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Navette spatiale et MHD...



  1. #1
    KarmaStuff

    Navette spatiale et MHD...


    ------

    Salut

    Suite aux problèmes majeurs relatifs au retour de la navette spatiale dans l'atmosphère terrestre, à cause des frottements avec les particules de la haute atmosphère, ne pourrait-on pas la doter d'un système basé sur la MHD (Magnéto-Hydro-Dynamique) ?
    .oO(Que représente la contreverse autour de la MHD d'ailleurs ?)

    Les frottements seraient évités, et une partie du danger écarté... Qu'en pensez-vous ?

    -----
    Connais-toi toi-même et l'Univers n'aura plus aucun secret pour toi...

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  3. #2
    DanielH

    Re : Navette spatiale et MHD...

    KarmaStuff:
    Les frottements seraient évités, et une partie du danger écarté...
    Tout le problème est que les frottements sont nécéssaires pour freiner la navette de 28 000 km/h à 400 km/h. Si tu supprimes les frottements tu ne ralentis plus.
    Pour la MHD, il me semble qu'il faudrait des puissances collossales pour être efficace, or la navette ne dispose pas de cette puissance.

  4. #3
    Jeremy

    Re : Navette spatiale et MHD...

    L'énergie pourrait être récupérée de la vitesse justement. Le problème de la navette au retour c'est bien d'avoir beaucoup d'énergie à dépenser (énergie mécanique). Pour le moment cette énergie est dissipé par frottement.

    Je dirai que le problèe est asses simplifié vis à vis de la MHD propulsive : le gaz est déjà ionisé il suffirait de transformer son énergie cinétique en éléctricité non ?

  5. #4
    DanielH

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Jeremy:
    je dirai que le problèe est asses simplifié vis à vis de la MHD propulsive : le gaz est déjà ionisé il suffirait de transformer son énergie cinétique en éléctricité non ?
    Admettons que ce soit possible. Et après, on fait quoi de cette électricité. Il faut la dissiper rapidement.

    Petite application numérique:

    La navette pèse 70 tonnes et va à 28 000 km/h. 1/2m*v2 ça donne 2 gigajoules à dissiper en 2 000 secondes (c'est un ordre de grandeur) soit 1 MW moyen ! Ca va être dure à dissiper sous forme électrique.

  6. #5
    Jeremy

    Re : Navette spatiale et MHD...

    On l'utilise pour ioniser l'atmosphère afin de se servir de la MHD L'énergie se dissiperait par rayonement, tout comme lorsqu'on utilise un bouclier thermique ..
    Maintenant me demande pas les calculs non plus.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    KarmaStuff

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Citation Envoyé par DanielH
    Tout le problème est que les frottements sont nécéssaires pour freiner la navette de 28 000 km/h à 400 km/h. Si tu supprimes les frottements tu ne ralentis plus.
    Pour la MHD, il me semble qu'il faudrait des puissances collossales pour être efficace, or la navette ne dispose pas de cette puissance.
    Sans annuler complètement les effets de ralentissement atmosphériques, on pourrait au moins les diminuer, quitte à faire parcourir plus de distance à la navette avant l'aterrissage... Moins de chaleur sur les matériaux (moins de risques et dangers) => moins d'épaisseur de matériaux isolants => diminution de la masse de la navette...

    En ce qui concerne l'énergie nécessaire pour la MHD, comme le souligne Jeremy, le système s'auto-alimente, l'énergie est recyclée...
    Connais-toi toi-même et l'Univers n'aura plus aucun secret pour toi...

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  10. #7
    Blink

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Qu'est ce que c'est, la MHD ? Un bouclier ?

  11. #8
    KarmaStuff

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Citation Envoyé par Blink
    Qu'est ce que c'est, la MHD ? Un bouclier ?
    Un "bouclier" magnétique qui "repousse" les particules à proximité... Un peu comme les systèmes magnétiques dans les prototypes de centrales à fusion nucléaire, afin que le plasma soumis à de très hautes températures reste à distance des parois du réacteur...
    Connais-toi toi-même et l'Univers n'aura plus aucun secret pour toi...

  12. #9
    Blink

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Compris 5/5. Mais est-ce que ça ne poserait pas des problèmes de guidage ? Ca serait super pour une sphère comme le Vostok, mais la navette est un avion, qui vole comme un fer à repasser certes, mais un avion quand même. Or si le bouclier est sphérique, c'est la partie la plus lourde qui va passer devant, donc l'arrière en l'occurence, à cause des moteurs. A moins qu'il soit possible de modeler le bouclier pour lui donner une forme de fuseau ? Voir même de le modifier localement pour modifier la portance, et donc contrôler plus ou moins la trajectoire ? (Je ne parle pas de looping ou de descente en vrille, mai de faire glisser le point d'arrivée comme avec les Soyuz).

    En parlant de ça, j'ai un jour survolé un site internet qui parlait de "globes Tesla" testés en Union Soviétique, est-ce que ça existe vraiment ou c'est du bidon, et est-ce que ça à un rapport avec la MHD ?

  13. #10
    GillesH38a

    Re : Navette spatiale et MHD...

    La MHD n'est pas un bouclier. Ce sont les initiales de magnétohydrodynamique : c'est l'ensemble des équations gouvernant l'écoulement d'un fluide conducteur en présence de champ magnétique (un plasma magnétisé). Elle est utilisée par exemple pour décrire la couronne et le vent solaires, l'environnement des étoiles et des trous noirs, l'intérieur de la Terre (origine du champ magnétique terrestre). On a proposé l'emploi de plasmas en présence de champ magnétique pour l'expulser à grande vitesse, créant une force de propulsion (il ya eu aussi des applications pour les sous-marins avec l'eau de mer aussi je crois).

    Pour votre problème, créer de l'électricité pour rayonner l'énergie ne changerait rien, puisque le refroidissement par rayonnement ne se fait que grâce à la température élevée. Il y a conservation de l'énergie, la navette chaufferait tout autant.

  14. #11
    claude27

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Quand on descend sur une planète sans atmosphère ( lune ou Mars ) , ON SE FREINE AVEC QUOI ?
    Avec des rétrofusées pardi !
    Bon, bien sur , c' est encore du carburant à embarquer et à stocker au départ !

  15. #12
    Jeremy

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Citation Envoyé par gillesh38
    Pour votre problème, créer de l'électricité pour rayonner l'énergie ne changerait rien, puisque le refroidissement par rayonnement ne se fait que grâce à la température élevée. Il y a conservation de l'énergie, la navette chaufferait tout autant.
    Non ici c'est pas la navette qu'on chauffe, mais le gaz autour de la navette.

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  17. #13
    Yantar

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Claude27, la sonde Viking pesait à l'atterrissage 663 kg dont 73 kg d'ergols, soit 11% de sa masse. La navette a l'atterrissage, à vide, pèse 70 tonnes. Ce qui veut dire qu'à l'atterrissage, vu la gravité et d'autres paramètres qui rentrent en ligne de compte, il faudrait compter sur plus de 8 tonnes d'ergols (ici ce n'est qu'un calcul de rapport de masse entre la navette et Viking... histoire de se donner une idée), soit 1/3 de la masse de charge qu'elle transporte vers l'ISS. Quand on pense que la Nasa n'a jamais utilisé Columbia pour l'ISS parce que sa charge utile était trop faible, on n'ose pas se demander si en plus elle était emputée d'1/3... Par contre, moi je pense que si on développait une navette avec un vol plané qui pourrait être plus long, on pourrait la faire descendre moins vite et donc l'échauffer moins.

  18. #14
    DanielH

    Re : Navette spatiale et MHD...

    KarmaStuff:
    Sans annuler complètement les effets de ralentissement atmosphériques, on pourrait au moins les diminuer, quitte à faire parcourir plus de distance à la navette avant l'aterrissage... Moins de chaleur sur les matériaux (moins de risques et dangers) => moins d'épaisseur de matériaux isolants => diminution de la masse de la navette...
    Yantar:
    Par contre, moi je pense que si on développait une navette avec un vol plané qui pourrait être plus long, on pourrait la faire descendre moins vite et donc l'échauffer moins.
    C'est effectivement une question que je me suis souvant posée. Pourquoi ne pas allonger le temps de ralentissement et donc réduire l'échauffement. Lors du début de la descente, la navette se cabre pour offrir une très forte résistance et c'est pour ça que ça chauffe tant.
    Il doit y avoir une raison aérodynamique ou de pilotage, mais je ne vois pas. Quelqu'un sait-il celà ?

  19. #15
    Rennais

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Je pense qu'il faudrai des ailes plus grandes, la navette serait plus lourde d'ou perte de charge utile. A mon avis les ingénieurs concepteur de la navette ont fait les bons choix avec les moyens de leur époque, le problème c'est que les tuiles sont trop fragiles. Aujourd'hui, il existe d'autres matériaux plus solide. personnellement, je pense qu'il faudrait garder le concept de navette, mais en utilisant les matériaux et l'ingénierie d'aujourd'hui, pour fiabiliser et réduire l'entretien de la navette.

  20. #16
    firemax

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Ben normalement une navette est en projet non ? (la nasa la lancer pour le projet de base lunaire je crois ) mais n'empeche que pour ce qui est de "l'actualisation" des navette l'esa vient de faire des test pour ameliorer les moteur de ariane 5 ce qui permetrais d'augmenter ca charge utile de 2.5t ce qui veut dire que rien n'est perdu .

    Euh si quelqu'un a des renseignement sur le projet de navette ca serait sympa
    ___________________
    Pas besoin d'avoir une formation scientifique pour s'y interesser ;)

  21. #17
    KarmaStuff

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Citation Envoyé par DanielH
    C'est effectivement une question que je me suis souvant posée. Pourquoi ne pas allonger le temps de ralentissement et donc réduire l'échauffement. Lors du début de la descente, la navette se cabre pour offrir une très forte résistance et c'est pour ça que ça chauffe tant.
    Il doit y avoir une raison aérodynamique ou de pilotage, mais je ne vois pas. Quelqu'un sait-il celà ?
    Déjà on sait que la navette doit respecter un certain angle pour entrer dans l'atmosphère. Trop aigu, et la navette "rebondit" et fait du "space-surf" dans l'Espace... Trop obtu, et elle se désintègre...
    Ensuite, comme il a été dit précédemment, la navette se laisse porter et plane jusqu'à la piste d'atterrissage. Elle ne pourrait planer plus longtemps, ce n'est pas un avion...

    D'ailleurs, c'est peut-être vers cette voie que les ingénieurs devraient s'aventurer. Des réacteurs susceptibles de reproduire le vol "standard" d'un avion, et on se pose en douceur presque où on veut. Mais c'est toujours pareil : qui dit réacteurs dit carburant... et problème de charge utile (à quand de nouveaux matériaux révolutionnaires et ultra légers ?).
    Connais-toi toi-même et l'Univers n'aura plus aucun secret pour toi...

  22. #18
    Blink

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Citation Envoyé par Rennais
    A mon avis les ingénieurs concepteur de la navette ont fait les bons choix avec les moyens de leur époque
    Justement non , et c'est bien là le problème. La navette a été baclée par manque de crédit et adaptée au besoin des militaires qui ont acceptés d'aligner les dollars pour boucler le projet. Si le Congrès n'avait pas autant mégoté dans l'attente d'un hypothétique remplaçant, des sommes d'argents considérables auraient pu permettre de nombreuses remises à niveau, au fur et à mesure des progrès technologiques (les tuiles carbone-carbone du vaisseau Hermès étaient paraît-il plus sophistiquées et beaucoup moins fragiles que celles de la navette, par exemple).

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  24. #19
    KarmaStuff

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Citation Envoyé par Blink
    Justement non , et c'est bien là le problème. La navette a été baclée par manque de crédit et adaptée au besoin des militaires qui ont acceptés d'aligner les dollars pour boucler le projet. Si le Congrès n'avait pas autant mégoté dans l'attente d'un hypothétique remplaçant, des sommes d'argents considérables auraient pu permettre de nombreuses remises à niveau, au fur et à mesure des progrès technologiques (les tuiles carbone-carbone du vaisseau Hermès étaient paraît-il plus sophistiquées et beaucoup moins fragiles que celles de la navette, par exemple).
    Peut-être aurait-on pu éviter de dépenser autant d'argent dans l'ISS, et se préoccuper davantage des systèmes de lancement et de mise en orbite (et du retour sur Terre).... Si c'était à refaire, je parie que certains protagonistes du projet ISS réfléchiraient à deux fois avant d'entreprendre un outil pas si indispensable, en comparaison avec d'autres instruments optiques moins coûteux...!

    Quel fabuleux télescope aurait-on pu obtenir avec de tels budgets alloués à l'ISS...
    Connais-toi toi-même et l'Univers n'aura plus aucun secret pour toi...

  25. #20
    GillesH38a

    Re : Navette spatiale et MHD...

    La vitesse de la navette n'est pas un paramètre libre : a moins d'une chute quasi directe catastrophique, elle DOIT etre presque égale à la vitesse orbitale (- epsilon qui la fait descendre ); retarder sa chute ne fait que retarder le moment ou elle entre dans les couches denses de l'atmosphère, mais à partir de ce moment là on n'a plus le choix, il faut juste ajuster les paramètres pour qu'elle arrive au bon endroit....

  26. #21
    Quisit

    Re : Navette spatiale et MHD...

    c'est d'ailleurs un question que je me pose ... n'est il pas possible de maintenir en proche orbite un véhicule en dessous de la vitesse orbitale ?

    un peu comme avec un système antigrav de SF mais à l'aide d'ergols...

    de façon à créer une insertion athmosphérique à vitesse bien plus réduite que la navette ?

    totalement impossible ?

  27. #22
    Blink

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Citation Envoyé par Quisit
    c'est d'ailleurs un question que je me pose ... n'est il pas possible de maintenir en proche orbite un véhicule en dessous de la vitesse orbitale ?

    un peu comme avec un système antigrav de SF mais à l'aide d'ergols...

    de façon à créer une insertion athmosphérique à vitesse bien plus réduite que la navette ?

    totalement impossible ?
    Le problème sera le poids d'ergol à embarquer (et à lancer, accessoirement), et la complexité technologique du système.

  28. #23
    Argyre

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Citation Envoyé par Quisit
    c'est d'ailleurs un question que je me pose ... n'est il pas possible de maintenir en proche orbite un véhicule en dessous de la vitesse orbitale ?
    de façon à créer une insertion athmosphérique à vitesse bien plus réduite que la navette ?
    totalement impossible ?
    Bien sûr que c'est possible, mais comme il a déjà été dit, le problème numéro 1 du lancement d'un objet dans l'espace, c'est le poids de tout ce qu'on emporte au décollage. Rappelons que la navette spatiale n'a pas assez de puissance pour aller en orbite haute, par exemple pour mettre en orbite un satellite géostationnaire.
    (Rappelons par la même occasion que la navette ne sera donc jamais utilisée pour aller sur la lune ou Mars !)
    Si en plus on surcharge la navette avec du carburant pour la freiner et la maintenir en orbite, on limite encore plus ses capacités de mise en orbite !

    Une petite remarque complémentaire : contrairement à ce qu'on apprend souvent à l'école, on peut également envisager de sortir de l'attraction terrestre sans atteindre la "vitesse de libération", il suffirait par exemple de maintenir une vitesse relative de 5 km/s (au lieu de 11) jusqu'à ce qu'on soit suffisamment loin de la Terre pour ne pas retomber dessus. Mais pour y arriver, il faut pouvoir maintenir le moteur en marche plusieurs heures avec du carburant disponible. Et ça c'est impossible en pratique, car plus on prend de carburant et plus la fusée est lourde, et plus il faut un moteur puissant ... et plus il faut consommer de carburant à la seconde, et donc emporter plus de carburant ... on n'en sort pas, c'est une idée théorique mais tout à fait impossible en pratique !
    Tout ça pour dire que le poids au décollage est bien le 1er souci des concepteurs de fusée.

  29. #24
    Jeremy

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Oui la vitesse de libération n'intervient que dans un problème ballistique, apres sit tu es propulsé il suffit de maintenir une vitesse positive pour s'éloigner de la terre ... m'enfin c'est asses evident non ?

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  31. #25
    Quisit

    Re : Navette spatiale et MHD...

    don en fait "SI" (avec des si on pourrait ...) on disposait d'une ressource d'energie particulièrement dense, il serait possible de se poser ou de quitter une planète sans faire face à des vitesses faramineuses, façon vaisseaux des SF

  32. #26
    tokamac

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Dans le cadre de la MHD utilisée sur une hypothétique nouvelle navette spatiale, lors d'une rentrée atmosphérique, le but n'est pas d'accélérer l'air par les forces électromagnétiques afin de supprimer l'onde de choc, puisqu'on doit justement utiliser l'air pour ralentir, comme cela a été évoqué plus haut.
    A ces vitesses, au delà du mur du son, on a le mur de la chaleur, qui attaque les matériaux. C'est pour cela que la navette actuelle est recouverte sur son ventre de tuiles céramiques. Et les bords d'attaque (bord des ailes, de la dérive verticale à l'arrière, du nez sur la proue...) sont particulièrement exposés.

    L'astuce est d'utiliser l'air déboulant à vitesse hypersonique, ionisé, et de le ralentir progressivement à l'aide de champ magnétiques sur un convertisseur magnétohydrodynamique disposé le long de la surface de l'appareil. En ralentissant cet air ionisé, on prélève aux électrodes une énorme quantité d'énergie, et grâce à l'effet Hall, on obtient de très fortes tensions.
    Cette énergie électrique est alors en partie injectée sur les bords d'attaque de l'appareil et y crée des zones très fortement ionisées, un plasma émis par les bords d'attaque et qui protège ces derniers : les ondes de choc se détachent légèrement en amont de la structure matérielle de la navette, reposent sur ce cocon protecteur de plasma. On n'annihile aucunement l'onde de choc, la navette est toujours ralentie mais la vitesse relative de l'air, et donc sa température, sont moindres au contact de la paroi.
    Et nul besoin de produire toute cette énergie par un lourd générateur embarqué (comme on pourrait le faire pour ioniser à l'aide de micro-ondes), puisque l'énergie est contenue dans la célérité de l'air, déjà ionisé à cette altitude.
    Dernière modification par tokamac ; 11/09/2005 à 13h56.

  33. #27
    Space cowboy

    Re : Navette spatiale et MHD...

    a propos de la MHD dans Air&cosmos de janvier 2001 y avait un article sur un avion hypersonique russe (un projet) l'AJAX qui justement utilisait l'énergie MHD pour se propulser
    ils disaient qu'il créait un plasma autour de l'engin avec de l'air chauffé et chargé d'électricité et ça le protégait du mur de la chaleur
    en plus apres en enlevant l'electricité de l'air avec un champ magnétique ca ralentissait l'air (effet Hall) et du coup en plus de recuperer l'electricité on pouvait faire tourner un réacteur classique meme a mach 12...(pas besoin de superstatoréacteur)

  34. #28
    tokamac

    Re : Navette spatiale et MHD...

    Exactement. AJAX est un programme russe d'avion hypersonique très avancé sur le papier mais qui n'a jamais pu être réalisé grandeur nature faute de crédits suffisants. Le père du projet est le scientifique russe Vladimir Freistadt. On en a publiquement entendu parler en 1990 dans des magazines russes, et on connaît bien les détails techniques du projet depuis le dépôt du brevet, en 1993, rendu public en 1995.
    Une maquette de l'avion :


    A partir de 1993-1995, des chercheurs ont compilé ces informations publiquement disponibles et ont publié en 1997 un papier sous l'égide de l'AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics) :
    "Electro-magnetic interactions in a hypersonic propulsion system"
    Tout y est détaillé concernant le fonctionnement d'Ajax par la MHD : pontage (MHD bypass) entre les ralentisseurs-générateurs et les accélérateurs, le système d'ionisation, la création de plasma protecteur, etc.

    Le programme similaire aux Etats-Unis est nommé "Aurora", et a abouti à plusieurs avions hypersoniques, capable de se déplacer à une vitesse de croisière de Mach 10 à 30000 mètres d'altitude. Le programme Aurora a débuté au début des années 80 pour une réalisation effective depuis le début des annéess 90. Le budget global est de 5 à 6 fois celui du programme Apollo, et le niveau de secret est similaire à celui du projet Manhattan.

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