Airship
Les ballons présentent plusieurs avantages cruciaux par rapport aux autres moyens d'explorations. Non seulement la technologie mise en oeuvre est relativement simple et légère, mais ces appareils plus légers que l'air ne nécessitent aucune source d'énergie pour se déplacer ou pour voler, ce qui en fait des engins peu coûteux.*Le rayon d'action des ballons est bien plus important que celui d'un rover et ils peuvent profiter de leur position avantageuse pour acquérir des images très précises des surfaces planétaires. Les clichés obtenus par un ballon sont idéals pour combler le vide qui existe entre les images à très haute résolution de la surface martienne prises par des atterrisseurs ou des rovers et les photographies peu détaillées acquises par les sondes orbitales.
Déjà, nous devons nous poser la question qu'est-ce dirigeable*?
Un*ballon dirigeable*est un*aéronef*plus léger que l'air, également appelé*aérostat, qui renfermant des dispositifs destinés à assurer la sustentation ainsi que des systèmes de propulsion lui conférant une dirigeabilité totale.
Ce véhicule flottera dans l'air grace à un gaz de sustentation.
C'est un gaz de masse volumique inférieure à celle de l'air, contenu dans une enveloppe, permettant à*la force d'Archimède de s'exercer. La densité du gaz ambiant doit être supérieur à la densité du gaz intérieur.
Ensuite parlons du dirigeable sur terre*: le dirigeable a été développé à partir des années 20 mais plusieurs problèmes se posaient. Le dirigeable n’allait pas vite, il était confronté à la montée en puissance de l'avion et des accidents se sont produits à cause d'un gaz*: le dihydrogène(H²) qui est inflammable. Depuis on utilise L’hélium ininflammable mais qui est moins porteur que l’hydrogène car il est plus lourd*: il est environ 7% moins porteur.
Cependant, j’ai choisi d’utiliser le dihydrogène. Lorsqu’on pense à l'hydrogen, on pense au gaz le plus léger au monde ainsi qu'à sa grande puissance de combustion mais dans le cas de Mars le manque d'oxygène et la faible température élimine complètement cette possibilité. L’avantage majeur d’un gaz est qu’il n’a besoin d’aucune énergie ou carburant pour voler. Il peut donc porter plus de charge utile sans avoir besoin d'un gros moteur comme le ferait un avion.
Un dirigeable peut ensuite être affecté par le vent car il devient peu manoeuvrable lorsque le vent souffle à plus de 42 km/h. Heureusement sur Mars les vents sont en moyenne de 4 à 6 km/h ce qui ne nuira donc pas à la trajectoire du dirigeable. Sur Mars la pression est 150 fois moins dense que sur la terre, ce qui pose un inconvénient car la portance s'en trouvera diminuée malgré la faible gravité. En effet la masse d'un objet sur Mars est environ 3 fois plus faible que sur Terre; ce qui réduira considérablement la charge. Le volume de mon dirigeable sera de l'ordre de 800.000 m^3 et pourra porter 1,5 tonne de charge utile. 800.000 mètres cube , cela peut paraître énorme me direz-vous mais des dirigeables de plusieurs millions de mètres cube ont déjà vu le jour.
Les dirigeables normals pour monter ou descendre ont besoin de jeter du lest en larguant du gaz ou des objets lourds, on peut donc accélérer la chute ou ralentir la montée. Mais sur Mars le dirigeable ne peut se permettre de larguer du gaz car il n'y a bien sûr pas de réservoir d'hydrogène sur Mars. Je me suis donc demander s'il n'existait pas un moyen de garder l'hydrogène en montant et descendant sans larguer du lest et il existe en effet un moyen.. J'ai d'abord pensé à compresser le H² mais il s'avère que cette technique n'est pas tout à fait maîtrisée et peut provoquer une instabilité de la structure. J'ai donc opté pour un autre moyen crée par Joule/Thomson.
Le dihydrogène contenue dans les ballonets peut changer d'état sous une faible température. Ce système de refroidissement procèderait ainsi: gazeux>liquide =plus grande densité, exactement 835*+*. Cela atténuera la portance et diminuera donc l'altitude. Pour monter il suffit d'ouvrir les vannes reliées aux ballonets et la température ambiante réchauffera l'hydrogène liquide très facilement. Ce phènomène se traduit donc par une variation de température qui fonctionne ainsi.
Premièrement la cuve hermétique sera refroidit à 80 K avec de l'azote liquide, ensuite des compressions et détentes successives pour refroidir le gaz à 20 kelvin( -250°) qui est sa température de liquéfaction. De plus la transformation est rapide alors que les échanges de chaleur sont très lents.
-lors d'une compression, la température augmente ce qui augmente son énergie interne et donc son agitation thermique et lors de la détente dite adiabatique, la température diminue car la pression a changé.
La liquéfaction demande beaucoup d'énergie est ne devra donc être utilisé que rarement car les panneaux solaires demande du temps avant de produire l'énergie nécessaire à ce procédé. De plus la densité de l'hydrogène liquide étant de 70 kg/m3 contre 0,09 kg/m3 pour le gazeux. Le transport se fera donc plus facilement pendant le voyage vers Mars car il y aura besoin de moins d'espace de stockage et donc moins de poids. De plus s'il manque de l'azote, il pourra être récupéré car l'atmosphère=1,89% de Nitrogen.
Par ailleurs le dirigeable aura en plus un autre moyen de fonctionner: grâce à l'énergie solaire. L'énergie solaire est sous forme de rayon UV et de chaleur contribueront d'une part à alimenter les panneaux solaires placées au dessus de lui en énergie mais aussi à réchauffer l'intérieur gazeux du ballon. En effet le ballon aura un matériau aluminisé de couleur noire qui pourra donc absorber les rayons du soleil en plus grande quantité. Il pourra à l'inverse changer de couleur et donc passer du noir au blanc. Le blanc réfléchira les rayons du soleil et le dirigeable perdra donc de la chaleur ce qui lui fera perdre de la portance. Ce phénomène marchera grâce à la circulation de charges électriques qui déclencheront dans ce matériau une réaction de réduction (gain d'électrons) ou d'oxydation (perte d'électrons). Les propriétés optiques des molécules ayant réagit seront modifiées. Les longueurs d'onde lumineuses qu'elles sont susceptibles d'absorber diffèrent alors. Si ces longueurs d'onde appartiennent au spectre visible, la couleur du matériau change.
De plus si le dirigeable perd du dihydrogène, il pourra en récupérer grâce à l'oxydo-réduction obtenu d'une solution de borohydrure de sodium.
En présence d’eau et d'un catalyseur, le borohydrure de sodium forme de l'hydrogène et du borate de sodium (ou borax).
Stocké dans le réservoir du véhicule sous la forme d’un liquide épais, le borohydrure de sodium est*stable, sans danger et ne prend quasiment pas de place. Un catalyseur permettra de dissocier l’hydrogène. Cette réduction servira à augmenter la durée de vie du dirigeable. Il servira à compenser les pertes de gaz par diffusion et les variations de pression du gaz dues aux effets thermiques.
Pour ne prendre aucun risque et ne pas polluer Mars, j'ai donc choisi d'utiliser des panneaux solaires car le générateur à radio-isotope nucléaire de Curiosity ne me semble pas la meilleur idée pour explorer Mars. Le dirigeable aura 200 m² de panneaux solaires répartis au-dessus de son enveloppe. Il pourra donc produire 4 Kw/h ce qui n'est pas énorme mais pourra le faire avancer à environ 5-10km/h.
Pour optimiser son trajet et surtout son énergie, le dirigeable restera toujours sur l'hémisphère qui sera en été.
Conclusion: La NASA pourrait reprendre le flambeau et nous aurions peut être la chance, dans un avenir proche, de voir des dirigeables évoluer avec grâce dans l'atmosphère ténue et poussiéreuse de la planète rouge.
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Envoyé par gabriel44740 