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rebonds atmosphériques



  1. #1
    akabus47

    Cool rebonds atmospheriques


    ------

    Bonjour a tous

    je mène une étude comparative qui m'amène a considerer les rebonds dans l'espace des engins spatiaux ( ou même des asteroides...) sur la couche atmosphérique .


    Je me suis démené pendant quelques heures a chercher sur Internet des documents y ayant rapport mais malhereusement je n'ai rien trouvé , les sites grand public restent très vagues et relatent plutot de la portance , de la desorbitation.....

    Ce que je cherche ce sont des équations ou meme des explications qui traitent de ces rebonds possibles sur l'atmosphere , des forces mises en jeu .........
    J'ai tenté de contacter en vain la Nasa et le centre francais de l'aeronautique ,, en attente de réponse....
    Et si je suis dans le bon forum , je remercie d'avance l'aide que l'on apportera


    -----

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  3. #2
    OKO

    Re : rebonds atmospheriques

    Salut Akabus

    Je ne pourrais pas t'aider en ce qui concerne les équations, mais étant un pratiquant régulier d'une simulation appelée Orbiter, je vais tenter de te décrire le phénomène brièvement :

    Contrairement à la mise en orbite, la désorbitation autour d'un astre pourvu d'une atmosphère, surtout aussi dense que l'atmosphère terrestre, est très économique.
    En effet, l'atmosphère va jouer le rôle de decelerateur "gratuit" (sans nécessiter l’utilisation de propulseurs).
    Mais cela ne peut pas se faire dans n'importe quelles conditions.
    Prenons l'exemple de la Terre puisque c'est le sujet de ta question.

    L'atmosphère a une épaisseur de ~ 130 km
    Disons même qu'il faut aller jusqu'a 200 ou 250 km d'altitude pour être totalement en dehors de la moindre parcelle d'atmosphère.
    C’est le cas des satellites par exemple, qui orbitent pour les plus bas a ~300 km.
    En effet, même si a l’altitude de 130 km l'atmosphère est considérablement raréfiée, la présence résiduelle de particules éparses a tout de même pour effet de freiner progressivement tout objet en orbite, jusqu'à ce que sa vitesse passe en dessous de la vitesse minimum de mise en orbite (7,5km/sec). Et une fois cette vitesse atteinte, l’objet tombera irrémédiablement au sol (ou plus probablement en mer).
    Terminons cet aparté en disant que pour être en orbite « sécurisée » il faut donc « grimper » jusqu'à 250 km, en atteignant une vitesse de 7,5 kilomètres par seconde. Ceci étant des minimums directement liés l’un a l’autre (l’altitude d’orbite – dans le cas d’une orbite circulaire et non elliptique – est directement conditionnée par la vitesse du corps mis en orbite).

    Passons maintenant à la rentrée atmosphérique.
    Un corps en orbite basse a une vitesse qui correspond à 20 fois celle d’une balle de fusil.
    Autant dire que 7,5km/s c’est considérable, ça représente 27.000 km/h.
    Pour freiner suffisamment afin de permettre un atterrissage en douceur, les engins spatiaux se servent donc du frein atmosphérique :

    La méthode la plus facile à utiliser consiste à mettre l’appareil dans une attitude rétrograde (les moteurs principaux orientés vers l’avant) afin de procéder a une brève deceleration (de l’ordre de quelques secondes) jusqu'à ce que le Périgée (point le plus bas) de l’orbite se situe a 40km de la surface de la terre.
    De cette façon, l’engin pénètrera dans les couches denses de l’atmosphère ou il subira la deceleration.

    Voici la procédure :

    1) Attendre que la trajectoire orbitale passe au-dessus du point prévu d’atterrissage.
    Ou
    1bis) forcer le changement de plan orbital a une node afin de faire passer la trajectoire orbitale au-dessus du point prévu d’atterrissage.

    2) A ~17.000 km (17.550 exactement à partir de l’ISS en orbite a 320km) effectuer une poussée rétrograde jusqu'à ce que le périgée passe a 40 km de la surface terrestre. Ceci va donner un angle de rentrée idéal (pour l'atmosphère terrestre) ~ de 1.00°

    3) Se remettre « dans le sens de la marche » et attendre que ça se passe jusqu'à ce qu’on arrive à une altitude de 130 km


    4) A 130 km d’altitude, pour la navette qui est une « brique volante », on positionne le nez a 40° d’AOA (angle d’attaque).
    A cette altitude, on peut observer le début d’une pression atmosphérique véritablement TRES ténue, mais néanmoins existante.
    L’angle d’attaque de 40° va permettre à la navette de créer une onde de choc devant elle, simulant un objet complètement rond lors de la rentrée atmosphérique.


    5) A 80km d’altitude, la pression atmosphérique est plusieurs milliers de fois celle de 130km, tout en restant encore très faible. Néanmoins, c’est l’altitude a laquelle on commence à percevoir le bruit de l’air transformé en plasma sous les effroyables contraintes qu’il subit au contact du vaisseau qui est a Mach 25 en augmentation de vitesse.
    Pourquoi en augmentation de vitesse ? car l’air est encore bien trop ténu pour freiner l’appareil qui est en chute libre vers le sol, donc en accélération, jusqu'à ~mach 27.


    6) A 60 kilomètres d’altitude, l’accélération devient progressivement deceleration, on entre dans le vif du sujet, début du freinage atmosphérique


    7)A 50 km d’altitude, le freinage atmosphérique est à son maximum : la vitesse chute énormément a chaque seconde et l’équipage prend des » G », jusqu'à presque 3G pendant la phase la plus dure. A cette période, la température externe avoisine les 2000° et une énorme onde de choc se dessine devant l’appareil.

    C’est de loin le moment le plus critique : en fait, ici, l’appareil rebondi sur l’atmosphère et il peut se présenter 3 cas de figure =>

    - l’appareil rebondit trop sur la couche et reprend de l’altitude
    - l’appareil ne rebondit pas assez et plonge vers le sol
    - l’appareil rebondit comme il faut

    Cas numéro 1 : si l’appareil reprend de l’altitude, il n’a cependant dejà plus une vitesse suffisante pour de nouveau rentrer en orbite, ce qui fait qu’il va monter, a des hauteurs parfois très importantes … pour redescendre de façon catastrophique dans un piqué incontrolable et finir par être carbonisé dans les couches basses de l’atmosphère ou il aura pénétré trop vite, car avec trop d’incidence.

    Cas numéro 2 : si la rentrée atmosphérique se fait avec une trop grande incidence, l’appareil va atteindre des températures inacceptables pour lui et il brûlera, car il n’aura pas eu le temps nécessaire pour dissiper son énergie avant d’atteindre les couches basses.

    Cas numéro 3 : l’appareil va passer suffisamment de temps entre 60 et 50 km pour dissiper toute l’énergie cinétique (sous forme de chaleur) afin d’opérer une rentrée dans les couches basses (considérablement plus denses que les hautes couches) dans des conditions de température acceptables.
    Ca se joue en a peu près 2000 km de long, sur les 17.500 nécessaires a la desorbitation.
    Mais il est clair que c’est entre 50 et 55 km que se réalise la majorité du freinage atmosphérique.
    Une fois passé les 40 km, les températures chutent à une vitesse vertigineuse, la vitesse de l’engin n’est plus que de ~ Mach 6, et l’appareil est totalement hors de danger … de brûler en tout cas.


    Une dernière chose :
    Orbiter est gratuit ( http://orbit.medphys.ucl.ac.uk/orbit.html ) et absolument génial.
    Les francophones sont très actifs dessus ( http://orbiter.dansteph.com/forum/list.php?f=3 )
    N’hésites pas à les questionner, ils sont vraiment très forts sur le sujet et aussi super sympa avec tout le monde (y compris les bleus)
    Si tu as Emule, je te recommande de télécharger la version toute prête qu’ils mettent à disposition, ce qui t’évitera une installation assez laborieuse et délicate, il faut l’avouer.
    Dans ce cas fais une recherche sur =>

    Package orbiter 2005+full addons v3.01 (11aug05).rar

    Bon vols !

  4. #3
    akabus47

    Wink Re : rebonds atmospheriques

    Je te remercie pour ces informations qui me seront plus que précieuses .
    Je telechargerait "Orbiter" qui me semble assez interessant et je continuerait a chercher les equations mais tu m'as donner un bon coup de main.

    Merci encore et bonne continuation ..................



  5. #4
    Invite28765432

    Exclamation Re : rebonds atmospheriques

    Orbiter est en effet génial...

    Si tu veux des docs., un livre introduit ce problème. Sont titre étant me semble-t-il : Techniques et systèmes spatiaux, éditions Masson. Si tu as une bibliothèque universitaire, tu peux toujours tenter de t'y introduire frauduleusemment. Peut-être y trouveras-tu les cours de Supaéro sur le sujet !


  6. #5
    Space cowboy

    Re : rebonds atmospheriques

    a propos du rebond spatial...
    Ce concept de rebondir sur l'atmosphère a été étudié a plusieurs reprise pour des avions hypersoniques
    -en 1942 le silbervogel (oiseua d'argent) du professeur saenger devait décoller d'une voie ferrée et poussé par des moteurs de V-2 rebondir sur l'atmosphère plusieurs fois pour balancer des bombes sur New-york et finalement planer jusqu'au iles marianes dans le pacifique du coté... Japonais. Si si!!
    -10 ans après les américains de Bell (ceux du X-1 X-2 ) ont repris le concept avec le BOMI puis dyna-soar (dynamic soaring) dans sa première version lancé par une fusée titan I son vol sub-orbital devait comprendre des ricochets sur l'atmosphère
    ( SKIP GLIDE BOMBING)
    -enfin le concept est revenu en 1997 avec l'HYPERSOAR qui devait faire des rebonds entre 65 et 100 km d'altitude...
    je vais essayer de trouver des liens
    Hypersoar :
    http://www.*********.com/nouv_f/Hypersoar.htm
    http://www.fas.org/man/dod-101/sys/ac/hypersoar.htm
    et meme une petite animation...
    http://scicom.ucsc.edu/SciNotes/9901/ride/hyperani2.htm

    Dyna-soar / Saenger Skip-glide-bombing
    http://www.astronautix.com/lvs/saenger.htm
    http://www.astronautix.com/craft/bomi.htm

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    Space cowboy

    Re : rebonds atmospheriques

    Cherche BOMI , Dyna-Soar, Saenger, Skip-glide-bombing, et surtout Hypersoar (y a plein de liens sur ce dernier...)

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  10. #7
    akabus47

    Re : rebonds atmospheriques

    Merci Space Cowboy pour ces précisions sur l'hypersoar.
    Elles me seront sûrement utile dans ma recherche.

    Dommage cependant que ces phénomènes ne soient pas exprimés analytiquement, car je m'interresse en fait à la dualité entre les ricochets aquatiques et spatiaux. Mais pour l'instant je ne dispose d'aucune expliquation rigoureuse sur les ricochets spatiaux ...
    Je doute pourtant que ce soient des dociments "secret défense" !
    A voir donc ...

  11. #8
    OKO

    Re : rebonds atmospheriques

    Citation Envoyé par akabus47
    Merci Space Cowboy pour ces précisions sur l'hypersoar.
    Elles me seront sûrement utile dans ma recherche.

    Dommage cependant que ces phénomènes ne soient pas exprimés analytiquement, car je m'interresse en fait à la dualité entre les ricochets aquatiques et spatiaux. Mais pour l'instant je ne dispose d'aucune expliquation rigoureuse sur les ricochets spatiaux ...
    Je doute pourtant que ce soient des dociments "secret défense" !
    A voir donc ...
    Je ne pense pas que les rebonds atmosphériques soient comparables aux rebonds aquatiques en aucune façon, Akabus.
    En effet, dans un cas il y a changement de milieu, dans l'autre il y a juste densification du même milieu.
    j'aimerais bien cependant un mots des spécialistes en physique du forum a ce sujet

  12. #9
    akabus47

    Question Re : rebonds atmospheriques

    Bonjour OKO


    En effet il y a changement de milieu dans le cas des rentrées ou des rebonds atmospherieques ( s'ils existent vraiment...) mais notre but est en effet de voir si on peut adapter les equations de ricochets aquatiques à ces rebonds en substituant par exemple la densitée de l'eau lors du choc par une variable de densitée atmosphérique , en augmentant proportionnellemnt la vitesse , etc...

    Il me parraissait pourtant ""évident"" que lorsqu'un mobile spatial venait frappe l'atmosphère , sa vitese et l'angle d'incidence pouvait le faire soit dévier de sa trajectoire par ""rebond"" soit l'y faire pénétrer ....
    Mais plus je me renseigne , moins je pense que ces rebonds existent vraiment ...
    Pourtant space cowboy m'a appris que ce type de mouvement etait posible( voir l'hypersoar) , enfin bon , je continu a me renseigner


    Merci encore

  13. #10
    Space cowboy

    Re : rebonds atmospheriques

    ah oui aussi je me souviens d 'un autre truc : dans un vieux vieux vieux science&vie (récupéré d'occasion!!!! ) datant de 1969 (!!) j'avais lu que les capsules apollo rebondissaient de 15km lors de leur rentrée dans l 'atmosphère a plus de 40 000 km/h...

  14. #11
    Pr. Théodose

    Re : rebonds atmospheriques

    J'ai trouvé cette page traitant de la rentrée atmosphérique sur un site de mécanique spatiale niveau Master.
    Le site en question est reférencé dans le sous-forum "Vos liens sur le net".
    En espèrant que ces données seront utiles.

  15. #12
    Invite28765432

    Exclamation Re : rebonds atmospheriques

    Euh... J'ai retrouvé la référence du bouquin que j'avais donné il y a longtemps (cf. plus haut) : Systèmes spatiaux : conception et technologie by Daniel Marty (éd Masson).

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  17. #13
    akabus47

    Re : rebonds atmospheriques

    bonjour
    je vais tenter de trouver le bouquin dont tu parles

    C'est tout de meme incroyable que si peu de references a ces "rebonds" existent .

    Pour ce qui est de l'avance des travaux , je vais essayer de determiner une version approchée de ce phenomene par des considerations simples , en appliquant les theoremes necessaires , mais c'est quand meme frustrant de savoir que ces equations existent quelque part et que je n'arrive pas a y avoir acces .

    Merci a tous pour vos infos

  18. #14
    akabus47

    Re : rebonds atmospheriques

    Bonjour a tous

    J'ai trouvé une quantité assez importante de document sur ce que je cherchais en anglais , le terme exact est "skip reentry" , et pour ceux qui etaient septique sur l'existence de ce phenomene ( je rappelle qu'il s'agit des rebonds atmosphériques) , il existe vraiment .



    J'ai trouvé des references a Dean Chapman , un chercheur en astrophysque amercain , qui a publie des textes et des ouvrages sur les entrées atmospheriques .

    Je n'arive pas a trouver des liens ou meme des extraits de ces ouvrages sur le Net , alors si quelqu'un sait comment je peux y avor acces , je lui en serait reconnaissant.


  19. #15
    lezalin

    Re : rebonds atmospheriques

    juste une curiosité: qui frabrique les boucliers capables de résister, au retour en atmosphère, à des températures aussi élevées ?

  20. #16
    Invite28765432

    Lightbulb Re : rebonds atmospheriques

    Notamment, EADS Space transportation... Va sur leur site pour plus d'info !


  21. #17
    lezalin

    Re : rebonds atmospheriques

    merci pour le site qui est très riche. Je n'ai pas trouvé d'article sur les revêtements thermiques (ils ne sont, peut être que consommateurs) mais les études ont peut être été réalisées au four solaires ODEILLO-MONTLOUIS, dans les PYRENEES-ORIENTALES; peut être ont-ils des adresses de fabricants ?

  22. #18
    lezalin

    Re : rebonds atmospheriques

    re_nouvelles: les fabriquants de céramiques seraient ST GOBAIN et la SNECMA de BORDEAUX.Le CNRS d'ODEILLO-MONTLOUIS n'a fait que des recherches, sans passer en production.Je tiens la 1ère pierre de ma future "bécanne" ....

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  24. #19
    akabus47

    Re : rebonds atmospheriques

    Pour revenir sur les rebonds atmosphèriques :
    Ayant trouvé les équations traitant de ces rebonds sur l'atmosphère (par des engins spatiaux type navette ou fusée ...), je souhaite maintenant établir (si possible ) une analogie entre RICOCHETS AQUATIQUES et REBONDS ATMOSPHERIQUES .
    le problème est que les rebonds atmosphèriques se produisent le long d'une surface circulaire : allez voir ce site :

    http://www.aerospaceweb.org/question...ft/q0218.shtml

    Dans l'optique de cette analogie, il nous faut donc adapter le modèle des rebonds atmosphèriques au modèle des ricochets aquatiques.
    Selon vous, est-il possible de "dérouler" l'atmosphère terrestre, (comme un ruban ) ?

    Quelle en seront les conséquences ?Quelle genre d'approximations cela entrainera ?


    j'attend vos conseils et suggestions avec impatience...

  25. #20
    basilic

    Re : rebonds atmospheriques

    Alors ? Répondez à ce pauvre Akabus47 !!!

  26. #21
    Space cowboy

    Re : rebonds atmospheriques

    A propos des rebonds atmosphériques je me posait une question :
    pourrait on franchir l'atlantique -6000 km- en vol suborbital ? c'est a dire décoller du KSC prendre beaucoup de vitesse et d'altitude -quelque chose comme 150 km et mach8 - puis adopter une trajectoire planante jusqu'en europe ? Y a t il une trajectoire qui permette cela ou est ce totalement aberrant ?
    Je sais que la navette a une procédure de secours dans le genre -TransAtlantic Landing ou TAL -

    Autrement si un simple bond suborbital ne permet pas cela, pourrait on exploiter la technique des rebonds atmosphériques pour aller plus loin ?

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