il est possible de réduire le volume et d'augmenter la surface... et encore d'autant plus que le procédé que j'envisage n'est exclusif d'aucun complément... et qu'il marcherait très bien AUSSI une fois en orbite...

ventout

[invitea0046ad4]

Ouf, je ne suis pas le seul à réagir sur le mode interrogatif (salut deep)

Curieux... Tu as dis ailleurs que tu avais travaillé sur les piles thermoioniques et tu n'as même pas un ordre de grandeur à donner ? Cette valeur de puissance massique est pourtant fondamentale ici, et ce n'est pas parce que le rendement de conversion thermoionique est éventuellement très bon que la puissance massique l'est aussi. Je suis même à peu près persuadé du contraire. Et il y a forcément des phénomènes de saturation qui interviennent à des puissances élevées, si j'ai bien compris le principe de ces piles. Or, on a justement besoin de MW de puissance électrique.

En ce qui concerne la température, le sens de ma question était d'essayer de calculer la vitesse d'éjection et l'impulsion spécifique du système. Une température de 2800K ne permet sûrement pas des miracles de ce point de vue.
Au fait, la vitesse d'éjection croit comme la racine carré de la température.

Bien cruelles sont les lois de la physique...

Je suis un peu embêtant avec mes questions mesquines, mais je ne demande qu'à considérer le dispositif, pour peu que je dispose de quelques données. Je n'ai pas le temps de les chercher, mais je veux bien faire quelques calculs simples.

A+

[invitecc43cae8]

Ouf, je ne suis pas le seul à réagir sur le mode interrogatif (salut deep)

cela voudrait-il dire que je ne pose pas de questions ? ...
alors qu'est-ce que je fais d'autre ?

Curieux... Tu as dis ailleurs que tu avais travaillé sur les piles thermoioniques et tu n'as même pas un ordre de grandeur à donner ? )

"travailler" ?
qui a dit ça ?
pas moi !

Cette valeur de puissance massique est pourtant fondamentale ici, et ce n'est pas parce que le rendement de conversion thermoionique est éventuellement très bon que la puissance massique l'est aussi.

je n'ai jamais dit ça !
dans ma phrase il y avait: "d'une part" ET "d'autre part", deux conditions... et là plus qu'une seule ?...

Je suis même à peu près persuadé du contraire. Et il y a forcément des phénomènes de saturation qui interviennent à des puissances élevées, si j'ai bien compris le principe de ces piles. Or, on a justement besoin de MW de puissance électrique..

donc il y ce que je n'ai pas dit et qu'on me fait dire... et en plus ce que j'ai dit et qui passe à la trappe...
Ainsi je fais remarquer que la chaleur perdue n'est pas perdue... si l'on peut dire... lorsque je parle de la source chaude à 1000° et du "bi-étage"...

En ce qui concerne la température, le sens de ma question était d'essayer de calculer la vitesse d'éjection et l'impulsion spécifique du système. Une température de 2800K ne permet sûrement pas des miracles de ce point de vue.
Au fait, la vitesse d'éjection croit comme la racine carré de la température.

bien, mais cette réponse ne répond pas à tout ce qu'il est possible de faire avec de l'énergie électrique...

Bien cruelles sont les lois de la physique.....

Le sont-elles vraiment pour moi ?

Je suis un peu embêtant avec mes questions mesquines, mais je ne demande qu'à considérer le dispositif, pour peu que je dispose de quelques données. Je n'ai pas le temps de les chercher, mais je veux bien faire quelques calculs simples.

je ne suis demandeur de rien: je pensais qu'il était convivial et de bon goût d'apporter le meilleur de moi-même pour discuter dans un forum.
A+
ventout

[invitecc43cae8]

Bonjour, ici ventout !

C'est pas compliqué. Des miroirs dans l'espace et sur Terre, autant de miroirs qu'il en faut pour fournir suffisament d'énergie d'origine solaire à un "corps", un corps mobile et destiné à voler grâce à cette énergie et même peut-être capable d'atteindre l'orbite AVEC OU SANS (c'est une question...) l'aide d'une énergie embarquée supplémentaire (chimique ou électrochimique), cette énergie supplémentaire étant destinée (si besoin il y a) à être utilisée à partir du moment où la portance devient très faible (entre 50 et 70 km ?) et jusqu'à la satélisation ou jusqu'à ce que la trajectoire acquise permette ultérieurement d'atteindre la satélisation.
Alors voilà la question: quelles sont les possibilités, les dispositifs complémentaires, les définitions complémentaires, qui permettraient de penser que le concept (concept = utilisation de miroirs pour donner de l'énergie à un véhicule spatial et pour sa propulsion) soit utilisable dans la réalité (pas seulement dans l'esprit de ventout).
Il faudrait penser à TOUTES les options possibles avant de se prononcer sur l'intérêt réel du concept.
Les miroirs permettent-ils de sélectionner parmi les longueurs d'onde ?
Le suivi du véhicule: par dessus ET par dessous (miroirs sur Terre ET dans l'espace ?) ?
Les moyens de produire une poussée: quelle propulsion avec cette source énergétique ?
quelles sont TOUTES les possibilités de propulsion avec cette source énergétique ?
etc... etc...
J'ajoute que l'intérêt tient en ce que l'on n'a pas à emporter l'énergie que l'on reçoit de l'extérieur et que ce que l'on peut recevoir ainsi est énorme (est seulement limité par les matériaux et par le moyen utilisé pour la propulsion)... et aussi que cela correspond à gain de masse (plus de 95% de la masse des fusées c'est cette énergie-là), un gain n'étant pas une perte...
Si les piles thermoioniques sont trop lourdes (la question reste ouverte) alors des miroirs sur le véhicule pourraient focaliser la lumière pour atteindre des niveaux d'énergie considérables... peut-être des températures de plus de 10 000° ?

ventout

[invitea0046ad4]

Eh, fô po etre susceptible comme ça, sieur ventout !

Ben si, c'est compliqué pour moi, mais je reconnais être un peu long à la détente. Je ne vois toujours aucun calcul d'ordre de grandeur.
J'ai bien compris l'intérêt, dès le départ, de ne pas emporter à bord toute l'énergie nécessaire, c'est bien une idée intéressante (et qui est loin d'être nouvelle).
En ce qui concerne les moyens de produire une poussée, il s'agit dans tous les cas d'expulser un fluide avec une vitesse maximale : plus la vitesse d'éjection est élevée, moins il faut expulser de masse (conservation de la quantité de mouvement).
Comment produire la vitesse d'éjection :
- chauffage par une réaction chimique (combustion)
- chauffage par une source de chaleur externe au fluide
- accélérateur de particules (propulsion ionique, plasmique)
Il y a bien quelques autres solutions potentielles, du type canon EM, nettement plus violentes, et qu'on ne considèrera pas pour l'instant.
A mon avis, le problème n'est pas "quelle propulsion avec cette source énergétique ?", mais plutôt "quelle source d'énergie pour cette propulsion ?"

Laissons de côté la solution "réaction chimique", qui est la solution des moteurs fusée actuels, et qui semble bien avoir atteint une limite avec le couple H2/O2.
Laissons aussi de côté la solution "accélérateur de particules". J'ai déjà fait un calcul ailleurs expliquant pourquoi la solution de l'accélérateur de particules était invraisemblable dans ce contexte.
Reste le chauffage. Je ne sais pas comment tu comptes atteindre 10000K avec un chauffage direct par une lumière à 6000K, le détail du dispositif m'intéresse beaucoup.
A titre indicatif, le four solaire d'Odeillo a atteint environ 3500K sur une toute petite zone au moyen de 3000m² de miroirs, et le 2ème principe de la thermodynamique nous met bien les batons dans les roues.

Admettons quand même les 10000K. Supposons que l'on arrive à chauffer de l'hydrogène à cette température avec de l'énergie solaire de façon directe. Comme on peut être loin de l'équilibre thermodynamique, ce n'est peut-être pas strictement impossible.
Je te laisse un peu réfléchir à "pourquoi de l'hydrogène" et pas autre chose.
La vitesse d'éjection correspondante vaut environ : ve=Racine(RT/M)
Soit ve=9120m/s
C'est la limite ultime permise par la thermodynamique, mais on n'y arrive sûrement pas à cause de pertes diverses.
C'est déjà un peu mieux que la propulsion chimique, où on atteint 4500m/s, la vitesse étant dans ce cas de l'ordre de Racine(H), H étant l'enthalpie de la réaction.
Donc, rien de transcendant par ici, et on a pourtant fait une hypothèse très forte au début.

Autre possibilité : utiliser l'énergie solaire pour produire de l'énergie électrique et chauffer le fluide par une résistance. Principe connu sous le nom résistojet. Je te laisse faire toi même les calculs, cette fois-ci, ce n'est pas non plus très compliqué. A mon avis, on est complètement à côté de la plaque, mais je peux me tromper : à toi de faire un calcul, et si on est pas faux d'un rapport 1000, ça vaut la peine de continuer.

Tu vois, je ne rejette absolument pas les idées. Je voudrais seulement que tu mettes à côté quelques chiffres qui montrent que tu as déjà un peu réfléchi à la question, quelques références bibliographiques.
Je ne connais pas toutes les technologies dont tu parles, et je n'ai pas le temps de chercher toutes les informations.

Prenons pour fixer les idées la situation suivante :
supposons qu'au moyen d'une propulsion aérobie de type scramjet on arrive à amener à 100km d'altitude une charge de 50t à la vitesse de 3000m/s (après avoir largué la propulsion aérobie et les réservoirs, il nous reste 50t).
Celà représente déjà un sacré saut technologique, mais ce n'est pas invraisemblable, à l'échelle de 20 ans par exemple.
Donc, nous sommes à 100km, plus assez d'air pour faire fonctionner une propulsion aérobie. Nous voguons à 3000m/s et de grosse gouttes de sueur perlent le front du pilote qui se demande si l'étage suivant va se mettre en marche sans un feu d'artifice.
Et on met en marche ton système.
J'ai développé le calcul plus haut : il s'agit de passer de 3000m/s à 7300m/s en 10min, sous peine de retomber comme une pierre.
- peux-tu décrire exactement le système de propulsion envisagé ?
- ainsi que quelques ordre de grandeur de performance, et en particulier la vitesse d'éjection ?
- connaissant la vitesse d'éjection, il est très facile de calculer la masse effectivement satellisée

A toi de jouer.
Tu peux prendre ton temps, je ne reviens pas avant lundi.

A+

[invitecc43cae8]

Bonjour lambda0,

ok, intéressant. Je vais essayer de te faire une réponse intéressante d'ici lundi vers 15 heures (j'ai du temps).
Cela dit, tu peux continuer de t'adresser à moi en disant "sieur ventout".

A+
ventout

[invite87019fb4]

vous semblez totalement mettre de cote la propulsion chimique, on peut toujours trouver de nouveaux carburants plus efficaces que le couple que l'on utilise actuellement.

[invitecc43cae8]

vous semblez totalement mettre de cote la propulsion chimique, on peut toujours trouver de nouveaux carburants plus efficaces que le couple que l'on utilise actuellement.

le plus efficace est le couple fluor / hydrogène (un peu mieux que O2 / H2) mais le fluor est terriblement corrosif et toxique...


reponse à lambda0

OK !
Soyons réalistes et tordons le cou à ce problème avec des pensées claires et incisives.

Pour avancer, nous devons éjecter de la matière (pas de ballons et pas d’ascenseurs ici).
Pendant que nous progressons dans l’atmosphère nous pouvons éjecter de l’air non-embarqué.
Lorsque nous sommes au-delà de l’atmosphère, nous devons éjecter une matière embarquée.
Quitte à embarquer de la matière, il est préférable que celle-ci représente un capital énergétique et que donc elle ne soit pas inerte (comme par exemple du xénon… ou de l’hydrogène sans oxygène…).

Tout le reste découle tout naturellement de ces simples constats et sans grandes possibilités de dévier !

1 : le rayonnement reçu par le véhicule sert à la propulsion pendant la phase aérobie et pourrait suffire (on ne touche pas au stock de matière embarquée pour la propulsion jusqu’à ce que l’on soit sorti de l’atmosphère). Ainsi, pendant la phase atmosphérique nous profitons de TROIS choses : la portance, la masse éjectée (l’air lui-même…) et l’énergie qui vient à nous par rayonnement.

2 : lorsqu’on approche du vide spatial nous devons éjecter de la matière embarquée. Nous brûlons par exemple du méthane et de l’oxygène (qui ont à peu près les même températures de liquéfaction, températures qui laissent espérer une conservation indéfinie dans l’espace grâce à une bonne isolation et un dispositif actif de refroidissement; ce qui présenterait un autre intérêt que ceux qui motivent déjà le projet « volga », O2 + méthane, avec les russes). Là, l’énergie reçue par rayonnement présente de l’intérêt dans la mesure où elle permettrait d’augmenter l’impulsion spécifique que l’on a déjà avec la combustion classique.

3 : alors, deux étages distincts (un purement aérobie et un purement anaérobie) ou un véhicule « un » qui intègre en lui-même ces deux étages ? Qu’ont-ils en commun ces deux étages (et afin qu’ils ne soient qu’un) ? Ils ont en commun la voilure qui ne sert pas qu’à la portance mais qui sert aussi comme capteur du rayonnement dans l’atmosphère et au-delà (« and beyong… » comme dirait l’autre…). C’est donc le dispositif qui permet d’améliorer l’impulsion spécifique de la combustion O2 + méthane avec l’énergie qui est reçue par rayonnement qui doit être l’objet central de notre réflexion.

Ventout
(à suivre…)

[invitecc43cae8]

Bonjour,

(la suite…)

nous distinguons :

1 : la nécessité d’une poussée importante (et donc d’un débit important) au sortir de l’atmosphère. Nous ne pouvons totalement rejeter la possibilité de trouver le moyen d’améliorer l’impulsion spécifique de la combustion O2+CH4 dans le cas d’un débit important et avec l’emploi de l’énergie électrique disponible.

2 : le dispositif propulsif qui permettra d’augmenter beaucoup l’impulsion spécifique de la combustion O2 + CH4 pour un petit débit et de façon à profiter au mieux de l’énergie reçue et en économisant sur la masse destinée à être éjectée. Il fonctionnera seul (pour le « and beyong ») et éventuellement comme complément d’une poussée « classique » au sortir de l’atmosphère.

Je suggère, pour le moteur :

Combustion O2+CH4 dans une petite tuyère rallongée par un tube de diamètre plus important (2 fois le diamètre?) et de longueur plus de dix fois la longueur de la tuyère (peut-être 20 fois ou 30 fois ?). Ce tube est muni d’une surface réfléchissante sur le plus large spectre possible mais en privilégiant les longueurs d’ondes les plus énergétiques (avec du méthane nous aurons beaucoup d’u.v.) ET l’intérieur est hautement saturé de micro-ondes qui portent les gaz de combustion à l’état de plasma et élèvent sa température ET un champ magnétique limite l’interaction dudit plasma avec le tube ET éventuellement un dispositif complémentaire pour élever davantage la température (10 000° ? ) en introduisant directement un rayonnement solaire très concentré.
Tout simplement

Une étude très intéressante sur le césium thermoïonique et la conversion de l’énergie solaire en électricité :
http://energie.insa-lyon.fr/rapport/PE/PE_5-5.pdf
avec la conclusion page 32

et je note la concentration 16000 atteinte à PROMES - Odeillo
soit entre 15000 et 16000kw/m2
Rien n’interdit, théoriquement, d’atteindre des concentrations de l’ordre de 1 000 000 ou 1000 000 000 ou même beaucoup plus.

A+
ventout

[invite03f54461]

Salut

on peut toujours trouver de nouveaux carburants plus efficaces que le couple que l'on utilise actuellement.

Si tu as mieux que H2 et O2 en terme de rapport masse embarquée-puissance fournie, fais nous en part,
ça intéresse tous ceux qui suivent ce sujet.

[invitecc43cae8]

Bonjour,

(la suite… )

Résumé :
Des miroirs en orbite et des miroirs sur terre (nombreux et immenses). Un port spatial dans un site approprié (ciel souvent dégagé et clair, en altitude et proche de l’équateur : hauts plateaux péruviens ou tanzaniens). Une voilure qui sert à la portance et qui reçoit le rayonnement solaire concentré par les milliers de miroirs situés en orbite et sur Terre. Le rayonnement reçu pourrait : 1- être focalisé par une voilure de forme appropriée (par exemple : miroirs cylindro-paraboliques) et pour fournir en énergie un dispositif propulsif adapté à cette source énergétique (dessus ET dessous la voilure), ou alors 2-le rayonnement serait suffisamment concentré pour faire fonctionner directement un convertisseur thermoïonique qui recouvrerait toute la voilure (piles thermoïoniques classiques ou convertisseurs thermoïoniques solaires cf. le lien déjà donné :
http://energie.insa-lyon.fr/rapport/PE/PE_5-5.pdf ) par dessus ET par dessous la voilure.

Voyons ça en très gros, à la louche, comme on dit :

Dans le second cas, nous aurions des concentrations disons de l’ordre de 10 000 soit 10 MW/m2, un taux réel de conversion de 20% soit au final 2 MWe/m2, mais on donnera 50% à qui en veut (pour acheter notre optimisme et pour toutes les pertes ici et là et patati et patata) soit 1 MWe/m2 disponibles pour la propulsion électrique. Pour ce qui est de la masse, à la louche (ou même au sceau… ) on dira 100 kg/m2 tout compris (estimation pessimiste !) avec structure porteuse (voilure). Voilà qui nous ferait 10KWe/kg, ce qui est vraiment énorme d’un certain point de vue mais qui est très petit d’un autre point de vue… Quoi qu’il en soit de la mise sur orbite, l’intérêt du dispositif est plus qu’évident pour la propulsion pour l’espace lointain!… Et l’estimation est vraiment pessimiste (peut-être bien d’un ordre de grandeur !).

Dans le premier cas (1) (avec miroirs embarqués), c’est la concentration finale qui limite la concentration reçue par la voilure. On se demande, en effet, quels matériaux pourraient supporter des concentrations d’un million par exemple. Donc dans ce cas, le véhicule serait conçu très léger (miroir = microfilm métallique sur matériaux composites, par exemple). Le dispositif propulsif se situe non pas à un point focal mais sur une ligne focale (à cause de la dorme cylindro-parabolique du miroir). La chaleur serait utilisée directement : pas de pertes dues à la conversion. A priori, cette solution permettrait d’atteindre des puissances massiques très supérieures à l’autre solution (avec convertisseurs thermoïoniques).
Un autre avantage (et non des moindres) serait la possibilité d’utiliser beaucoup moins de miroirs en orbite et sur Terre. Et tout à coup il m’apparaît que ce procédé pourrait peut-être être réalisé pour de bon et pour la phase de mise sur orbite. En effet, comme déjà dit, nous profitons de la portance, de la masse à éjecter non-embarquée et de la source énergétique extérieure et de l’appoint de la propulsion chimique au sortir de l’atmosphère.
Mais le sens de déplacement du véhicule se fait perpendiculairement au rayonnement reçu, ce qui limite beaucoup les possibilités de trajectoire pour l’espace lointain et oblige d’éloigner les miroirs de la Terre (sur la Lune ?) et afin de pouvoir suivre la trajectoire dudit véhicule.

(à suivre… )

A+
ventout

[invitecc43cae8]

Bonjour,

(la suite… )

La motorisation (dans le cas des miroirs cylindro-paraboliques)

Un fluide sous forte pression libéré dans une tuyère ne suffit pas pour atteindre une grande vitesse d’éjection : il faut aussi une expansion du fluide produite par sa chaleur, les molécules se repoussant les unes les autres par agitation thermique en tous sens. La tuyère permet de contraindre cette expansion dans une direction.
Le chauffage par réaction chimique, comparé au chauffage par une source extérieure, possède cet avantage que la chaleur vient du fluide lui-même et de façon homogène. Alors que communiquer la chaleur « de l’extérieur » sans combustion n’est pas simple du tout. Cela ne peut se faire que de façon progressive et lente. Cette progressivité et cette lenteur implique beaucoup de frottements. Mais ce n’est pas trop grave en ce que ces frottements sont finalement de la chaleur… Mais il faut alors compenser par une plus forte pression en amont… qui hélas coûte cher en terme de rendement final.
Pour illustrer la difficulté, des chercheurs en énergie solaire thermique ont pensé utiliser de l’air comme fluide caloporteur. Pour le chauffer une solution très intéressante est d’utiliser des fines bandes métalliques (comme les grattoir métalliques pour le récurage des plats) tordues en tous sens : le rayonnement concentré pénètre à l’intérieur ; l’air passe à travers pour y être chauffé (des températures d’air supérieures à 850°C ont été atteintes et avec débits intéressants). Bien sûr, il est inconcevable de faire passer l’air à grande vitesse à travers un tel dispositif. Donc aussitôt nous pensons au venturi. En effet, il serait intéressant de pouvoir transformer la vitesse de l’air en pression, de le chauffer alors et malgré l’élévation de température qui résulte de cette augmentation de pression puis de transformer la pression en vitesse pour la propulsion.
Dans les pompes venturi (avec parfois des dimensions et des débits considérables, par exemple plusieurs m3 de boues aspirées à la seconde !) l’angle des tuyères fait environ 1,5° pour la transformation de la pression en vitesse ET ensuite de la vitesse en pression. Cette information pourrait être intéressante en ce que l’on pourrait envisager une très longue tuyère « venturi » pour l’une des phases d’un chauffage progressif.
Bien sûr, même avec des température de 2800°C (limite optimiste) de la surface interne du « tube-stato-venturi-solaire» l’efficacité réelle serait très faible… mais surtout à cause des frottements… ce qui laisse espérer une amélioration des performances par « effet de dimension ». Plus l’engin sera grand et mieux il fonctionnera!
Avec l’augmentation des dimensions, la part de chauffage imputable à l’absorption du rayonnement par l’air augmente relativement à la part du chauffage par convection : le temps de passage dans le « tube-stato-venturi-solaire » étant considérablement augmenté.
Nous avons atteint la limite… et l’avenir reste sombre dans cette voie… sauf peut-être à envisager des solutions techniques extrêmes comme celle-ci : atteindre des niveaux de concentrations énergétiques phénoménaux ( !) et afin de vaporiser à des températures phénoménales une matière inerte (comme du graphite) sur une ligne passant au cœur du flux du « tube-stato-venturi-solaire » (et nous retombons partiellement dans le cas de l’emport de matière inerte à éjecter pendant la phase aérobie…), sauf à trouver mieux ! Et il y a mieux !
L’intérieur d’un « tube-stato-venturi-solaire » pourrait être couvert de piles thermoïoniques de sorte que l’on ait le beurre et l’argent du beurre, la chaleur pour le stato. ET l’énergie électrique. BIEN SUR ! C’est le truc !
Le problème devient alors : comment éclairer l’intérieur du stato. avec de très fortes concentrations ?

(à suivre… )

ventout

[invitecc43cae8]

Bonjour !

(la suite… )

Un dispositif terrestre émet verticalement un faisceau lumineux de 100m de diamètre et de 50MW/m2 et à partir d’une multitude de miroirs solaires (il faut près de 10 km2 de miroirs orientables. Penser à la possibilité qu’une grande part de ces miroirs se trouvent en orbite, la lumière étant réfléchie plusieurs fois et à des niveaux de concentration croissants). Sur le trajet du faisceau lumineux se trouve notre fameux véhicule spatial… Il est destiné à atteindre l’orbite et à rester dans l’espace (il ne redescendra pas).
Il est constitué d’un tube de 50m de diamètre et de 200m de long, recouvert de convertisseurs thermoïoniques sur toute sa surface intérieure, un miroir de forme conique se trouve au centre du tube et reçoit le rayonnement concentré à partir du sol, rayonnement qu’il renvoie latéralement vers les convertisseurs thermoïoniques de sorte qu’ils reçoivent environ 10 000kw/m2. Le miroir central n’a pas besoin d’être beaucoup refroidi dans la mesure où les miroirs primaires sont composés du même matériaux et qu’ils ont déjà absorbé les longueurs d’onde qui pourraient être responsables de l’échauffement. Pendant la phase ascensionnelle, l’air sera comprimé par la vitesse et par le cône de choc (cf. discussion sur les statoréacteurs) avant de lécher la surface des convertisseurs portés à la température de 1700°c et de produire une poussée par détente (la forme étant optimisée avec le cône central en vis-à-vis). La forme en tube favorise un peu la résistance mécanique à la pression interne du césium sur la face chaude, ce qui permet d’en augmenter un peu la concentration et la pression et donc le rendement ou encore de réduire un peu la masse. Il reste, entre autres choses, à définir l’usage que nous faisons de l’énergie électrique. Un moteur électrique linéaire (et mis en boucle) actionne une turbine au sommet du tube et pour le début de la propulsion et même ensuite. Une masse non négligeable ( !) d’ergols O2 et CH4 trouvent place dans le cône du miroir central, la pointe inférieure du cône étant muni du moteur qui brûle les ergols. Ledit moteur sera allumé brièvement pour le début du décollage et jusqu’à ce que le stato. s’y substitue. Il sera rallumé au sortir de l’atmosphère. La vitesse augmentant avec l’altitude (accélération), l’énergie électrique qui était utilisée pour la turbine est maintenant de plus en plus utilisée pour générer des micro-ondes (nous avons déjà vu qu’un très puissant générateur de micro-ondes sera utilisée pour la propulsion interplanétaire : il est à bord du vaisseau spatial…) qui augmentent la poussée du stato en chauffant davantage l’air qui y circule. Vers 70km d’altitude et Mach 5 la combustion de O2 et CH4 reprend et l’énergie électrique est toujours distribuée aux générateurs de micro-ondes qui pivotent et envoient maintenant leurs micro-ondes dans le moteur central à forte impulsion spécifique. Lorsque la vitesse et l’altitude s’approchent de la limite à partir de laquelle le véhicule spatial devrait atteindre l’orbite géostationnaire à vitesse nulle, alors seul le moteur à forte impulsion spécifique continue de pousser. Puis le faisceau lumineux s’éteint, le tube se scinde en dix parties, dix pétales qui s’ouvrent de bas en haut et afin de présenter une surface à peu près plane à un autre faisceau lumineux dirigé vers d’autres planètes… (nous avons absolument besoin d’un immense convertisseur thermoïonique pour la propulsion interplanétaire… et notre procédé permet de l’utiliser DEPUIS LE SOL).

FIN

ventout

[invitecc43cae8]

Bonjour !

Pour la propulsion interplanétaire, lorsque les pétales sont ouverts, une voile solaire est déployée entre les pétales (et au-delà, avec une structure qui double ou triple la longueur des pétales) et afin de profiter le la poussée produite par le rayonnement concentré à plus de 5000 fois le rayonnement solaire au niveau de l’orbite terrestre… ce qui vient s’ajouter à la propulsion électrique qui est elle-même ajoutée à la propulsion chimique… (quelle poussée totale ! Peut-être bien une accélération phénoménale de 0,01g pendant... plusieurs mois?).
A+
ventout

[invitea0046ad4]

Rep Ventout

Salut !
Pas trop de temps pour répondre de façon détaillée aujourd'hui. Je regarde tout celà à tête reposée ce soir et répond demain.
Très bien pour ce travail de doc.
En ce qui concerne la propulsion une fois qu'on est dans l'espace, on a déjà beaucoup plus de choix, j'ai étudié le problème depuis quelques mois et fait pas mal de simulations.
Ce qui m'intéresse le plus est la façon d'atteindre la vitesse orbitale depuis une surface planétaire mais je n'ai pas vraiment étudié ce problème pour l'instant.

A+

[invitecc43cae8]

Bonjour,

Bien sûr, il s’agirait en fait de construire une immense centrale électrique à énergie solaire qui serait conçue de façon à pouvoir focaliser sa lumière sur un dispositif annexe et prévu de façon à renvoyer le rayonnement verticalement lorsqu’il s’agirait de lancer un véhicule spatial… (disons que ce serait pas tous les jours… mais que la centrale électrique rentabiliserait un peu l’installation).

A la lecture de cet article : « torches à plasma à pression atmosphérique » (avec micro-ondes !)
http://www.edpsciences.org/articles/...p3v5p1269.html
il me vient quelques idées :
l’efficacité des moteurs fusée chimiques n’est que de 35% environ. Pourquoi donc ne pas concevoir des tuyères recouvertes sur leur face interne de piles thermoïoniques (qui pourraient peut-être atteindre un rendement proche de 30% et ainsi cela n’engendrerait donc pas directement une grosse perte de rendement) dans des tuyères très allongées et afin de ré-injecter l’énergie électrique ainsi récupérée sous formes de micro-ondes au cœur du flux (au centre des couronnes d’injection des ergols) et afin d’essayer d’obtenir un fort gradient de température entre le bord du flux et son centre ? (vue en coupe du flux de gaz chauds). L’idée étant d’utiliser AUSSI une autre source d’énergie électrique, beaucoup plus importante, et de façon à produire un cœur de flux à des températures beaucoup plus grandes TOUT en protégeant la tuyère de ces températures extrêmes. C’est d’abord que l’avantage d’une captation dynamique de la chaleur par les piles thermoioniques permet d’y abaisser la température sans la perdre ! ! !… Et pour ce qui est des turbulences engendrées en conséquence, ce serait à étudier (mais pas un gros problème je pense) : la perte de vitesse d’éjection sur le bord du flux serait PLUS que compensé par le gain de poussée dans la partie centrale (grâce à l'apport extérieur de beaucoup d'énergie électrique). La tuyère serait aussi capable de tenir longtemps et sans avoir besoin d’un refroidissement dynamique par la circulation des ergols froids, ce refroidissement étant alors concentré sur l’antenne émettrice des micro-ondes et les couronnes d’admission. Il s’agirait donc d’un moteur mixte, chimique ET électrique, d’impulsion spécifique très augmentée, et capable de fonctionner à pression atmosphérique.

A+
ventout

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Salut

c'est bien d'avoir essayé de donner quelques chiffres, mais ceux si sont un peu irréalistes, quand on ne viole pas ouvertement des lois physiques.

1 : le rayonnement reçu par le véhicule sert à la propulsion pendant la phase aérobie et pourrait suffire (on ne touche pas au stock de matière embarquée pour la propulsion jusqu’à ce que l’on soit sorti de l’atmosphère). Ainsi, pendant la phase atmosphérique nous profitons de TROIS choses : la portance, la masse éjectée (l’air lui-même&#8230 et l’énergie qui vient à nous par rayonnement.

=> bien insister sur le conditionnel : POURRAIT suffire. Pure ypothèse pour l'instant, qu'il faudra étayer avec des chiffres. Je pense toujours qu'on est faux de plusieurs ordres de grandeur.

2 : lorsqu’on approche du vide spatial nous devons éjecter de la matière embarquée. Nous brûlons par exemple du méthane et de l’oxygène (qui ont à peu près les même températures de liquéfaction, températures qui laissent espérer une conservation indéfinie dans l’espace grâce à une bonne isolation et un dispositif actif de refroidissement; ce qui présenterait un autre intérêt que ceux qui motivent déjà le projet « volga », O2 + méthane, avec les russes). Là, l’énergie reçue par rayonnement présente de l’intérêt dans la mesure où elle permettrait d’augmenter l’impulsion spécifique que l’on a déjà avec la combustion classique.

=> quelle impulsion spécifique pour cette réaction ?
Je pense que le puissance reçue par rayonnement et utilisable est tout à fait négligeable devant celle produite par la réaction. Voir plus loin.

3 : alors, deux étages distincts (un purement aérobie et un purement anaérobie) ou un véhicule « un » qui intègre en lui-même ces deux étages ? Qu’ont-ils en commun ces deux étages (et afin qu’ils ne soient qu’un) ? Ils ont en commun la voilure qui ne sert pas qu’à la portance mais qui sert aussi comme capteur du rayonnement dans
l’atmosphère et au-delà (« and beyong… » comme dirait l’autre&#8230. C’est donc le dispositif qui permet d’améliorer l’impulsion spécifique de la combustion O2 + méthane avec l’énergie qui est reçue par rayonnement qui doit être l’objet central de notre réflexion.

=> Ok sur le principe. J'imagine donc un engin plat comme une limande, un genre de soucoupe volante, quoi.

A suivre...

[invitea0046ad4]

(suite)

1 : la nécessité d’une poussée importante (et donc d’un débit important) au sortir de l’atmosphère. Nous ne pouvons totalement rejeter la possibilité de trouver le moyen d’améliorer l’impulsion spécifique de la combustion O2+CH4 dans le cas d’un débit important et avec l’emploi de l’énergie électrique disponible.

=> Valeur d'impulsion spécifique de 02/CH4 ?
Si le débit est important, celà augmente d'autant la quantité de gaz nécessaire pour satelliser une charge donnée.

2 : le dispositif propulsif qui permettra d’augmenter beaucoup l’impulsion spécifique de la combustion O2 + CH4 pour un petit débit et de façon à profiter au mieux de l’énergie reçue et en économisant sur la masse destinée à être éjectée. Il fonctionnera seul (pour le « and beyong ») et éventuellement comme complément d’une poussée « classique » au sortir de l’atmosphère.
Je suggère, pour le moteur :
Combustion O2+CH4 dans une petite tuyère rallongée par un tube de diamètre plus important (2 fois le diamètre?) et de longueur plus de dix fois la longueur de la tuyère (peut-être 20 fois ou 30 fois ?). Ce tube est muni d’une surface réfléchissante sur le plus large spectre possible mais en privilégiant les longueurs d’ondes les plus énergétiques (avec du méthane nous aurons beaucoup d’u.v.) ET ll’intérieur est hautement saturé de micro-ondes qui portent les gaz de combustion à l’état de plasma et élèvent sa température ET un champ magnétique limite l’interaction dudit plasma avec le tube ET éventuellement un dispositif complémentaire pour élever davantage la température (10 000° ? ) en introduisant directement un rayonnement solaire très concentré.
Tout simplement

J'adore le "tout simplement".
Je note que nous avons maintenant besoin d'un générateur de micro-ondes et d'un champ magnétique de confinement (chouette, un tokamak volant en forme de limande).
Pour ce qui est d'élever encore la température avec de la lumière solaire directe, j'ai quand même quelques gros gros doutes.
Je ne crois absolument pas qu'on pourra augmenter la température de façon significative avec l'énergie captée de l'extérieur.

Une étude très intéressante sur le césium thermoïonique et la conversion de l’énergie solaire en électricité :
http://energie.insa-lyon.fr/rapport/PE/PE_5-5.pdf
avec la conclusion page 32

Lu. Pour l'application qui nous concerne, c'est du pipeau, le rendement est ridicule.
Je préfère le convertisseur thermoionique classique, voir plus loin.

et je note la concentration 16000 atteinte à PROMES - Odeillo soit entre 15000 et 16000kw/m2
Rien n’interdit, théoriquement, d’atteindre des concentrations de l’ordre de 1 000 000 ou 1000 000 000 ou même beaucoup plus.

Ben si : des théorèmes sur la conservation de la luminance et de l'étendue géométrique, qui découlent du 2ème principe de la thermo. Mais on verra de toute façon plus loin qu'il est strictement inutile de concentrer la lumière autant et que d'autres phénomènes limitent la puissance produite bien avant.

Résumé :
Des miroirs en orbite et des miroirs sur terre (nombreux et immenses). Un port spatial dans un site approprié (ciel souvent dégagé et clair, en altitude et proche de l’équateur : hauts plateaux péruviens ou tanzaniens). Une voilure qui sert à la portance et qui reçoit le rayonnement solaire concentré par les milliers de miroirs situés en orbite et sur Terre. Le rayonnement reçu pourrait : 1- être focalisé par une voilure de forme appropriée (par exemple : miroirs cylindro-paraboliques) et pour fournir en énergie un dispositif propulsif adapté à cette source énergétique (dessus ET dessous la voilure), ou alors 2-le rayonnement serait suffisamment concentré pour faire fonctionner directement un convertisseur thermoïonique qui
recouvrerait toute la voilure (piles thermoïoniques classiques ou convertisseurs thermoïoniques solaires cf. le lien déjà donné :
http://energie.insa-lyon.fr/rapport/PE/PE_5-5.pdf ) par dessus ET par dessous la voilure.
Voyons ça en très gros, à la louche, comme on dit :
Dans le second cas, nous aurions des concentrations disons de l’ordre de 10 000 soit 10 MW/m2, un taux réel de conversion de 20% soit au final 2 MWe/m2, mais on donnera 50% à qui en veut (pour acheter notre optimisme et pour toutes les pertes ici et là et patati et patata) soit 1 MWe/m2 disponibles pour la propulsion électrique. Pour ce qui est de la masse, à la louche (ou même au sceau… ) on dira 100 kg/m2 tout compris (estimation pessimiste !) avec structure porteuse (voilure). Voilà qui nous ferait 10KWe/kg, ce qui est vraiment énorme d’un certain point de vue mais qui est très petit d’un autre point de vue… Quoi qu’il en soit de la mise sur orbite, l’intérêt du dispositif est plus qu’évident pour la propulsion pour l’espace lointain!… Et l’estimation est vraiment pessimiste (peut-être bien d’un ordre de grandeur !).

Valeurs très optimistes.
Je me suis renseigné un peu plus sur la conversion thermoionique.
Comme je m'y attendais, de nombreux phénomènes limitent la densité de puissance, et ce n'est pas parce qu'on amène sur une cellule thermoionique des MW de puissance thermique qu'on récupère en sortie des MW de puissance électrique.
Tout d'abord, de façon évidente, le nombre d'électrons que peut émettre la cathode est limité. D'autre part, la densité de courant entre les électrodes est limitée par la charge d'espace. Une atmosphère de césium sous pression a pour effet de limiter cette charge d'espace, par des processus d'ionisation, ce qui fait que la densité de courant est limitée par la capacité d'émission de la cathode dans la plupart des générateurs thermoioniques.
D'autre part, la cathode chaude rayonne, suivant la loi de Planck, et ce d'autant plus que sa température est élevée. Pas de chance, on comptait justement sur la température élevée de la face chaude pour augmenter le rendement (dixit Carnot).
On perd également de l'énergie par transport convectif. La densité de courant dépend également de la pression de vapeur de césium.
Au final, dans la configuration optimale d'une cellule à haute pression, on peut compter au maximum sur une puissance de 300kWe/m². Il s'agit d'une valeur extrème atteinte en laboratoire, les dispositifs opérationnels en sont très loin. On parle plutôt de quelques dizaines de kWe/m².
Inutile donc d'arroser le dispositif avec des MW.
En ce qui concerne la masse du dispositif, les 100kg/m² me semblent un peu optimistes, mais on gardera quand même cette valeur.
Donc, pour la suite, pour un convertisseur thermoionique à vapeur de césium haute pression :
- Puissance électrique Pe=300kW/m² maxi
- Puissance massique pm=3kW/kg

Indépendamment de cette application, c'est un dispositif très intéressant, peut-être plus que les panneaux solaires : ça m'étonnerait beaucoup qu'en renvoyant la lumière sur des panneaux solaires au moyen de miroirs on arrive à une telle densité de puissance (limitation par le dopage des semi-conducteurs ?).
Au passage, la référence que tu as donné décrit un principe très différent, dans lequel la vapeur de césium est directement ionisée par le rayonnement solaire, et le rendement est très faible. Autant garder le convertisseur thermoionique classique.

(à suivre)

[invitea0046ad4]

(suite et fin)

Un dispositif terrestre émet verticalement un faisceau lumineux de 100m de diamètre et de 50MW/m2 et à partir d’une multitude de miroirs solaires (il faut près de 10 km2 de miroirs orientables. Penser à la possibilité qu’une grande part de ces miroirs se trouvent en orbite, la lumière étant réfléchie plusieurs fois et à des niveaux de concentration croissants). Sur le trajet du faisceau lumineux se trouve notre fameux véhicule spatial… Il est destiné à atteindre l’orbite et à rester dans l’espace (il ne redescendra pas).

Densité de puissance inutilement élevée. On ne générera pas plus de 300kW/m² au niveau des convertisseurs.
Faire très attention en parlant "niveaux de concentration croissants". Cf conservation de la luminance.


Bon, voyons voir ce qu'on peut faire avec ça.
Si je suis ton idée, tu penses dans la première phase utiliser cette énergie pour chauffer de l'air, en parlant de 10000K.
Il reste à se donner un profil de densité atmosphérique pour voir ce que ça donne (c'est bien ça qui limite le débit en phase aérobie). On doit pouvoir prendre en première approximation une loi exponentielle, avec 1kg/m3 au niveau de la mer. Par contre, je ne sais plus la valeur de la constante, il me semblait que c'était de l'ordre de 10km, mais c'est à vérifier.

Il me semble qu'on a maintenant tout ce qu'il faut pour calculer des ordres de grandeurs, en se donnant des valeurs de masse, et je suis particulièrement intéressé par la surface de panneaux thermoioniques nécessaires ainsi que leur masse.
A mon avis, les panneaux deviennent strictement inutiles en phase anaérobie car l'essentiel de la puissance vient de la réaction chimique de combustion, ils constitueraient donc une masse morte, mais je peux me tromper.
Comme on ne cherche à calculer que des ordres de grandeur, il faut bien faire encore quelques hypothèses :
- très bon aérodynamisme => pertes par frottement faibles. A mon avis, cette hypothèse est totalement injustifiée, mais on cherche surtout à calculer des bornes inférieures de puissance nécessaire
- malgré la vitesse très élevée, on arrive toujours à illuminer les convertisseurs avec la puissance lumineuse leur permettant de fonctionner à puissance électriquemaximale. Le système qui permet de faire ça doit être assez hallucinant, mais on verra plus tard.

Dernier récapitulatif :
- but : atteindre une altitude de 250km et une vitesse-sol de 7300m/s
- densité d'air=1kg/m3 au sol, décroissance exponentielle, P=P0.exp(-h/a), a=10km
- convertisseur : Pe=300kW/m², pm=3kW/kg
- impulsion spécifique en phase anaérobie

On se fixe pour objectif de satelliser M=50t, et on fera encore quelques hypothèses raisonnables sur la masse de la structure, hors panneaux et propergol.

Je te laisse touiller la mixture et j'attend de voir le résultat.

A+

[invite87019fb4]

J'ai cogité un peuet j'ai pense a quelque chose, cependant n'etant qu'un amateur en astronautique, je compte sur vous pour me reprendre en cas d'erreur.

Pour sateliser notre charge utile, je propose donc un sorte de plate forme elevatrice qui emmenerai la charge en orbite maintenant comment?

La dite plate forme disposera sur sa face inferieure d'aimants supraconducteurs dont le champ s'appuiera sur le champ magnetique terrestre ou sur une base d'aimants eux aussi supraconducteurs ce qui permettra de soulever la charge dans sa plate forme, le dit support sera alimente par un faisceaux de micro ondes venant d'une installation a proximite, pour le retour, soit on fait le mouvement inverse ou on rentre les aimants pour un retour en vol plane.

voila a+

[invitecc43cae8]

Bonjour,

J’utilise le conditionnel, oui, car je pense tout haut et comme ça vient, l’esprit en « mode recherche », chaque pensée pouvant disparaître définitivement au profit d’une meilleure : c’est comme une fuite en avant, mais on profite alors de l’expérience de la manipulation des concepts et de leur associations, un peu comme un jeu de « lego » infini (le nombre de cubes différents étant inconnu au début du jeu et donc les combinaisons aussi…) où l’on construit et recommence avec l’espoir qu’à la millième tentative on puisse s’exclamer : « voilà ! ».

Info. : dans un champ gravitationnel d’intensité g, la concentration des molécules de masse m varie avec l’altitude z selon la relation : c = c° exp ( -mgz/kt)
(cf. Thermodynamique probabiliste, Jacques Tonnelat, Paris, Masson 1991)
ce qui donne de bonnes approximations jusqu’à 10km d’altitude (ensuite ça se complique à cause des inversions de températures selon l’altitude).

L’impulsion spécifique pour la réaction O2 + CH4, je l’ai lu il y a un mois mais j’ai oublié. Je me souviens seulement de ma façon d’avoir mémorisé cette info: comprise entre le couple O2 + kérosène et O2 + H2. Désolé.

Tu dis : « « (chouette, un tokamak volant en forme de limande). » »
Non ! Y’a écrit : « petite tuyère allongée » signifiant qu’il s’agit du PETIT moteur à forte impulsion, pas le moteur chimique principal.

Pour ce qui est de la concentration solaire, je persiste. Il faut distinguer entre la limite théorique pour un seul miroir parabolique, de la possibilité de cumuler la concentration de nombreux miroirs (paraboliques ou pas). Il suffit d’augmenter la longueur focale de façon à pouvoir multiplier le nombre de miroirs côte à côte. Ainsi, il est possible d’ajouter indéfiniment de la concentration.

Tes infos sont très intéressantes sur les piles thermoïoniques. Si tu as une référence sur le net, merci de me la communiquer.
Tu dis : « « « On parle plutôt de quelques dizaines de kWe/m². » » » et j’avais estimé à 10kwe/m2… donc j’ai pas été trop mauvais avec ma grosse louche.
Tu dis : « « « Inutile donc d'arroser le dispositif avec des MW. » » » mais il y a aussi la ré-émission interne (comme tu l’as dit) et externe. Et on utilise aussi cette chaleur « externe » pour chauffer l’air (qui est comprimé en mode turbo-réacteur en début de vol et ensuite en mode stato).

Dans les messages suivants, je remarque qu’il s’agit d’emmener en orbite une grande surface de convertisseurs thermoioniques pour la propulsion interplanétaire et que si l’on peut l’utiliser pendant la montée en orbite… alors on économise sur la propulsion chimique qui reste l’énergie principale surtout à cause de la puissance requise au sortir de l’atmosphère (ce dont je n’avais pas clairement conscience avant tes claires explications à ce sujet).
La configuration avec miroir conique central demande une concentration très supérieure à celle délivrée aux convertisseurs qui, de plus, rayonnent aussi pour le chauffage de l’air (je pense que tu as dû sauter l’un de mes derniers messages).
Quoi qu'il en soit, je viens de trouver quelque chose de très intéressant au sujet de l'énergie (en rapport avec notre discussion) et je vais en parler dans le forum "physique".
Je réfléchis toujours à tout ça et aux moyens d'améliorer.
A+
ventout

P.S.: pour ds9
Salut !
Pour ce qui est de ton idée, faudrait voir avec le poids de l'engin et la force du champ terrestre. L'envol se ferait à parir du pôle sud ou du pôle nord.
Attention aux cardassiens !
A+
ventout

[invitea0046ad4]

Bonjour

pas le temps de répondre en détail à tout. Voici l'essentiel.

Bonjour,
Pour ce qui est de la concentration solaire, je persiste. Il faut distinguer entre la limite théorique pour un seul miroir parabolique, de la possibilité de cumuler la concentration de nombreux miroirs (paraboliques ou pas). Il suffit d’augmenter la longueur focale de façon à pouvoir multiplier le nombre de miroirs côte à côte. Ainsi, il est possible d’ajouter indéfiniment de la concentration.

Non, c'est faux. L'éclairement maximal qu'on peut obtenir est déterminé par la luminance de la source et l'angle solide sous lequel on la voit depuis la surface réceptrice. Il est impossible d'augmenter la luminance d'un faisceau par un système passif.
On augmente évidemment l'éclairement en renvoyant des images du soleil et en les superposant, mais il y a une limite.

Pour en revenir à notre problème, voici quelques calculs d'ordres de grandeur.

Eclairement solaire extra-atmosphérique : E=1400 W/m²
Luminance solaire extra-atmosphérique : L=2.3E7 Cd/m²
Angle solide du soleil : O=6E-5 sr

On cherche à calculer la surface de miroirs qu'il faudrait pour produire un éclairement de 500 kW/m² à une distance de d=50 km. Inutile de faire plus, on a vu les limites du convertisseur thermoionique.

Les miroirs focalisent la lumière sur une surface réceptrice, l'émetteur du générateur thermoionique.
La surface réceptrice étant au foyer image des miroirs, l'image du soleil dans ce plan à un diamètre de D
D=f.a=436m, avec f=50km, a=Rad(0.5deg)=diamètre apparent du soleil
L'éclairement de cette image est déterminée par le flux collecté par l'ouverture des miroirs. On note S(miroir).
F=E.S(miroir)
L'éclairement image vaut : E(img)=F/S(img)=E.S(miroir)/S(img)
On veut E(img)=500kW/m²
Donc S(miroir)=S(img)E(img)/E=54km²

Autre méthode, en utilisant directement le théorème de conservation de la luminance :
E(img)=L.O(miroir)=L.S(miroir)/d²
S(miroir)=E(img)d²/L=54km²
Forme plus intéressante, car on voit bien la dépendance en d².

Il s'agit ici d'un cas idéal, dans lequel on travaille en incidence normale, sans pertes, sans diffraction, etc.
Pour illuminer correctement le convertisseur thermoionique de façon à ce qu'il produise sa puissance maximale, il faudrait au minimum 54km² de miroirs. D'autre part, on a pris la valeur d'éclairement solaire extra-atmosphérique : si les miroirs sont au sol, on dispose non pas de 1400 W/m² mais de moins de 1000 W/m², ce qui nous mène à un peu plus de 75km² de miroirs.
D'autre part, cette valeur est donnée pour une distance de 50km. La surface nécessaire augmente comme le carré de la distance.

Compte tenu de tout celà, on aura besoin de plusieurs centaines de km² de miroir, au minimum, réalisant une synthèse d'ouverture de façon à former une image unique du soleil.
Admettons qu'on arrive à construire un truc pareil, sur une zone désertique de 30 ou 40 km de côtés.
Le système doit bien sûr suivre le vaisseau (qui se déplace à des milliers de m/s) avec une précision de pointé de quelques minutes d'arc, et il faut également tenir compte du mouvement apparent du soleil.

L'idée d'alimenter le vaisseau en énergie par l'intermédiaire d'un faisceau est intéressante, mais pas par le rayonnement solaire direct.
Il serait bien plus praticable de la faire par une source de luminance beaucoup plus élevée : un laser, visible ou micro-ondes

Mais je vais m'arrêter là. Ces calculs sont sans intérêt tant qu'on a pas montré qu'une puissance de 300kW/m² était suffisante pour accélérer le vaisseau à quelques milliers de m/s (c'est le calcul que je te laisse faire cette fois-ci).

A+