réacteur Polywell et propulsion spatiale

[Geb]

Bonjour kalish,

Bonjour, est-ce que vous pouvez m'expliquer ce que sont ces cusp holes?

Les cusp holes sont les trous dans le champ magnétique qui entoure un Polywell en fonctionnement.

Pour mieux comprendre, regarde les schémas au slide n°15 de cette présentation :

Forming a "wiffleball"

Certaines balles utilisées dans le Wiffle Ball (un dérivé du Base Ball) ressemble beaucoup à la configuration du champ magnétique d'un Polywell, d'où le nom.

Le but de Bussard lorsqu'il a inventé le Polywell était de faire en sorte de confiner les électrons avec des moyens immatériels. En effet, les grilles utilisées par ces prédécesseurs entraînait des pertes biens trop importantes. La solution étaient évidemment d'utiliser un champ magnétique.

Au fur et à mesure que l'on injecte des électrons dans un Polywell, il se forme une sphère magnétique avec de gros trous (au départ) par lesquels les électrons peuvent s'échapper. Très rapidement, ces trous se referment progressivement, et idéalement il faudrait obtenir une sphère magnétique parfaite (c-à-d sans trous) dans laquelle les particules chargées seraient piègées. La petitesse des Polywell, jusqu'ici et le fait qu'ils fonctionnait avec une énergie électrique très limitée, n'a pas permis de démontrer l'existence d'une sphère magnétique fermée (il y a toujours eu des petits trous dans la sphère).

La simulation effectuée à partir d'une extrapolation de Polywell de 17,5 et 35 cm de rayon ne montre évidemment pas de sphère magnétique parfaite (il y a toujours des trous, sources de pertes, dans le champ magnétique). Dans ces conditions, il faudrait un Polywell de 150 mètres de rayon (10 fois la taille du tokamak ITER).

Cependant, comme le reconnaît l'auteur lui-même rien ne prouve qu'un Polywell plus grand avec un champ magnétique plus important, ne pourrait pas effectivement "fermer" la WiffleBall pour atteindre la configuration d'une sphère. Après tout, l'estimation de 150 mètres n'est que le fruit d'une simulation informatique, semi-empirique qui plus est. Elle ne prouve rien.

Cordialement.
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[Geb]

Bonjour,

Robert Bussard, dans sa dernière interview avant son décès (page 8) :

The only way you are going to get there is by a non-equilibrium driven system that goes back to electrical engineering of Langmuir and Farnsworth of the 1930s and 1940s.

Comme je le disais au message #11 de cette discussion, jusqu'en 2005, les expérimentations sur le Polywell requéraient un vide d'environ 400 nanopascals.

Donc, même si le principe derrière le fonctionnement du Polywell (celui qui est décrit dans le brevet de Bussard) relève de l'électrotechnique des années 1930-1940, on ne pouvait pas expérimenter sur un Polywell avant l'invention de la pompe ionique. Les deux autres pompes à ultra-vide capables d'atteindre le vide requis ont été inventé plus tard :

- la pompe ionique a été mise au point en 1957 au sein de la société Varian, afin d'augmenter les performances et la durée de vie de ses propres générateurs micro-ondes à haute fréquence utilisés dans les radars.

- la pompe turbomoléculaire a été inventé par W. Becker en 1956 et mise au point en 1958 au sein de la société Pfeiffer Hockvakuumtechnik GmbH (Pfeiffer Vacuum). Il s'agit d'une amélioration de la pompe (à traînée) moléculaire inventée par Wolfgang Gaede en 1911 et dont les 14 premiers modèles prêt à la vente étaient disponibles à l'automne 1912.

- la cryopompe a été mise au point au Japon dans les années 70, au sein de la société Suhimoto (SHI Cryogenics Group).

Un topo historique en anglais sur les pompes à vide :

Evolution Of The Laboratory Vacuum Pump

Cordialement

[Geb]

Bonjour,

Apparemment, de ce que j'ai cru comprendre, le 9 septembre 2011 le Sénat américain aurait réduit considérablement le budget alloué aux recherches sur la fusion nucléaire.

Senate Slashes Fusion Budget

Cette réduction menaçerait la poursuite des recherches sur les techniques différentes des deux grandes voies : le confinement magnétique au sein d'un tokamak et la confinement inertielle par lasers.

Cordialement

[Geb]

Une question me taraude... Le travail que EMC2 fait actuellement aurait-il pu commencer plus tôt ?

Comme l'indique un brevet ultérieur (US Patents 3258402, page 19), Philo Farnsworth a rempli une demande de brevet pour une première version de son fuseur le 5 mai 1956. Mais l'article de Wikipedia en anglais indique que le dispositif à la base du fuseur avait été découvert par Farnsworth au début des années 1930 :

The fusor was originally conceived by Philo T. Farnsworth, better known for his pioneering work in television. In the early 1930s he investigated a number of vacuum tube designs for use in television, and found one that led to an interesting effect. In this design, which he called the multipactor, electrons moving from one electrode to another were stopped in mid-flight with the proper application of a high-frequency magnetic field. The charge would then accumulate in the center of the tube, leading to high amplification.

L'article de Wikipedia sur l'effet multipactor indique que Farnsworth l'a re-découvert en 1934 et que l'observation de cet effet par le physicien français Camille Gutton a été publié pour la première fois dans le compte-rendu de la séance du 28 janvier 1924 de l'Académie des Sciences.

Robert Bussard citait le travail de Langmuir et al. sur le confinement de charges au sein de géométries sphériques, publié en 1924.

Le cadre théorique de la physique nucléaire était un facteur limitant jusqu'à la découverte du neutron par Chadwick en 1932. Le deutérium a été découvert par Urey fin 1931. Les premières réactions de fusion D-D furent expérimentées dès 1934 (avec des tubes à décharge) au laboratoire de Cavendish.

Donc, si on savait ce que l'on avait à construire, est-ce qu'un Polywell comme le WB-7 (qui a besoin d'un vide moins poussé) aurait pu être construit dès les années 20 ou 30 ?

[invitebd8766f3]

De tout les documents, j'ai du mal à dissocier tout ce qui a déjà été fait, ce qui reste à faire, ce qui est espérer pour le polywell.
Actuellement, quel est le stade de développement du polywell ?

On peut voir des photos de polywell en fonctionnement, donc la fusion nucléaire est bel et bien produite (et maitriser ?) ? en continu ? si oui sur combien de temps ? ce qui ne correspond pas vraiment à certain articles, quelques peu anciens c'est sur, que j'ai pu lire affirmant que la seul fusion nucléaire que l'homme est put recréer fût celle au sein des bombes atomique, donc incontrôlé.

Geb, tu dit que les réserve de Bore 11 dans l'eau de mer sont immense, il faut encore l'extraire de l'eau, quel est le procédé pour y arriver ? une simple évaporation peut-être, comme pour obtenir du sel ?

de ce que j'ai compris, les obstacle à éviter pour le polywell sont :
-l'énergie qui vient percuter et chauffe le Magrid;
-les radiations généré qui s'échappe du réacteur et sont un danger pour tout ce qui est viable;
-la température de fusion des matériaux constituants le réacteur, qui force dont à brider le régime du moteur;-autre chose ?

Cordialement
à +

[Geb]

Bonsoir,

Le dispositif Polywell fonctionne de manière pulsé, en déchargeant l'électricité contenue dans une batterie de condensateurs. Jusqu'au WB-7, la durée de fonctionnement, associée à cette quantité d'énergie électrique limitée, était d'environ 25 millisecondes. Depuis, le Polywell fonctionne toujours de manière pulsé, mais pour un peu plus longtemps (mais toujours une fraction de seconde). Le but est évidemment de le faire fonctionner en continu, mais pour ça il faudrait, soit qu'on le raccorde à une petite centrale électrique lorsqu'il n'est pas rempli de "carburant" (deutérium, bore...), soit (c'est le but ultime) qu'il produise plus d'énergie qu'il n'en consomme lorsqu'il est rempli de ce même carburant nucléaire.

Un Polywell peut fonctionner avec ou sans carburant nucléaire. Le "carburant" employé a toujours été (pour l'instant), le deutérium. Faire fusionner 2 atomes de deutérium produit en moyenne un neutron pour 2 réactions. En 2005, 4 tests avec du deutérium on permit de détecter entre 2 et 3 neutrons par test. Hors, le neutron n'est pas sensible au champ électromagnétique, et donc très difficile à détecter. Bussard estimait donc que compte-tenu de cette difficulté, de la faible durée de fusion et des performances faibles des détecteurs utilisés, la détection de 2 à 3 neutrons équivaut à la production effective de 1 milliard de neutrons par seconde. Hors, à l'époque, l'équipe de Bussard n'a pas pu effectuer de mesures sans le Polywell, pour voir si les 2 à 3 neutrons détectés ne pouvaient pas être dus à des rayons cosmiques (et donc pas à des réactions de fusion nucléaire produite par le Polywell). Autrement dit, fin 2005, on ignorait si le Polywell produisait des réactions de fusion nucléaire.

Depuis la mort de Bussard en 2007, les travaux sur le Polywell ont repris, et les chercheurs de EMC2 ont construit 2 autres machines : WB-7 et WB-8. Le développement du Polywell est secret, donc les informations disponibles parlent de "résultats positifs". Cela pourrait signifier que le Polywell produit bien des réactions de fusion.

Cependant, les dispositifs Polywell sont encore beaucoup trop petits, et produisent beaucoup moins d'énergie par fusion nucléaire que l'énergie électrique qu'il faut pour démarrer la réaction. EMC2 a un contrat avec la marine américaine, qui stipule qu'un Polywell produisant une quantité nette d'énergie (100 milliwatts) devrait être testé pour le 31 octobre 2012. La construction du WB-8 ayant été terminé le 1 novembre 2010 (avec 6 mois de retard), on ne saura pas avant le 1er mai 2013 si le Polywell peut produire une quantité nette d'énergie. Actuellement, le record du monde appartient au tokamak JET avec un gain de 0,7 atteint en 1997, soit 16 MWth produit par la fusion avec 23 MWth pour démarrer la fusion. Une production nette équivaudrait à un gain de 1, pour la première fois dans l'Histoire du développement de la fusion nucléaire contrôlée.

Autrement dit, rien dans la théorie n'indique que le Polywell ne pourrait pas produire une quantité nette d'énergie, mais c'est très différent de dire qu'il le fera effectivement.

Cordialement

[Gilgamesh]

Geb, tu dit que les réserve de Bore 11 dans l'eau de mer sont immense, il faut encore l'extraire de l'eau, quel est le procédé pour y arriver ? une simple évaporation peut-être, comme pour obtenir du sel ?

Tu as des éléments ici :
http://bu.umc.edu.dz/theses/chimie/BEL5956.pdf

a+

[Geb]

Bonsoir,

WB-6 faisait 15 cm de diamètre et avait un champ magnétique de 0,13 Tesla. WB-7 était censé reproduire les résultats de WB-6, en étant à la fois plus robuste (WB-6 a cassé) et permettre un fonctionnement de plus de 25 millisecondes. WB-8 a un champ magnétique de 0,8 Tesla. Compte tenu des 6 mois de retard, le contrat du 16 juin 2009 avec la marine américaine stipule que les tests avec le WB-8 devraient se poursuivre pendant 9 à 12 mois après le 1er novembre 2010 (date du premier plasma) soit jusqu'au 1er novembre 2011.

Ensuite, l'US Navy se réserve le droit de poursuivre le financement pour la construction de WB-8.1. Si la marine donne sont accord, WB-8.1 devrait être construit pour le 1er mai 2012 (6 mois plus tard) et les tests dureront encore une fois de 9 à 12 mois, jusqu'en mai 2013. WB-8.1 devrait, s'il est développé en cas de succès de WB-8, incorporer de nouveaux injecteurs d'ions capables de fonctionner avec des protons et du bore pour expérimenter la fusion aneutronique.

Ce n'est qu'après la fin des tests sur WB-8.1, prévue pour mai 2013, que une autre machine, baptisée WB-9, serait construite en se basant sur les résultats de WB-8 et WB-8.1, pour essayer la production nette d'énergie (100 mW).

Cette valeur de 0,1 Watt, au-delà du fait qu'elle représenterait une production nette pour la première fois en 60 ans de recherche sur la fusion contrôlée, n'est pas du tout choisie par hasard.

Bussard envisageait une centrale prototype pour 2020, qui devrait produire environ 100 MW avec un dispositif de 1,5 m pour la fusion D-D, et de 2 m pour la fusion p+-11B. Les électroaimants devraient être soit simples, avec un champ magnétique de 5 Teslas, soit supraconducteurs, produisant dans ce cas 10 Teslas. La centrale commerciale serait construite après 2020, et devait selon Bussard comporter un dispositif de 3 mètres de diamètre.

D'après les calculs de Bussard, la puissance nette de fusion est égale à la puissance 4e de la force du champ magnétique et à la puissance 7e du diamètre du puits de potentiel.

Imaginons qu'avec WB-9 le diamètre du puits de potentiel soit le double de celui de WB-6, soit 30 cm. Alors, si une telle machine produit 100 mW avec un champ magnétique de 0,8 Tesla, les chiffres sont cohérents avec les prévisions précédentes de Bussard basée sur la réaction D-D.

La centrale prototype, utilisant des électro-aimants supraconducteurs (B = 10 Teslas) et avec un diamètre de 1,5 mètres produirait :

10/0,8 = 12,5
1,5/0,3 = 5

12,5⁴ x 5⁷ x 0,1 W = 190,7 MW_th

La centrale commerciale utilisant des électro-aimants standards (B = 5 Teslas) et avec un diamètre de 3 mètres produirait :

5/0,8 = 6,25
3/0,3 = 10

6,25⁴ x 10⁷ x 0,1 W = 1525,8 MW_th


Bien sûr, il faut pour ça que l'estimation théorique de Bussard reste juste.

Cordialement

[Geb]

Pour ceux que ça intéresse, je recopie ici les pages 6 et 7 du contrat du 16 juin 2009 (51 pages) entre l'US Navy et EMC2, qui concerne WB-8, WB-8.1 et WB-9 :

3.1.1 The Contractor shall construct and test a small-scale MG Insulated, Wiffleball Polyhedral Device, WB8. WB8 shall be built based on results of WB7 (built under contract N68936-03-C-0031) and shall utilize design and performance knowledge gained from test of prior WB machines.

3.1.2 The design shall use circular coils around each main face cusp axis. The device shall use emitter electron gun arrays and an ion beam drive. The machine will be operated in magnetic fields with pulsed currents. WB8 shall be operated at a magnetic field strength of approximately 0.8 Tesla, which represents an increase of 8 times the magnetic field strength of previous WB machines. Improvements over previous WB machines in WB confinement, ion energy and fusion reactivity are expected as a result of these changes to WB machine design.

3.1.3 Within 20 days of completion of testing of the WB8, the contractor shall deliver a report detailing the results of the experimental testing of this MG Insulated, Wiffleball Polyhedral Device, WB8. The report shall provide sufficient information to guide programmatic and design decisions about further, refined design efforts for similar devices. The report shall address the plasma dynamics of WB devices, and shall address the scaling laws that apply to polywell fusion. (A001)

3.1.4 Within 30 days of build and test of WB8, the contractor shall provide a predictive model of WB behavior including data points for detailed 2D/3D profile measurements of plasma density, ion energy and WB magnetic field structure during follow-on tests to validate the scientific basis for a Polywell fusion power reactor, and guide further research. The contractor shall coordinate with the Government for a program review meeting at the contractor’s facilities to be held no later than 40 days after the testing of the WB8 and shall provide the detailed predictive model and data points at this program review meeting.

3.1.5 The contractor shall deliver a periodic progress report specifying status information of the experimental testing of the MG Insulated, Wiffleball Polyhedral Device, WB8. (A002)

3.1.6 The contractor shall deliver a conceptual design for a follow-on fusion demonstration device, WB-9. Conceptual studies will focus on the feasibility of extending the WB-8 results to this device and determining the suitability of this concept as a fusion reactor. This design will be delivered at the end of the contract.

3.2 Option for further development and testing (WB8.1).

3.2.1 Enhanced Ion Drive with PB11 (proton/boron 11): Based on the results of WB8 testing, and the availability of government funds the contractor shall develop a WB machine (WB8.1) which incorporates the knowledge and improvements gained in WB8. It is expected that higher ion drive capabilities will be added, and that a “PB11” reaction will be demonstrated. The contractor shall investigate and validate the plasma scaling laws with respect to B-field, voltage and reactor size. The contractor shall investigate the feasibility of a neutron-free fusion power reaction using a polywell WB machine. It is anticipated that improvements in WB confinement, ion energy, and fusion reactivity will be demonstrated in WB8.1. Improvements over the WB8 predictive, computational model are expected, which should yield a better understanding of the WB fusion reaction thus allowing optimization of the WB machine.

3.2.2 The contractor shall deliver a report detailing the results of the experimental testing of WB8.1. The report shall provide sufficient information to guide programmatic and design decisions about further, refined design efforts for similar devices. The report shall address the plasma dynamics of WB devices, and shall address the scaling laws that apply to polywell fusion, and the feasibility of the PB11 reaction. The report shall address the conceptual requirements for a polywell fusion reactor capable of generating approximately 100mW. (A0001)

3.2.3 Within 30 days of testing, the contractor shall update the predictive computer model of WB behavior created under paragraph 3.1.4 using the PB11 reaction and shall deliver the model within 30 days of completion of initial tests specified in paragraph 3.2.1.

3.2.4 The contractor shall refine the experimental database created under paragraph 3.1.4 including detailed 2D/3D profile measurements of plasma density, ion energy and WB magnetic field structure to validate the scientific basis for a Polywell fusion power reactor and to guide further research. The contractor shall coordinate with the Government for a program review meeting at the contractor’s facilities to be held no later than 40 days after the testing of the PB11 and shall demonstrate the database at this program review meeting.

3.2.5 The contractor shall deliver a periodic progress report specifying status information of the experimental testing of WB8.1. (A002)

3.3 Option for enhanced ion drive development and testing.

3.3.1 The contractor shall develop an enhanced ion drive system that is compatible with Wiffleball 8.1 and projected future wiffleballs. The ion drive system shall be capable of injecting protons (ionized Hydrogen), and ionized Boron 11. The ion drive system shall be capable of generating ions in sufficient quantity to fully fuel the wiffleball fusion machines.

Cordialement

[Geb]

Les 4 tests effectuées en novembre 2005 sur le WB-6 ont permis la détection de 2 à 3 neutrons par tests, pour 9 neutrons au total. Hors, le résultat s'exprime plutôt comme 2-3 +/- 2 neutrons par test.

Comme je l'ai dit plus haut, le WB-8 a un champ magnétique de 0,8 Tesla, contre 0,13 Tesla pour le WB-6. En imaginant que la taille du WB-8 est identique à celles du WB-7 et du WB-6, la seule chose qui devrait changer c'est donc le champ magnétique. L'activité de fusion augmentant comme la force du champ magnétique à la puissance 4, le nombre de neutrons détectés pourrait s'élever à :

(0,8/0,13)^4 = 1434 fois le nombre de neutrons détectés avec le WB-6, soit 4302 neutrons au maximum.

En imaginant qu'avec cette échantillon plus important, l'incertitude de mesure puisse être contenue à +/- 100 neutrons, alors les variations de performances entre les tests peuvent être mesurées avec beaucoup plus de précision, de moins de 3%.

Cordialement

[Gilgamesh]

Salut Geb, merci pour ta constance sur ce fil.

Y'a eu des tests D-He3 ?

a+

[Geb]

Salut Gilgamesh,

Pas à ma connaissance. Dans tout ce que j'ai pu lire, les deux objectifs de EMC2 ont toujours été D-D et p-B11.

Pourquoi ?

[Geb]

En passant, je viens de me rendre compte que j'avais écrit une ânerie...

Le temps d'un pulse n'est pas de 25 millisecondes mais de 0,25 millisecondes (100 fois moins). Quoiqu'après vérification, ce qu'a dit Bussard à ce sujet est contradictoire...

Dans son papier de l'IAC 2006 :

These four definitive tests showed true Polywell potential well trapping of ions at ca. 10 kV well depth (with a 12.5 kV drive), with total DD fusion neutron output of ca. 2E5 nts over a period of about 0.4 msec; giving an average fusion rate of about 1E9 fus/sec.

Dans sa conférence à l'occasion des Google Tech Talks :

We built WB-6 which had conformal coils with no magnetic fields running into the metal, and sure enough, that was what we got. The radiation was being emitted over the entire area of a sphere, 4Πr², making for a lot of area to cover. We only had two sets of neutron counters, and the pulse width was 0.25 millisecond, so the four counts we detected, computed to 109 fusions per second.

Donc, 0,1, 0,25, ou 0,4 millisecondes... je ne sais plus trop. L'important c'est que 1 milliard de fusion par seconde avec la fusion D-D, ça correspond à la production de 0,58 mW d'énergie thermique avec le WB-6. Jusqu'ici pas d'espoir de production nette d'énergie.

Ceci dit, celui qui a repris la place jadis occupée par le défunt Bussard, Jaeyoung Park (dans un article au message #10), à l'air d'accord avec moi :

"This machine should be able to generate 1,000 times more nuclear activity than WB-7, with about eight times more magnetic field," said Park, quoting the publicly available information about WB-8. "We'll call that a good success. That means we're on track with the scaling law."

J'ai calculé 1400, il dit 1000. En admettant que les performances de WB-7 sont la réplique exacte de celles de WB-6, nous semblons d'accord.

Cordialement

[Gilgamesh]

Salut Gilgamesh,

Pas à ma connaissance. Dans tout ce que j'ai pu lire, les deux objectifs de EMC2 ont toujours été D-D et p-B11.

Pourquoi ?

Pour l'Arche je pensais a priori à D-He3 parce qu'on trouve les deux en abondance dans l'atmosphère de Saturne. Je n'ai pas fait le calcul pour B11 mais faudrait voir. Des réservoirs d'hydrogène à parois de bore, ça serait peut être pas mal... Peut être finalement que l'extraction terrestre est envisageable. Faudrait traiter environ 4 Mkm³ d'océan (3,6 g B11/m3) soit 0,3% de l'océan mondial, pour obtenir 14,7 Gt de B11 nécessaire à la propulsion.



a+

[Geb]

Je pense que, pour un voyage interstellaire, le choix de la réaction D-He3 est le plus cohérent. C'était d'ailleurs le carburant du projet britannique de sonde interstellaire Daedalus (1973-1978) d'Alan Bond et. al si mes souvenirs sont exacts. J'ignore si la sonde Icarus, le nouveau projet (américain cette fois) qui doit remettre à jour le projet Daedalus utilise ces mêmes réactifs. Les "plans définitifs" de la sonde Icarus sont attendus pour 2014 (le projet ayant commencé en 2009).

Je sais qu'en choisissant p-B11 pour ses projets de sonde interplanétaire, voire quasi-interstellaire (pour le moteur DFP), voulait, entre autre, économiser sur la masse du bouclier de protection. A priori, D-He3 produirait des réactions D-D secondaires qui généreraient une importante quantité de radiations. Bien sûr, même pour ces sondes quasi interstellaire, Bussard n'imaginait pas des vaisseaux de plus de 400 tonnes carburant compris.

Mais je sais que la valeur de la différence de potentiel pour les réactions D-He3 figure quelque part dans les papier écrits par Bussard...

Cordialement.

[Geb]

pour obtenir 14,7 Gt de B11 nécessaire à la propulsion.

Tant que ça !?

Tu m'avais dit un jour que la puissance propulsive de l'Arche était d'environ 67 TW par passager, et que l'Arche embarquait 50000 personnes. Soit une puissance de 3,35 x 10¹⁸ W.

Si c'est bien exact, ça équivaut à la consommation de 4 tonnes d'hydrogène et de 44 tonnes de bore-11 par seconde. Soit un peu moins de 139 millions de tonnes de carburant à embarquer au total en admettant, si mes souvenirs sont exacts, que la phase propulsive dure un siècle.

Je dit ça et en même temps je sais que puissance électrique et puissance propulsive n'ont rien avoir... mais bon. Quel est ton raisonnemment ?

[Geb]

Les électroaimants devraient être soit simples, avec un champ magnétique de 5 Teslas, soit supraconducteurs, produisant dans ce cas 10 Teslas.

Pour ceux que ça intéresse, je tire cette information de la dernière demande de brevet déposée par EMC2 :

United States Patent Application 2008/0187086 A1

En page 39 :

In reactor scenarios such as those described above, the device size would be ~3 m in diameter with up to 5T of magnetic fields (10T for super conducting coils)

Cordialement.

[Geb]

Si c'est bien exact, ça équivaut à la consommation de 4 tonnes d'hydrogène et de 44 tonnes de bore-11 par seconde. Soit un peu moins de 139 millions de tonnes de carburant à embarquer au total en admettant, si mes souvenirs sont exacts, que la phase propulsive dure un siècle.

J'aurais dû écrire "que ça !?"

Pardon, je pense m'être trompé d'un facteur mille en me basant sur 44 kg/s au lieu de 44 tonnes/s de B11.

Donc moi j'arrive à 139 milliards de tonnes après 100 années tropiques de propulsion continue.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Y'a eu des tests D-He3 ?

Je crois que c'est dans Design Considerations for Clean QED Fusion Propulsion Systems queBussard exprime avec le plus de détails, les motivations de son choix de la fusion p-B11 pour la propulsion spatiale :

The direct production of electric power at modest currents and high voltages appears possible from fusion reactions between selected types of fusionable fuels whose fusion products consist solely of charged particles. These reactions are free from the direct radiation hazards of energetic neutrons, which always characterize reactions involving deuteron-bearing mixtures. Among these clean fuels are those involving p, 11B, 3He, and 6Li, reacting according to:

p + ¹¹B = 3 ⁴He (8.68 MeV) ( 1 )
³He + ³He = ⁴He + 2 p (12.9 MeV) ( 2 )
p + ⁶Li = ⁴He + ³He (4.0 MeV) ( 3a )
³He + ⁶Li = 2 ⁴He + p (6.9 MeV) ( 3b )
⁶Li + ⁶Li = 3 ⁴He (20.9 MeV) ( 3 )

The three fusion reactions given above can each be used to produce electric power directly in such IEF devices, by causing the electrically-charged fusion product ions to move against an externally imposed radial electric potential as travel away from their birth point in the core region.

[…]

The third reaction proceeds in two stages, requiring recycle of the 3He produced in (3a) as a fuel for (3b). The charged particle products that go to make up this fusion chain each have relatively well-defined energies, again a result of the finite lifetime of the 8Be produced as the precursor of the two alpha products of reaction (3b). The energy of these products is 1.7 MeV for the alpha particle from (3a), 1.9 MeV for the alphas from (3b), 2.3 MeV for the 3He in (3a), and 15.0 MeV for the proton from (3b).

Of these, diffculties arise only in the case of the very energetic proton. This is because its energy is high and its charge is only Z = 1, thus a decelerating potential of 15.0 MeV must be provided. The DCS grid/collector spacing required for this level of standoff will be about 7-8 times larger than that required for the p11B system.

The energy distribution among the reaction products in 2 is very much less well-defined, as the proton energy can range from about 10.7 MeV to nearly zero, with corresponding variation of alpha energy from 1.1 MeV to 6.4 MeV. Here, again, the energetic proton gives the most difficulty in direct conversion. And the spread in energy forces the collection of fusion products over the entire dimension of the decelerating system, thus many collection grids are required. This poses both mechanical and thermal problems considerably worse than those for the two other systems with well-defined fusion product energies. Indeed, the 3He3He system might best be used to drive a diluent/propellant system directly, rather than attempt to go through a direct-electric-conversion cycle to produce power for subsequent propellant heating.

Je me suis permis de rajouter le "3" manqant dans le papier original, pour la réaction p-B11.

Comme je le pensais, le passage en gras traduit bien le fait que Bussard a abandonné D-He3 à cause des réactions D-D secondaires.

Cordialement.

[Geb]

de ce que j'ai compris, les obstacle à éviter pour le polywell sont :
-l'énergie qui vient percuter et chauffe le Magrid;
-les radiations généré qui s'échappe du réacteur et sont un danger pour tout ce qui est viable;
-la température de fusion des matériaux constituants le réacteur, qui force dont à brider le régime du moteur;-autre chose ?

Pour mieux te répondre de façon complète, j'ai traduit une partie du document que j'ai mis en lien plus haut : Design Considerations for Clean QED Fusion Propulsion Systems.

Le dispositif de confinement électrostatique inertiel utilise un champ magnétique symétrique quasi-sphérique pour confiner des électrons injectés à haute énergie dans le but de constituer un puits de potentiel négatif pour confiner des ions à fusionner. La densité de ces ions, augmente rapidement en 1/r² jusqu'au centre. Des ratios de convergence au cœur du générateur compris entre 0,001 et 0,01 donneront une concentration d'ions dans le cœur respectivement 10⁶ et 10⁴ fois supérieure à la densité des ions près du bord extérieur de la surface magnétique polyédrique.

La production directe d'énergie électrique à une intensité de courant modeste et une haute tension est assurée par un système de conversion directe. Pour la fusion p-B11, l'énergie des produits de fusion (3 atomes d'hélium-4 par réaction) est de 2,46 MeV et 3,76 MeV. Comme les atomes d'hélium sont tous chargés à Z = 2, leur décélération par des champs électriques requière une différence de potentiel de seulement 1,88 MeV, plus la dispersion en énergie du faisceau à son maximum.

Cette conversion électrique peut être assurée par des grilles à symétrie sphérique localisée à 0,5-1 m en dehors de la zone de confinement des ions. Donc le système de conversion direct n'est que 1 à 2 m plus grand en diamètre que la taille requise pour produire des réactions de fusion contrôlées.

Parce que l'intérieur du dispositif à confinement électrostatique inertiel et le système de conversion direct ne comporte presque pas d'éléments structuraux, et qu'il s'agit essentiellement d'un volume empli d'un vide poussé, ça signifie qu'ils ne sont pas pour autant massifs. La masse de ces systèmes varie en gros comme la surface, et non comme le volume du dispositif.

Ces dispositifs doivent être maintenus en permanence à un vide poussé de moins de 10 µPa par une pompe à vide. Ceci afin de retirer continuellement les ions non fusionnés ainsi que les produits de réaction pour que les ions non fusionnés puissent être réinjecter dans le cœur.

Il faudra donc compter sur une chambre à vide, une unité de séparation et une unité de refroidissement comme sous-sytèmes. La séparation des atomes ionisés peut être accomplie simplement en les faisant passer dans un puissant champ magnétique dans lequel la course de ces ions est infléchie (comme dans un cyclotron) et collectés à différentes distances bien déterminées, à 180° de leur point d'injection. La grande différence en ratio de masse et de charge des 3 atomes impliqués (B-11, He-4 et p) rend cette séparation rapide et efficiente.

Comme mentionner plus haut, il faut également refroidir le contenant des aimants, la structure de la chambre à vide , les structures externes (comme les injecteurs d'ions), ainsi que la structure du système de conversion direct.

Les aimants doivent être protégés contre 2 sources d'échauffement inévitable*: le rayonnement continu de freinage dû au électron du cœur où a lieu la fusion et un échauffement direct dû à une collision avec un produit de fusion s'échappant du cœur.

En outre, la coque de la chambre à vide doit absorber l'énergie thermique résiduelle dû à des collisions avec les produits de fusion peu énergétiques passant à travers le système de conversion directe. Si les aimants sont en dehors de la chambre à vide, leur échauffement sera maintenu au niveau de leur environnement externe et cela peut être maintenu à un niveau insignifiant.

L'échauffement ressenti par les structures après le passage dans le système de conversion dépend de l'énergie résiduelle laissé aux produits de fusion après leur décélération au sein du convertisseur. Si les aimants sont à l'intérieur du convertisseur, la part qu'il intercepte (directement proportionnel à leur surface) ne peut être inférieur à 5% de la surface d'émission (une sphère). Si les aimants sont à l'extérieur du convertisseur, la grille peut intercepter une fraction de seulement 2,5% des flux de particules et de radiations. Ainsi, en fonction du placement des aimants, soit 5% soit 2,5% des produits de réaction et du rayonnement continu de freinage va entrer en collision avec les grilles du convertisseur et/ou les contenants des aimants. La structure externe de la chambre à vide absorbe le reste du rayonnement et de l'énergie cinétique résiduelle des particules.

Pour la réaction p-B11, l'énergie cinétique résiduelle peut atteindre une valeur de moins de 50 keV, seulement limitée par la dispersion en énergie introduite par la profondeur du puits de confinement lui-même.

Pour finir, de nouveaux électrons doivent être injectés pour compenser les pertes dûes aux points de divergence du champ magnétique (magnetic cusp holes). Aussi, le flux d'électrons des injecteurs doit être suffisamment important que pour maintenir la whiffle-ball avec le champ magnétique requis. La puissance du courant requis (additionné de celui du aux pertes d'électrons) est malheureusement réduite par la réflectance des canons à électrons (avec un flacteur de réflectance de 1-αR = 0.1). Cette perte doit être traité comme un échauffement à palier, par le refroidissement des canons à électrons.

Ainsi, les déperditions thermiques l'intégralité du rayonnement continu de freinage, la puissance dévolue à l'injection des électrons pour la whiffle-ball et une petite fraction (0,025-0,05) de l'énergie cinétique des produits de réaction. La puissance requise pour refroidir les aimants supraconducteurs n'est pas tenue en compte dans ce calcul. Pour estimer l'échauffement et la puissance en sortie des générateurs à confinement électrostatique inertiel, il faut également disposer de la puissance de fusion brut, du gain brut électrique, de la puissance électrique de sortie nette, de la puissance requise pour maintenir la réaction (drive power) et de la puissance du rayonnement continu de freinage. Dans les dispositifs utilisant la fusion p-B11, l'échauffement thermique n'est pas récupérer pour être converti en électricité.

Cordialement.

[Gilgamesh]

Tant que ça !?

Tu m'avais dit un jour que la puissance propulsive de l'Arche était d'environ 67 TW par passager, et que l'Arche embarquait 50000 personnes. Soit une puissance de 3,35 x 10¹⁸ W.

Si c'est bien exact, ça équivaut à la consommation de 4 tonnes d'hydrogène et de 44 tonnes de bore-11 par seconde. Soit un peu moins de 139 millions de tonnes de carburant à embarquer au total en admettant, si mes souvenirs sont exacts, que la phase propulsive dure un siècle.

Je dis ça et en même temps je sais que puissance électrique et puissance propulsive n'ont rien avoir... mais bon. Quel est ton raisonnemment ?

Le raisonnement astronautique de base est "impulsionnel" (on s'intéresse à des masses propulsée à une certaine vitesse) et non "énergétique" (où interviennent des notions de rendement impulsion/énergie).

Donc à la base c'est :



avec
M0 la masse initiale
M la masse en fin d'accélération + freinage (la masse sèche de l'Arche, sans carburant)
v la vitesse de vol libre (après accélération et avant freinage)
u la vitesse d'éjection efficace du carburant (c'est là que se concentre tout le raisonnement de la physique de la propulsion).

J'ai repris simplement mes données initiale, mais ça nécessite d'être amendé.

Avec initialement v=4500 km/s et u = 15000 km/s j'ai un ratio M0/M de 1,8 soit pour arche de 20 Gt une masse de carburant (M0-M) de 16 Gt. Et l'énergie est simplement le produit de la masse de carburant par la densité d'énergie du carburant (initialement DD, puis D-He3, puis me dis-je p-B11 parce que l'aneutronisme de cette réaction me semble primer en définitive sur la rareté relative du bore...).

Il me faut reconsidérer la vitesse d'éjection après recalcul sommaire.

p + B11 -> 3 He-4 + 8,7 MeV

Soit une vitesse d'éjection des particules alpha de 11 800 km/s seulement. En arrondissant à 11,5 Mm/s (2,5% de perte) M0/M ~ 2,2 et l'arche s'alourdit quand même au départ de 7,7 Gt, soit Mc = 23,7 Gt de carburant répartis en Mc(11/12) = 21,7 Gt de B11 et Mc/12 = 2 Gt d'hydrogène. L'énergie totale de fission thermonucléaire est de 1,7.10²⁷ J.

Mmmmh. Bon, recalculs plus approfondis à suivre concernant la poussée et la densité de puissance des deux phases de propulsion.

a+

[Geb]

Bonjour,

Je dispose d'informations très sommaires sur la répartition de l'énergie parmi les produits de la réaction D-He3, mais en gros on a 1 atome d'hélium-4 à ~3,6 MeV et un proton à ~14,7 MeV.

Maintenant, si on applique la formule :

3/2 k_BT = 1/2 mv²

Alors, on obtient 65000 km/s pour le proton (14,7 MeV) et 16100 km/s pour l'atome d'hélium-4. Si on applique la moyenne d'environ 18,35 MeV pour 5 nucléons, on a ~3,67 MeV par nucléon. Si tu retiens la valeur de 15000 km/s, c'est que tu ne tiens compte que de la vitesse des atomes d'hélium ?

Bussard utilise 2 valeurs différentes quand il s'agit de quantifier l'impulsion spécifique maximale du moteur DFP avec la réaction p-B11 :

1,2 x 10⁶ s
1,4 x 10⁶ s

La valeur de 1,2 x 10⁶ de secondes est la plus souvent citée, ce qui pousserait effectivement à croire que 11800 km/s est bien la vitesse d'éjection.

Si on applique la formule ci-dessus, on obtient 13300 km/s pour les 2 atomes d'hélium les plus lents (2,46 MeV) et 16500 km/s pour l'hélium le plus rapide (3,76 MeV). Si on applique la moyenne (environ 2,89 MeV par atome), on obtient 14500 km/s.

Pour une utilisation du propulseur avec une impulsion spécifique maximale, Bussard témoignait de l'intérêt pour une autre réaction :

³He + ³He = ⁴He + 2 p⁺ +12,86 MeV

Malheureusement, je ne dispose pas d'informations sur la répartition de l'énergie parmi les produits de la réaction.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Je pense que, pour un voyage interstellaire, le choix de la réaction D-He3 est le plus cohérent. C'était d'ailleurs le carburant du projet britannique de sonde interstellaire Daedalus (1973-1978) d'Alan Bond et. al si mes souvenirs sont exacts.

Le choix du projet Daedalus était relativement limité dès le départ comme l'atteste ce document Word :

PROJECT DAEDALUS: THE PROPULSION SYSTEM Part 1

Il partait du principe qu'il faut éviter l'utilisation d'atomes avec une charge électrique Z importante (par rapport à celles de l'hydrogène et de l'hélium), qui mène à des pertes par bremsstrahlung importantes.

À partir de cela, les membres du projet Daedalus ont considéré que seulement 3 réactions seraient applicables, même dans un futur lointain : D+D, D+T et D+He3.

Ensuite, ils ont éliminé les réactions primaires D+T et D+D, puisqu'elles émettent des neutrons qui impliqueraient une masse importante dévolue à la radioprotection des parties sensibles de la sonde interstellaire. Cette élimination était également justifiée par le fait que les neutrons représentent un gâchis, puisqu'ils n'ont pas de charge électrique, qu'ils ne peuvent donc pas être dirigés, et donc ne contribuent en rien à la poussée nécessaire à la sonde.

C'est ainsi que la réaction D+He3 fut choisie, puisqu'elle ne produit que des particules chargées qui peuvent être dirigées à l'aide d'un champ magnétique pour produire la poussée. Ainsi, l'intégralité des produits de la réaction nucléaire peut être utilisée pour produire la poussée.

L'ignition de cette réaction est certes bien plus difficile que pour D+T et D+D, mais pour autant que l'on atteigne de plus hautes températures, les taux de réaction s'équilibrent. Le papier du projet Daedalus parle aussi des réactions secondaires D+D et D+T dans la réaction D+He3.

D'après eux, l'énergie des neutrons peut être maintenue à 1,5% - 5% de l'énergie de fusion. Les auteurs parlent également du fait que comme la fusion est obtenue de manière pulsée, le combustible nucléaire serait à très haute densité pendant une grande partie de la durée de réaction thermonucléaire et que donc, une part importante des neutrons produits seraient absorbés par l'hélium 3 par la réaction :

³He + n = 1p + ³T

En comparaison, l'énergie emportée par les neutrons dans la fusion p-B11 est, d'après l'article de Wikipedia (en anglais) sur la fusion aneutronique, de 0,1 à 0,2%.

Cordialement.

[Geb]

Le WB-9 devrait générer, pour un temps de réaction d'une durée de 0,25 milliseconde, environ 0,2 mJ d'énergie thermique total par des réactions de fusion nucléaire le temps du test. Hors, il faut bien se dire que pour le WB-6, il fallait une batterie de 12 condensateurs fournissant environ 400 kJ à chaque test, pour une production total de 0,58 mW (1,45 x 10^-7 J par test).

Je ne sais pas trop comment ils calculent, mais cette production espérée de 0,1 mW ne pourrait être que l'énergie de fusion (environ 0,83 W) moins les pertes par rayonnement. Donc, le WB-9 ne sera en rien un générateur capable d'envoyer 0,1 mW d'énergie électrique sur le réseau de distribution américain.

Cordialement.

[Geb]

Entre 1992 et 1998, EMC2 a écrit 8 publications à propos des principales applications du Polywell dans le domaine spatial. De toutes ces applications, le lanceur orbital monoétage est celle dont la configuration a évolué le plus au cours du temps.

[1] The QED Engine System: Direct-Electric Fusion-Powered Rocket Propulsion Systems
[2] Design Considerations for Clean QED Fusion Propulsion Systems
[3] Fusion-Electric Propulsion for Hypersonic Flight
[4] Inertial-Electrostatic-Fusion Propulsion Spectrum: Air-Breathing to Interstellar Flight
[5] From SSTO to Saturn’s Moons: Superperformance Fusion Propulsion for Practical Spaceflight
[6] System Technical and Economic Features of QED-Engine Driven Space Transportation
[7] Aneutronic Fusion Propulsion for Earth-to-Orbit and Beyond
[8] System/Subsystem Engineering Interface Considerations and R&D Requirements for IEF/QED Engine Systems

J'ai relu toutes les publications une à une, pour faire un résumé du concept de lanceur orbital monoétage selon Robert Bussard. Voici mon résumé :

Dans le QED/ARC, les réactifs (l'hydrogène et le bore-11) sont fusionnés dans le dispositif de confinement électrostatique inertiel. L'énergie cinétique des produits de réaction (de l'hélium-4) est directement convertie en courant électrique à haute tension (de l'ordre du mégavolt). L'énergie électrique ainsi produite alimente un laser à électrons libres, qui chauffe de l'hydrogène jusqu'à une température extrême (jusqu'à ~120000 K). Cette température maximale correspond, pour l'hydrogène, à une impulsion spécifique de ~5560 secondes lorsque ce propergol entre finalement en expansion dans une tuyère.

Pour juger de la performances d'un moteur fusée, ou d'un moteur d'avion d'ailleurs, il y a 2 paramètres fondamentaux :

- l'impulsion spécifique,
- le rapport poussée/poids,

Pour le moteur QED/ARC, il convient d'ajouter la puissance électrique obtenue du générateur Polywell, ainsi que le gain de la fusion (le rapport entre l'énergie totale produite et l'énergie nécessaire à l'entretien de la fusion).

L'échauffement ressenti par les structures après le passage dans le système de conversion dépend de l'énergie résiduelle laissé aux produits de fusion après leur décélération au sein du convertisseur. Si les aimants sont à l'intérieur du convertisseur, la part qu'il intercepte (directement proportionnel à leur surface) ne peut être inférieur à 5% de la surface d'émission (une sphère). Si les aimants sont à l'extérieur du convertisseur, la grille peut intercepter une fraction de seulement 2,5% des flux de particules et de radiations. Ainsi, en fonction du placement des aimants, soit 5% soit 2,5% des produits de réaction et du rayonnement continu de freinage va entrer en collision avec les grilles du convertisseur et/ou les contenants des aimants. La structure externe de la chambre à vide absorbe le reste du rayonnement et de l'énergie cinétique résiduelle des particules.

À la lumière de ce qui est écrit plus haut, je voudrais analyser le reste du document [2] :

Performance of EXL system

Radius = 2.5 m
Electron injection = 200 keV
B field = 2.5 T, provided by superconducting magnets
The magnets are outside the direct conversion system (DCS)
Alpha particles collisionally deposit 0.035 of their energy on the internal converter grids
Geometric grid intercept fraction = 0.236
Particle energy spread = ±50 keV
Offset in converter voltage bias = 25 keV
Converter efficiency = 0.974
Complete DCS conversion efficiency = (1 – 0,035) x 0,974 = 0,93991 = ~0.94
Gross fusion power = 10,680 MW cp
641 MW strikes the grids or the vacuum shell
Net electric power = 9800 MWe
Gross electric gain = 42
Drive power = (10680-641)/42 = ~239 MWe
Total waste heat load = 239 + 641 = 880 MWth (drive and waste cp power)
About 9% of 9800 MWe (electric power produced)

propellant specific impulse of about Isp = 3770 sec for monatomic hydrogen propellant, if baseline regenerative cooling can be run at 2000 K.

If the geometric grid intercept fraction can be reduced to 0.0675 and the grid bias to 20 keV (for same particle energy spread), the gross fusion power required becomes 10,318 MWcp and the monatomic H propellant performance limits will rise to Isp = 4920 sec.

If the grid intercept fraction can be reduced to zero (e.g. by “magnetic insulation”), the propellant performance limit becomes Isp = 13,340 s with monatomic hydrogen propellant, or Isp = 6471 s with fully-dissociated ammonia (NH3).

A priori, le premier système avec une impulsion spécifique maximale de 3770 secondes avec de l'hydrogène comme propulsif est le plus proche de la "réalité".

Pas de masse fournie, mais dans un autre document :

Inertial-Electrostatic-Fusion Propulsion Spectrum: Air-Breathing to Interstellar Flight

8390 kg for an EXL system
Power = 2150 MWth
Designed Isp = 3500 s
Designed thrust at designed Isp = 11000 kg
540 kg for the thrust system including nozzle/magnets,
6150 kg for the fusion source,
1800 kg for the electric system (including relativistic electron beam)

Moi j'ai 540 + 6150 + 1800 = 8490 kg et pas 8390 kg, avec un rapport poussée/poids de 11000/8490 = ~1,3 pour une Isp de 3500 secondes.

Bussard disait que le générateur Polywell pourrait permettre d'alimenter des propulseurs spatiaux 100 à 1000 fois plus performants que les autres concepts de propulsion avancés. Cela signifie, d'après Bussard, que ces propulseurs fourniraient une impulsion spécifique 100 à 1000 fois plus grande pour un même rapport poussée/poids, ou un rapport poussée/poids 100 à 1000 fois plus important que les propulseurs concurrents avec la même impulsion spécifique. Bussard précisait également que l'impulsion spécifique du moteur peut aller de 1000 à 1 million de secondes et que de telles performances conduirait à une réduction du coût du vol spatial d'un facteur 100.

C'est peut-être vrai pour le propulseur DFP et les 2 propulseurs QED (CSR-A et CSR-B). Mais d'après moi, ce n'est pas vrai pour le QED/ARC. En effet, les capacités annoncées ci-dessus du QED/ARC me laissent perplexe.

Les autres documents parlent de capacités monstrueuses pour le lanceur orbital monoétage de Bussard : 35 tonnes de charge utile sur orbite à 555 km d'altitude pour une masse au décollage de 250 tonnes. Mais voici le détail des performances :

The two QED engines provide 208.6 T initial total thrust at 8000 MWt power each (8400 MWf power, 95% nozzle expansion efficiency, at an initial Isp of 1538 s. The Isp is varied to yield a system average specific impulse of 2990 s, well within the capabilities of the ARC engine for use of water as propellant. The Isp is varied as the flight progresses, increasing to 3062 s at time of aero pitchup. Beyond this point the Isp is increased to its highest value of 3846 s at the end of the thrust period.The two QED engines provide 208.6 T initial total thrust at 8000 MWt power each (8400 MWf power, 95% nozzle expansion efficiency, at an initial Isp of 1538 s. The Isp is varied to yield a system average specific impulse of 2990 s, well within the capabilities of the ARC engine for use of water as propellant. The Isp is varied as the flight progresses, increasing to 3062 s at time of aero pitchup. Beyond this point the Isp is increased to its highest value of 3846 s at the end of the thrust period.

Alors voilà, je ne conteste pas la valeur du Polywell pour une propulsion spatiale, mais plutôt sa capacité à fournir un lanceur orbital monoétage qui aurait l'avantage sur des solutions concurrentes comme le Skylon.

Le concept (Skylon) développé par la société britannique Reaction Engines Limited pèserait 325 tonnes pour entre 15 et 18 tonnes à 300 km sur une orbite équatoriale avec un lancement depuis le centre spatial guyanais à Kourou (5,2 degrés Nord).

Parce franchement, en partant d'une Isp maximale de 3770 secondes pour l'hydrogène, on arrive à une Isp maximale de 3846 secondes avec de l'EAU (!). Vu la masse moléculaire de l'eau (18) par rapport à celle de l'hydrogène (1), est-ce bien réaliste ?

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Pour le voyage habité vers Mars, Bussard avait imaginé utiliser soit le QED/ARC avec une Isp continue de 5500 secondes, soit le QED/CSR-A avec une Isp variant de 5500 à 7800 secondes :

Inertial-Electrostatic-Fusion Propulsion Spectrum: Air-Breathing to Interstellar Flight

Je pense personnellement que 5500 secondes d'Isp est irréaliste pour un QED/ARC. Comme je l'ai fait remarquer auparavant, le premier moteur de ce type que Bussard avait décrit en détail avait une Isp maximale de 3770 secondes avec de l'hydrogène dissocié.

Dans le cas du lanceur monoétage orbital, les chiffres annoncés varient en permanence au fil des publications. Ce n'est pas le cas pour le QED/CSR-A propulsant un voyage habité Terre-Mars :

Masse initiale : 500 tonnes
Charge utile : 103 tonnes
Masse de carburant : 335 tonnes
Masse propulseur + radiateur : 16 tonnes
Surface radiateur : 3000 m²
Puissance propulseur : 1 GW_th
Impulsion spécifique initiale : 5500 s
Impulsion spécifique finale : 7800 s
Poussée initiale : 1,88 tonne = 22,5/12
Poussée finale : 1,33 tonne = (22,5/12) x 2^0,5
Accélération initiale : 3,69 cm/s² = (500/1,88) x 9,81
Accélération finale : 7,91 cm/s² = (500-335)/1,33 x 9,81
Incrément de vitesse : 71 km/s
Temps d'accélération : 9,3 jours
Distance d'accélération : 13,4 millions de km
Temps à la vitesse de croisière : 22,3 jours
Distance à la vitesse de croisière : 68,4 millions de km
Temps de décélération : 6,3 jours
Distance de décélération : 9,6 millions de km
Temps du trajet Terre-Mars : 37,9 jours
Distance du trajet Terre-Mars : 91,4 millions de km

Les chiffres annoncés ci-dessus sont repris tels quels dans un autre papier écrit plus tard par Bussard :

From SSTO to Saturn’s Moons: Superperformance Fusion Propulsion for Practical Spaceflight

Dans ce dernier, on peut lire :

Note that the maximum speed (67-73 km/sec) is large compared to capture delta v needs, thus these can affect the transit times estimated here by, at most, 10%-15%.

Hors, la vitesse maximale du vaisseau QED/CSR-A, autrement dit sa vitesse de croisière est de 35,5 km/s. Quoiqu'il en soit, s'il faut rajouter 15% de la durée en plus, on a un transit Terre-Mars en 43,6 jours.

On apprend également de ce dernier article que les éléments structurelles comptent pour 65 tonnes et 25 tonnes de la charge utile constitue l'équipage et son équipement, l'équipement électronique, le système de survie, de communications et d'autres systèmes auxiliaires.

Cependant, la masse du radiateur de 3000 m² est censé être de seulement 1 tonne ce qui paraît irréaliste. Probablement qu'il faudrait augmenter la masse du radiateur d'un facteur 20.

Je ne peux m'empêcher de remarquer que 91,4 millions de kilomètres (la distance choisie par Bussard) est exactement la distance Terre-Mars lors de l'opposition du 28 décembre 2039 au 2 janvier 2040. Donc a priori, Bussard imaginait le premier voyage habité Terre-Mars prendre le départ en 2039.

Aussi, c'est dans l'espace que l'on voit tout le potentiel du Polywell se développer, avec 91,4 millions de kilomètres parcouru en 37,9 jours avec une masse du vaisseau au départ de seulement 500 tonnes et une charge utile de 103 tonnes ! Même en tenant compte d'un allongement plus réaliste du trajet de 15% et d'un radiateur spatial de 20 tonnes au lieu d'un radiateur de 1 tonne, on a 1,5 mois de trajet et une charge utile de 84 tonnes, ce qui restent des performances phénoménales.

Cordialement

[invite473b98a4]

Les trois premiers chiffres me laissent reveur. Quand tu dis 500 tonnes de masse initiale, il faut comprendre à vide? Je ne pensais déjà pas qu'on envisageait la fusion pour un lanceur, mais un lanceur de 500 tonnes...

A considérer qu'on ait la fusion (une fusion efficace), 500 tonnes ça me parait impossible et complètement fou, pourquoi a-t-on besoin de si gros? 103 tonnes de charges utiles... pour quoi faire?

[invite473b98a4]

Au temps pour moi ce sont des chiffres standards... je croyais que la fusion ne permettait pas de soulever ça.

[invite473b98a4]

Désolé je vais finir par me réveiller, je n'ai pas lu tous vos posts parce que ça fait une sacrée tartine, donc on lancerait avec du chimique au début et pouf on enchainerait sur de la fusion?

[Geb]

Bonsoir kalish,

Les chiffres ci-dessus décrivent un vaisseau spatial habité qui ferait le transit Terre-Mars en 2039, avec un départ depuis l'orbite terrestre basse. L'idée c'est donc d'assembler le vaisseau en orbite basse morceau par morceau, exactement comme on l'a fait avec la station spatiale internationale. Dans l'idée de Bussard, ce vaisseau sert à préparer une colonisation permanente de Mars, nécessitant, toujours d'après Bussard, l'envoi d'environ 50 tonnes de matériel par colon au total.

Cordialement.