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force centrifuge et station spatiale



  1. #1
    joneskind

    force centrifuge et station spatiale


    ------

    Bonjour à tous!

    Voilà, je vois souvent dans les films de science-fiction des stations spatiales qui tournent sur elles-même. Il semble évident qu'elles tournent pour créer dans la station une pesanteur artificielle.

    Or, comme je suis curieux, je me demande toujours à quelle vitesse horaire devraient réellement tourner ces engins spatiaux pour créer une accélération de 9,8m/s². Et aussi si cette vitesse horaire dépend du rayon de cette fameuse station.

    J'ai bien essayé de faire le calcul moi même, mais comme ça fait un bail que j'ai pas fait de calcul scientifique, je sèche un peu.

    Est-ce qu'un professeur de physique pourrait demander à ses élèves de me résoudre ce problème?

    Je vous remercie d'avance.

    Cordialement,

    -----

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  4. #2
    joneskind

    Re : force centrifuge et station spatiale

    Bon, J'avais fait un calcul mais je le trouvais absurde. Mais en navigant sur le site, j'ai eu dans le forum "force centrifuge sur terre" la confirmation que mes calculs étaient exacts. Je vous en fait donc part.

    Puisque f, la force centrifuge vaut v²/R, v étant la vitesse linéaire, j'ai l'équation:

    f = v²/R

    or si C est la circonférence de notre station, et P sa période de rotation alors:

    v = C/P = 2piR/P

    donc f = v²/R = (2piR/P)²/R = 4pi²R/P²

    donc P dépend de R et f.


    Pour les curieux maintenant, la période P de rotation de une station est environ de:
    35s pour une station de 600m de diamètre
    110s pour une station de 6000m de diamètre

    Et pour vraiment vous y croire, si vous étiez à la fenêtre d'une cabine de cette station spatiale, vous verriez défiler à les étoiles à la même vitesse qu'un pixel de vitesse 12cm/s sur un écran disposé à 1m de vos yeux.

    Voilà pour les rêveurs insomniaques.

  5. #3
    joneskind

    Re : force centrifuge et station spatiale

    Petite rectification,

    Le pixel avancerait à

    Bon ça y est j'ai fini.

  6. #4
    joneskind

    Re : force centrifuge et station spatiale

    à... à...
    à 18cm/s pour une période de 35s

    désolé,

    PS: 5 minutes pour modifier c'est vraiment pas assez!

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #5
    joneskind

    Re : force centrifuge et station spatiale

    Bon, allez! Comme j'aime bien poster, et que je trouve ça marrant de faire ces calculs je vous en ai fait un autre:

    Pour que le fameux pixel avance sur son écran à 1cm/s (ce qui serait tout de même plus agréable), il faudrait une période de 628s soit un diamètre de 195801m!

    On est pas là de voir des stations spatiales touristiques grand confort!

    Maintenant j'arrête.

  9. #6
    vanos

    Re : force centrifuge et station spatiale

    Citation Envoyé par joneskind Voir le message
    Est-ce qu'un professeur de physique pourrait demander à ses élèves de me résoudre ce problème?
    Bonjour,

    Normalement, un professeur de physique ne devrait pas te poser cette question parce que pour avoir une station spatiale avec une gravité artificielle de 1 g, il faudrait qu'elle ait un diamètre énorme* pour éviter que la différence de gravité entre la tête et les pieds ne soit plus perceptible pour pallier aux gros problèmes de santé que cela provoquerait.
    De toutes façons l'observation du ciel (et du sol) sera gênée par le mouvement.
    Il faudrait aussi compter avec les contraintes que provoqueraient la gravité terrestre sur un objet d'une telle taille, ainsi que les gros problèmes qu'il y aurait pour orienter ce gros bidule.
    Techniquement archi-compliqué voire impossible et à coup sûr, financièrement irréalisable.

    Bonne journée.

    *Par exemple
    Citation Envoyé par joneskind Voir le message
    un diamètre de 195801m!
    ou une circonférence de 615,127 km ! tu parles d'une trotte pour aller de l'autre côté !
    Connais toi toi-même (Devise de Socrate inspiré par Thalès)

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  11. #7
    joneskind

    Re : force centrifuge et station spatiale

    Vanos,

    Je vois que tu gardes les pieds sur terre...

    Je me posais la question parce que, selon toute vraisemblance, si on veut faire des voyage spatiaux de longue ou très longue durée, on va devoir résoudre le problème de la gravité, (si on ne veut pas finir comme des mollusques).

    Or, on ne contrôle pas encore la masse. Et si on pouvait la contrôler, via un appareil sophistiqué, j'imagine que le dispositif serait de toute façon trop gourmand en énergie pour une utilisation à long terme.

    C'est ce qui m'amène à penser que les premiers astronefs ressembleront à des donuts, ou des cylindres avec un réacteur le long de l'axe de rotation, et d'un diamètre d'au moins 200m pour garantir un différentiel de gravité relativement faible, de l'ordre de 0,1m/s²/m

    Évidemment, un tel astronef n'est pas destiné à décoller et atterrir! Il serait assemblé dans l'espace, et on y le rejoindrait en navette...

    P.S: évidemment, avec une période de rotation de 20s, on éviterait les fenêtres réélles et recourrait à des caméras mobiles à l'extérieur qui suivraient le mouvement inverse pour avoir une image fixe...
    Dernière modification par joneskind ; 14/02/2009 à 12h04.

  12. #8
    vanos

    Re : force centrifuge et station spatiale

    Citation Envoyé par joneskind Voir le message
    C'est ce qui m'amène à penser que les premiers astronefs ressembleront à des donuts, ou des cylindres avec un réacteur le long de l'axe de rotation, et d'un diamètre d'au moins 200m pour garantir un différentiel de gravité relativement faible, de l'ordre de 0,1m/s²/m
    Un diamètre de 200 mètres donnerait un gradient de gravité d'environ 1,5 % entre la tête et les pieds, c'est beaucoup trop ! Pieds gonflés, maux de tête et vertiges deviendraient le quotidien des astronautes.

    Bonne soirée.
    Connais toi toi-même (Devise de Socrate inspiré par Thalès)

  13. #9
    joneskind

    Re : force centrifuge et station spatiale

    Ah! Vanos... Tu me brises tous mes rêves!

    Qu'à cela ne tienne! On construit bien sur Terre des édifices toujours plus grands, alors pourquoi pas des Astronefs considérables de plus de 1000m de diamètre, et accueillant des dizaines de milliers de voyageurs?

    Après tout, qu'est-ce que 1000 ou 2000m à l'échelle de l'univers?

    Merci Vanos pour tes réponses toujours constructives, puisqu'elles me permettent de me remettre en question, et donc, d'avancer sur le chemin de la connaissance!

    Mais dis-moi alors, quelles seraient les dimensions de mon astronef, pour que le voyage soit le plus agréable possible? Ou au moins tout à fait suportable, avec une médication appropriée?

  14. #10
    vanos

    Re : force centrifuge et station spatiale

    Citation Envoyé par joneskind Voir le message
    Ah! Vanos... Tu me brises tous mes rêves!
    Mais dis-moi alors, quelles seraient les dimensions de mon astronef, pour que le voyage soit le plus agréable possible? Ou au moins tout à fait supportable, avec une médication appropriée?
    Bonsoir,

    Pardonne moi de briser tes rêves, mais faut rester réaliste. Walter Von Braun avait, dans ses rêves aussi, dans les années '50, conçu une grande "roue" satellisée autour de la Terre mais jamais concrétisée pour cause de beaucoup trop d'inconvénients tant techniques qu'économiques. Sans parler des problèmes de santé dûs aux variations de la gravité, il y a le danger mortel des travaux à l'extérieur de la roue : si par malheur on lâchait un objet, ce dernier aurait été lancé dans l'Espace comme une pierre lancée par une fronde de façon beaucoup plus violente que la boîte à outils de l'ISS. Quant au travailleur lui-même, s'il lâchait prise, il serait "tombé" comme sur Terre au bout de son filin de sécurité et si celui cassait, le malheureux aurait été jeté dans le vide cosmique, perdu à jamais, aucun secours n'étant possible, car on ne se déplace pas comme on veut dans l'espace, contrairement à sur Terre, la mécanique céleste ayant des lois aussi incontournables que rigoureuses.
    Je suis désolé d'ainsi te décevoir, mais dans les voyages spatiaux il faut, si j'ose dire, rester les pieds sur "terre".
    A mon grand regret, pour balayer les derniers débris de ton rêve, une large "roue" tournante compliquerait sérieusement les manoeuvres de positionnement, les observations et les communications.
    Ni sur la route, ni dans l'Espace, il ne faut rêver en conduisant.

    Passe une bonne nuit en rêvant à une autre chose que la gravité artificielle.
    Connais toi toi-même (Devise de Socrate inspiré par Thalès)

  15. #11
    Carcharodon

    Re : force centrifuge et station spatiale

    Salut,

    la grande roue, faut abandonner, au placard definitivement, mais reste a creuser deux masses séparées par un cable d'un (ou plus) kilomètre(s).
    techniquement, c'est carrément envisageable (même si c'est un peu compliqué et que ça exclut la propulsion constante en ionique -par exemple- pour raccourcir le trajet)
    reste a creuser la faible (et non micro) gravité (exemple seulement 1/3) sur le long terme (études a ce stade = 0 pointé) pour commencer a apporter des réponses valables dans le domaine de la dégénérescence muculo-squelettique.

    Y a de l'espoir !
    mais y a du boulot !

    C'est parti pour être le problème des générations postérieures.
    Restons superficiel pour ne pas fâcher

  16. #12
    vanos

    Re : force centrifuge et station spatiale

    Citation Envoyé par Carcharodon Voir le message
    techniquement, c'est carrément envisageable (même si c'est un peu compliqué et que ça exclut la propulsion constante en ionique -par exemple- pour raccourcir le trajet).
    Bonjour,

    La propulsion continue est impossible et en plus les manoeuvres en vol très compliquées, bien sûr, les observations et les communications resteront très difficiles comme pour la roue.
    A mon avis, les problèmes techniques sont tels que j'émets de sérieux doutes sur la réalisation de ce système de gravité artificielle.

    Bonne journée.
    Connais toi toi-même (Devise de Socrate inspiré par Thalès)

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  18. #13
    Carcharodon

    Re : force centrifuge et station spatiale

    La propulsion continue est impossible et en plus les manoeuvres en vol très compliquées
    Ha je ne dis pas le contraire.
    mais dans l'optique de ne plus rien toucher pendant 7 mois et 1/2 c'est défendable =>
    les deux structures en orbite, mais réunies collées puis tir d'ejection, et dès le passage en référentiel héliocentré (3 ou 4 jours après départ), déploiement des deux blocs en déroulant le câble qui les relie (avec tubes de transfert de liquide pour équilibrer le cas échéant).
    Une fois déployé (avec des RCS, rien de sorcier) : mise en rotation de l'ensemble (certainement un poil plus délicate mais rien qu'un processeur actuel ne puisse gérer tranquille).
    Et a l'arrivée, on réuni le tout en un seul bloc avant l'accélération rétrograde d'injection martienne.
    Résultat, nos astronautes ont fait tout le voyage a 1G et sont en pleine forme pour passer 8 ou 10 mois sur mars a 1/3 de G.
    Peut être cette structure permettrait aussi de se ré-accoutumer en douceur a la gravité terrestre en revenant de mars, avant de se poser sur la terre, d'ailleurs !
    Parce que 8 /10 mois a 1/3 de G, ça va laisser des traces, c'est sûr.

    Mais c'est certainement le truc qui plombe (techniquement) le plus le projet de voyage habité vers mars, c'est clair.

    Moi, je ne désespère pas, je pense qu'on va trouver un moyen un de ces 4.
    Je ne sais pas (crois pas) que je serais encore là pour voir l'homme mettre le pied là-bas, mais je pense que ça suivra de pas très longtemps.

    Hey, vanos, on est pas con quand même, tu le sais très bien !
    c'est vraiment le genre de défi technique qui est a notre portée, pour un voyage de 2 ans 1/2 aller retour avec des humains en condition physique acceptable a l'arrivée (car aujourd'hui, c'est devenu absolument indispensable de tout prévoir pour ça).
    On va donc trouver des solutions pour mettre le pied là-bas un de ces 4.

    Mais ça serait bien qu'une agence se mette a étudier un peu la gravité artificielle ...
    regardes : l'hotel gonflant en orbite, là.
    T'en relies 2 avec 1.5km de cable et tu fais tourner.
    ça doit pas être si compliqué, ça doit l'être moins que pour simplement rehausser l'ISS => faut savoir qu'il y a alors un nombre de verrins hallucinant qui se mettent en oeuvre pour compenser les forces !
    c'est d'ailleurs pour ça que l'arrêt brutal des moteurs d'il y a peu, en cours de rehaussement d'orbite, a fait peur a tout le monde pour l'intégrité de la structure.
    Ce que je veux dire, c'est que sur le domaine du compliqué, on est déjà bien balaise, et qu'en plus on s'améliore a des vitesses prodigieuses dans le domaine de la robotique et de l'ingénierie spatiale.

    Quand on voit l'assemblage délicat et hyper sophistiqué de l'ISS, je me dis qu'un test avec deux structures gonflables câblées pour faire des tests de gravité artificielle (de 1/3 de G a 1 G) serait techniquement tout a fait a notre portée.
    Dans l'espace, dernièrement, on a fait le pire : shuttle et ISS hyper sophistiqués, trop sophistiqué trop cher et trop faillible.

    Tant qu'on a pas testé des séjours longue durée en faible gravité une seule fois, on ne sait pas si ça pourrait apporter un réel intérêt dans le cadre d'un voyage interplanétaire longue durée.
    Sachant que de toute façon, on ne peut se poser QUE sur la planète Mars dans tout le système solaire (plus des satellites naturels).

    Donc une fois qu'on aura fait ça... ben ... au secours le boulot pour la prochaine étape => se poser sur une planète d'un autre système.
    Carrément une autre aventure que de se poser sur la lune ou mars.
    Et malheureusement, aujourd'hui, pure et totale science fiction, totalement in-envisageable.
    Restons superficiel pour ne pas fâcher

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