Ascenseur spatial

[invite73192618]

Si c'est inertiel, désolé, mais il me semble qu'à cette distance, la vitesse orbitale est plus faible qu'à l'orbite géostationnaire, d'où petits embarras de stabilité, sans tenir compte de la marée lunaire qui viendra perturber le système.

Sur l'orbite: tu as raison que tout ce qui est au-dessus ou au-dessous de l'orbite géostationnaire n'est pas en équilibre. Mais en fait le déséquilibre est simplement dans l'axe du fil: ce qui est en bas tire vers le bas, ce qui est en haut tire vers le haut. C'est pour cela qu'un simple fil peut théoriquement marcher.

Personnellement, je reste quand même septique sur un fil qui aurait les capacités recquises de résistance à son propre poids. On verra bien. Par contre je ne serais pas surpris que le concept soit utilisé à moindre envergure comme moyen de transfert de l'orbite basse à des plus hautes orbites, voir comme catapulte.

Sur la marée lunaire: probablement très négligeable.
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[DonPanic]

Salut

Mais en fait le déséquilibre est simplement dans l'axe du fil: ce qui est en bas tire vers le bas, ce qui est en haut tire vers le haut. C'est pour cela qu'un simple fil peut théoriquement marcher.

Ah ? en supposant le tout dans le plan équatorial, un retard pris par le lest terminal n'exerce pas une traction un peu latérale ?

Sur la marée lunaire: probablement très négligeable.

100000km, ça nous fait 1/4 de la distance Terre-Lune et 200000km de différentiel conjonction haute et basse, non ?

[invité576543]

Bonsoir,

Il y a eu un article assez détaillé de 6 pages dans IEEE Spectrum d'août.

L'auteur fait référence au site www.spaceelevator.com, non cité par DonPanic. Ce site donne pas mal de références (livres, documents, sites).

Je répète qu'il vaut mieux regarder plus en profondeur avant de se prononcer.

Je n'ai pas tout exploré, loin de là, mais il doit s'y trouver toutes les réponses aux questions sceptiques de DonPanic...

Cordialement,

[invité576543]

Salut

Ah ? en supposant le tout dans le plan équatorial, un retard pris par le lest terminal n'exerce pas une traction un peu latérale ?

C'est obligatoirement dans le plan équatorial. Il faut imaginer que le centre de gravité de l'ensemble est géostationnaire, et que le tout tourne sur lui-même à la même vitesse angulaire que la Terre (ça va relancer le pb de la rotation propre de la Lune, je sens ). Le calcul des forces a été fait il y des décennies... A retrouver dans les références.

Le dimensionnement est tel qu'au point au sol la force est nulle aussi bien tangentielle que radiale. Pour tout autre point la force est radiale, composante des effets de la force de gravité et de la force centrifuge (rotation propre). Il n'y a pas de force de Coriolis, aucun point du câble ne changeant de vitesse radiale.

La "cabine" elle-même exerce une force tangentielle, Coriolis, mais celle-ci est proportionnelle à la masse de la cabine, rien à voir avec les forces liées à la masse du câble.

Cordialement,

[DonPanic]

Bon, si j'ai bien compris :

Le dimensionnement est tel qu'au point au sol la force est nulle aussi bien tangentielle que radiale.

C'est parfaitement à l'équilibre ?

[invite73192618]

Oui c'est à peu près ça: les seules directions où le cable retourne naturellement si tu le pousse un peu sont la verticale et l'horizontale (c'est pour ça que ça peut foirer au début du déroulement du cable avec un cable qui se retrouve parallèle au sol!).

Sur la lune: le mouvement n'est pas si négligeable contrairement à ce que je disais. Par contre la conséquence elle est négligeable: une simple oscillation autour de la verticale.

Pour une référence professionnelle: voir ici.

[DonPanic]

Salut

C'est parfaitement à l'équilibre ?

Oui c'est à peu près ça: les seules directions où le cable retourne naturellement si tu le pousse un peu sont la verticale et l'horizontale

1) si c'est à l'équilibre, pour une traction vers le sol exercée par l'élévation de la masse d'une charge,
l'équilibre de l'ascenceur spatial n'exige-t-il pas une traction correspondante en sens inverse ?
2) Tout mouvement vers le haut ou vers le bas ne changent-ils pas nécessairement la vitesse orbitale du centre de gravité de l'ascenseur spatial ?

[invite73192618]

1 Oui, ou un changement de la hauteur du contrepoids pour compenser la traction centripète.

2 Oui et non: si tu ne compenses pas la montée de l'ascenseur, alors le centre de gravité va descendre par rapport à l'orbite géostationnaire, et tout va finir par se casser la figure. Pour compenser, il suffit de remonter le contrepoids (il faut regarder ça dans un repère tournant: la traction est compensable en jouant uniquement sur les forces verticales). En théorie, tu pourrais aussi accélèrer perpendiculairement au sol pour maintenir la vitesse, mais il faudrait que ce soit sur toute la longueur du cable et ça serait inefficace au possible, puisque le cable ne serait pas à l'équilibre.

[DonPanic]

Salut

2 Oui et non: si tu ne compenses pas la montée de l'ascenseur, alors le centre de gravité va descendre par rapport à l'orbite géostationnaire, et tout va finir par se casser la figure. Pour compenser, il suffit de remonter le contrepoids (il faut regarder ça dans un repère tournant: la traction est compensable en jouant uniquement sur les forces verticales).

Pas si simple.
Le blème avec un truc en orbite est qu'à chaque fois que tu exerces une descente ou une remontée de masse, ça change sa vitesse orbitale; en ce cas, plus de géostionnarité et début d'enroulement du cable autour de la Terre. Il faudra donc des moteurs exerçant des poussées équivalentes aux tractions exercées sur le cable, et pour neutraliser les marées lunaire,
ça a un coût énergétique pratiquement permanent, ça.

[invitebdaccd77]

DonPanic:
ça a un coût énergétique pratiquement permanent, ça.

Ce sont des effets relativement long, un moteur ionique peut très bien faire l'affaire allimenté par de l'électricité produite par les cables eux-même. J'ai lu récemment, mais je ne sais plus où, qu'il est possible de faire de l'électricité avec des cables dans l'espace et ça a déjà été testé avec succés.

[invité576543]

J'ai lu récemment, mais je ne sais plus où, qu'il est possible de faire de l'électricité avec des cables dans l'espace et ça a déjà été testé avec succés.

Il faut que le câble soit mobile par rapport au champ magnétique terrestre. L'ascenseur est fixe par rapport à la Terre, donc en gros fixe par rapport au champ magnétique.

Heureusement d'ailleurs, parce les forces et courants que celà induirait dans le câble auraient été fort gênants!

Cordialement,

[DonPanic]

Salut

Ce sont des effets relativement long, un moteur ionique peut très bien faire l'affaire allimenté par de l'électricité produite par les cables eux-même. J'ai lu récemment, mais je ne sais plus où, qu'il est possible de faire de l'électricité avec des cables dans l'espace et ça a déjà été testé avec succés.

L'effet de la traction d'une cabine d'ascenceur avec sa charge sur l'équilibre de l'ascenceur spatial n'est pas "relativement long". Il faut un temps de réponse quasi instantané pour conserver l'équilibre.

Si les rubans nanocarbone ont effectivement les propriétés de conductivité qui leur sont prêtées, je ne vois pas pourquoi ne pas alimenter le système en électricité avec un ruban "phase" et un ruban "neutre",
à moins que 2 conducteurs parallèles de cette longueur ne finissent par se comporter comme un condensateur
?

Je veux bien envisager l'ascenseur spatial, mais qu'on m'explique comment ça se tient !

[invite06fcc10b]

C'est obligatoirement dans le plan équatorial. Il faut imaginer que le centre de gravité de l'ensemble est géostationnaire, et que le tout tourne sur lui-même à la même vitesse angulaire que la Terre (ça va relancer le pb de la rotation propre de la Lune, je sens ). Le calcul des forces a été fait il y des décennies... A retrouver dans les références.

Le dimensionnement est tel qu'au point au sol la force est nulle aussi bien tangentielle que radiale. Pour tout autre point la force est radiale, composante des effets de la force de gravité et de la force centrifuge (rotation propre). Il n'y a pas de force de Coriolis, aucun point du câble ne changeant de vitesse radiale.

La "cabine" elle-même exerce une force tangentielle, Coriolis, mais celle-ci est proportionnelle à la masse de la cabine, rien à voir avec les forces liées à la masse du câble.

Cordialement,

Voilà enfin un bon résumé de ce qu'il fallait dire me semble t-il.
J'ajouterais les données suivantes, ayant étudié quelques aspects du problème : a priori, en dehors du fait que le cable doit être extrêmement solide et qu'il reste à prouver la faisabilité, il y a 2 points qiu méritent d'être résolus, sinon, ce n'est pas la peine d'y penser.
1) Comment on le met en place ?
2) Quels sont les risques de destruction totale ?

Pour le 1), certains ont avancé quelques centaines de tonnes. Cela me parait très très insuffisant. Il suffit d'envisager un câble d'1 décimètre de large pour avoir 0,1*pi*h avec par exemple h=50000000 mètres ce qui fait 15 millions de mètre cube, soit si on considère une densité de 1 (c'est probablement beaucoup plus) 15 millions de tonnes. Avec une charge utile de 100tonnes pour une grosse fusée, ça fait 150000 voyages ! Ou alors il faut des cables extra-fins, 1mm de large, mais ça ne fait que diviser par 100 le nombre de voyages, il en reste 1500 ... et plus c'est fin, plus ça cassera facilement lors d'un choc avec un objet quelconque.
Ou alors, il faut construire le cable avec les matériaux d'un astéroïde métallique dont la taille serait d'une centaine de mètres. A priori, ça parait très difficile, car autant on doit pouvoir modifier la trajectoire d'un astéroïde pour l'amener à croiser la Terre, autant il me parait délicat de le placer en orbite, car il faut donner beaucoup de puissance pour le freiner (s'il s'approche avec une vitesse de 20km/s, ce qui est l'ordre de grandeur attendu, il faut le freiner à moins de 11 km/s, sinon il repartira !).

2) Quels sont les risques de destruction par attentat ou collision accidentelle avec un objet de l'atmosphère ou même une petite météorite ? A priori, si le cable est coupé à 10km d'altitude (par exemple), le centre de gravité est plus haut, du coup sa vitesse de rotation n'est plus tout à fait égale à celle de la Terre et il va se placer en orbite elliptique, qui intuitivement (à vérifier) l'amènera d'abord à s'éloigner un peu de la Terre, puis à s'en rapprocher (peut-être même à la toucher), avec des frottements dans l'atmosphère, et par voie de conséquence, on peut s'attendre à ce que le câble tourne sur lui-même, se torde, bref qu'il devienne irrécupérable.
Sans doute ne devrait-il pas tomber, mais ses torsions pourraient conduire à de nouvelles ruptures qui elles pourraient conduiraient certains morceaux à redescendre sur Terre de manière catastrophique. Bref, ce danger me parait important et cette technique trop dangereuse.

[invitebdaccd77]

mmy:
Il faut que le câble soit mobile par rapport au champ magnétique terrestre. L'ascenseur est fixe par rapport à la Terre, donc en gros fixe par rapport au champ magnétique.

OK, reste les panneaux solaire ou un petit réacteur nucléaire...

DonPanic:
L'effet de la traction d'une cabine d'ascenceur avec sa charge sur l'équilibre de l'ascenceur spatial n'est pas "relativement long". Il faut un temps de réponse quasi instantané pour conserver l'équilibre.

Pour la cabine, il faut effectivement une solution type téléphérique. Une cabine monte pendant que l'autre descend. Ceci dit il faut corrigé en continue la vitesse orbital, la cabine qui monte doit être accélérée vers l'est et celle qui descend vers l'ouest, le tout pour atteindre la vitesse orbitale géostationnaire soit: 9400 km/h contre 1670 km/h au sol.

Argyre:
Il suffit d'envisager un câble d'1 décimètre de large pour avoir 0,1*pi*h avec par exemple h=50000000 mètres ce qui fait 15 millions de mètre cube, soit si on considère une densité de 1 (c'est probablement beaucoup plus) 15 millions de tonnes.

D'abord c'est pi*r^2*h donc il faut multiplier ton résultat par le rayon. Pour le cas d'un rayon d'un millimètre ça fait 113 m3 pour l'orbite géostationnaire (il faut 2 bobines de ce volume, une pour le bas, l'autre pour le contre poids vers le haut). La densité des nanotubes etant plus petite que 1 ça donne donc quelque chose de presque acceptable.

[invité576543]

Pour Argyre:

J'ai commencé à lire le rapport volumineux à la Nasa (pointé dans le poste #66). Très intéressant, encore plus rigolo dans le délire (délire rationnel!) que ce que j'avais vu jusqu'alors. A lire, il y a pas mal de réponses à tes questions. Par exemple, pour la coupure du câble à 10 km, pas de risque dans une proposition: il part en haut d'une tour de 150 km de haut...

A voir aussi un projet intermédaire en LEO, avec un câble qui tourne en s'approchant à intervalles réguliers de la surface et avec lequel il faut faire un rendez-vous en avion à Mach 50...

Pas mal d'autres choses pour en faire une lecture au minimum distrayante, ça change de la SF moyenne ou de la magie-ad-hoc-au-détriment-de-toute-cohérence...

Cordialement,

[invite06fcc10b]

D'abord c'est pi*r^2*h donc il faut multiplier ton résultat par le rayon. Pour le cas d'un rayon d'un millimètre ça fait 113 m3 pour l'orbite géostationnaire (il faut 2 bobines de ce volume, une pour le bas, l'autre pour le contre poids vers le haut). La densité des nanotubes etant plus petite que 1 ça donne donc quelque chose de presque acceptable.

Effectivement, c'est la surface du disque qu'il faut prendre !
1 fil de 1 mm^2 qui supporte l'équivalent de plusieurs gros camions, ou de 200 voitures, ça parait tout de même difficile à concevoir !
(en fait, c'est moins, parce qu'effectivement, la charge est répartie de façon non uniforme sur toute la longueur, mais bon, quand même !)

[invitebdaccd77]

Argyre:
1 fil de 1 mm^2 qui supporte l'équivalent de plusieurs gros camions, ou de 200 voitures, ça parait tout de même difficile à concevoir !

D'une part j'ai pris pi mm2 et d'autre part lesnanotubes sont sensé avoir une résistance 100 fois supérieur à l'acier ce qui correspondrait donc à un cable de 1 cm de rayon (2 cm de diamètre). Un tel cable peut bien porter quelques dizaines de tonnes il me semble. De plus je me suis laissé dire que les nanotubes aurait une densité de 0.1 (là il faut vraiment verifier) on aurait donc un cable de 11 tonnes seulement. Il me semble que dans ces conditions ça devrait aller...

[DonPanic]

Salut

Pour la cabine, il faut effectivement une solution type téléphérique. Une cabine monte pendant que l'autre descend.

Qu'une cabine monte pendant que l'autre descend
change-t-il quoique ce soit au fait qu'une charge doive se tracter au câble, et changer l'équilibre de l'ascenseur spatial ?

@mmy
Note : je n'ai pas vu dans le document pdf Nasa d'étude sur la stabilité orbitale de l'ascenseur spatial.

Il est juste mentionné une météorite lest au bout du câble,
ce qui, avec la station centrale de l'ascenceur spatial située sur l'orbite géosationnaire,
nous donne grossomodo un attelage pendulaire souple avec 2 axes de rotation,
l'axe de rotation terrestre, et la station centrale
Le lest terminal tendant nécessairement à se placer sur l'orbite adaptée à sa vitesse, soit celle de l'orbite géostationnaire,
un partisan de l'ascenseur spatial pourrait-il enfin sérieusement m'expliquer comment on stabilise ce truc de manière que ça puisse marcher ?

Siouplait

[DonPanic]

ce qui, avec la station centrale de l'ascenceur spatial située sur l'orbite géosationnaire,
nous donne grossomodo un attelage pendulaire souple avec 2 axes de rotation,
l'axe de rotation terrestre, et la station centrale
Le lest terminal tendant nécessairement à se placer sur l'orbite adaptée à sa vitesse, soit celle de l'orbite géostationnaire,
un partisan de l'ascenseur spatial pourrait-il enfin sérieusement m'expliquer comment on stabilise ce truc de manière que ça puisse marcher ?

Oups "nous donne grossomodo un attelage pendulaire souple avec 2 axes de rotation,
l'axe de rotation terrestre, et la station centrale"
J'aurais du dire: "nous donne grossomodo un attelage pendulaire souple avec 2 axes de rotation,
la station terrestre, et la station géostationnaire centrale"

[invite73192618]

un partisan de l'ascenseur spatial pourrait-il enfin sérieusement m'expliquer comment on stabilise ce truc de manière que ça puisse marcher ?

Je sais pas si tu vas trouver ça sérieux mais il suffit d'envoyer du courant dans la partie du cable qui traverse la magnétosphère pour remonter le tout, et l'inverse peut être fait pour récupérer du courant (au prix d'une descente du machin). Ca doit aussi expliquer pourquoi ils font pas passer le courant par les cables.

[DonPanic]

Je sais pas si tu vas trouver ça sérieux mais il suffit d'envoyer du courant dans la partie du cable qui traverse la magnétosphère pour remonter le tout, et l'inverse peut être fait pour récupérer du courant (au prix d'une descente du machin). Ca doit aussi expliquer pourquoi ils font pas passer le courant par les cables.

Tu pourrais faire en .jpg un shéma des champs électromagnétiques de la magnétosphère et de l'intéraction avec celui produit par les câbles pour me persuader que ta réponse n'est pas un gag ?

[DonPanic]

Salut

Le lest terminal tendant nécessairement à se placer sur l'orbite adaptée à sa vitesse, soit celle de l'orbite géostationnaire,

(si le tout se meut à la vitesse geostationnaire)

Ce qui est embêtant pour obtenir un truc comme décrit là :

Il faut imaginer que le centre de gravité de l'ensemble est géostationnaire, et que le tout tourne sur lui-même à la même vitesse angulaire que la Terre

c'est que le lest terminal qui orbiterait à 100000 km de la Terre, assujeti à un truc non rigide, ne peut se maintenir à la même vitesse angulaire à moins que l'on l'y contraigne en permanence, la vitesse orbitale à 100000 km étant 2,6 fois moins rapide que la vitesse orbitale géostationnaire pour un truc à l'équilibre sur cette trajectoire

un partisan de l'ascenseur spatial pourrait-il enfin sérieusement m'expliquer comment on stabilise l'ascenseur spatial de manière que ça puisse marcher ? BIS

Siouplait BIS

[invite73192618]

comment on stabilise l'ascenseur spatial de manière que ça puisse marcher ?

Bon reprenons: mettons nous dans un repère tournant, comme si c'était un pieu planté en terre. Grimpe dessus. Lache. Où vas-tu?

Si tu es en géostationnaire: tu restes sur place (c'est un référentiel tournant).
Si tu es en dessous: tu descends.
Si tu es au dessus: tu montes.

Autrement dit si on se place dans un repère tournant (ce qui correspond à ce que tu vois quand tu es au sol et que tu lèves la tête), le déséquilibre qui existe en chaque point du cable est uniquement dans l'axe vertical. Le bas tire vers le bas, le haut tire vers le haut, et voili voilo.
Donc ton cable il va rester droit et pas s'entortiller puisque sa seule autre possition d'équilibre c'est l'horizontal. Et non seulement il va rester droit, mais si tu mets un coup de tatane à un endroit il va revenir à sa position bien gentillement. Sauf évidement si ton coup de tatane lui met en angle de plus de 45° sur plusieurs milliers de kilomètres, mais là faudra pas te plaindre: tu l'as fait exprès!

Tu pourrais faire en .jpg un shéma des champs électromagnétiques de la magnétosphère et de l'intéraction avec celui produit par les câbles pour me persuader que ta réponse n'est pas un gag ?

Faut regarder ici ou là.

[invitebdaccd77]

DonPanic:
Qu'une cabine monte pendant que l'autre descend
change-t-il quoique ce soit au fait qu'une charge doive se tracter au câble, et changer l'équilibre de l'ascenseur spatial ?

Il me semble que si le centre de gravité n'est pas déplacé le système reste en équilibre. De plus la cabine montante tire sur le cable vers le bas alors que la canine déscendante tire vers le haut.

[DonPanic]

Salut

Bon reprenons: mettons nous dans un repère tournant, comme si c'était un pieu planté en terre. Grimpe dessus. Lache. Où vas-tu?

Si tu es en géostationnaire: tu restes sur place (c'est un référentiel tournant).
Si tu es en dessous: tu descends.
Si tu es au dessus: tu montes.

Autrement dit si on se place dans un repère tournant (ce qui correspond à ce que tu vois quand tu es au sol et que tu lèves la tête), le déséquilibre qui existe en chaque point du cable est uniquement dans l'axe vertical. Le bas tire vers le bas, le haut tire vers le haut, et voili voilo.

Non, c'est pas un pieu, c'est une ficelle.
On me dit que le système est à l'équilibre, c'est faux, pour que la ficelle reste "à la verticale", il faut que le "lest" terminal aille à 2.6 fois la vitesse orbitale, ce qui se traduit par une force "centrifuge"

[invité576543]

Je sais pas si tu vas trouver ça sérieux mais il suffit d'envoyer du courant dans la partie du cable qui traverse la magnétosphère pour remonter le tout, et l'inverse peut être fait pour récupérer du courant (au prix d'une descente du machin). Ca doit aussi expliquer pourquoi ils font pas passer le courant par les cables.

Bonjour,

Une remarque qui ne va peut-être montrer que mon ignorance, mais je m'attend à l'équateur à des lignes de champ parallèles à l'axe de pôles, le courant étant vertical, la force sera orientée EW, non?

Puis de toute manière, elle ne peut en aucun cas être dans la direction parallèle au courant, c'est-à-dire verticale...

Cordialement,

[DonPanic]

Il me semble que si le centre de gravité n'est pas déplacé le système reste en équilibre. De plus la cabine montante tire sur le cable vers le bas alors que la canine déscendante tire vers le haut.

Et la charge dans la cabine montante, elle a une masse = 0 ?

[invitebdaccd77]

Effectivement, la masse en orbite ne peut qu'augmenter, il faut donc compenser soit en alongeant le contrepoids vers le haut, sot en augmentant sa masse, soit avec un moteur ionique qui compense en continue.

Franchement, ça ne me parait paas être un vrai problème. Si chaque fois qu'on envisage de faire quelque chose il faut résoudre dans les détail tous les problème avant de faire le cahier des charge, on ne ferait jamais rien. Il faut faire un peut confiance aux ingénieurs qui sont généralement plutôt ingénieux.

[DonPanic]

Salut

Franchement, ça ne me parait paas être un vrai problème. Si chaque fois qu'on envisage de faire quelque chose il faut résoudre dans les détail tous les problème avant de faire le cahier des charge, on ne ferait jamais rien. Il faut faire un peut confiance aux ingénieurs qui sont généralement plutôt ingénieux.

La stabilité de l'ascenseur spatial n'est pas un détail.
Une rupture de câble ou un enroulement du câble autour de la Terre ne sont pas des détails.
Le bilan énergétique n'est pas un détail.
Des ingénieurs ingénieux avec des détails mal ficelés ont provoqué la perte de 2 navettes spatiales et leur équipage...

[invitebdaccd77]

DonPanic:
La stabilité de l'ascenseur spatial n'est pas un détail.

Là je suis bien d'accord, mais j'ai du mal à voir d'où viennent tes doutes sur cette stabilité, ce ne sont pas les solutions qui manque et le système est dans un état d'équilibre stable...

Le bilan énergétique n'est pas un détail.

Pour monter 1 kg en orbite géostationnaire avec l'ascenseur il faut, d'une part, passer de la vitesse tangentiel au sol à la vitesse tangentiel en orbite et, d'autre part, gagner l'énergie potentiel correspondant à la monté.

Vitesse au sol: 2*pi*6400000/(3600*24) = 465 m/s
Vitesse en orbite 2*pi*36000000/(3600*24) = 2617 m/s
différence 2152 m/s soit 2.3 MJ par kg

Potentiel au sol G*Mt/r = 6.69e-11*6e24/6400000 = 6.272e7 J/kg
Potentiel en orbite 6.69e-11*6e24/36000000 = 1.115e7 J/kg
différence : 51.6 MJ/kg

total: 53.9 MJ/kg soit 15 kWh/kg ça me parait plutôt faible. Evidemment j'ai oublié les frottements mais je veux bien doubler, on reste bien loin d'une fusée !!!!

Des ingénieurs ingénieux avec des détails mal ficelés ont provoqué la perte de 2 navettes spatiales et leur équipage...

Les ingénieurs ou les administratifs ?