voyage vers mars

[Bernard43]

Voyage vers Mars. Un des handicape pour les astronautes et la longueur du vol je crois 6 mois ne serait il pas possible d'augmenter la vitesse des fusées pour diminuer le temps de voyage.
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[JPL]

Rappel de la charte du forum :

La courtoisie est de rigueur sur ce forum : pour une demande de renseignements bonjour et merci devraient être des automatismes.

[Dynamix]

Salut

ne serait il pas possible d'augmenter la vitesse des fusées pour diminuer le temps de voyage.

Bon sang , mais c' est bien sur !
Mais pourquoi personne n' y a pensé avant ?

[Andrei2010]

Mieux que ça : on pourrait réduire la distance entre la Terre et Mars, en éloignant la Terre du Soleil. Un avantage collatéral et non négligeable sera la réduction du réchauffement global.

Demain j'arrête, c'est promis.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Anathorn]

Je lis souvent 6 mois.
Quelqu'un peut-il me citer un seul vol à destination de l'orbite martienne (avec mise en orbite, pas juste un fly by), à ce jour, qui n'aurait mis que 6 mois ?
C'est plutôt ~8 mois un voyage vers Mars (c'est pas fixe a cause de l'excentricité prononcée de l'orbite martienne).
Si on fait plus court, alors ça demande tout de suite plus de Dv, et donc moins de charge utile (CU).
Donc si on veut envoyer un truc rikiki, ok, ça coute cher mais on peut raccourcir le temps de trajet (pour un bénéfice a déterminer...) mais si on veut envoyer un truc sérieux de plusieurs tonnes, on est obligé de faire le HTO (transfert de Hohmann) le plus économique possible, qui est toujours proche du temps le plus long pour passer d'une orbite a l'autre (1/2 ellipse).
Et ça, ça donne ~8 mois.
Tant qu'on n'emploie pas une propulsion ionique sur une partie significative du trajet, on ne réduira pas ce délais, car ça coute tout de suite trop cher en CU à sacrifier.

[Fustigator]

Je lis souvent 6 mois.
Quelqu'un peut-il me citer un seul vol à destination de l'orbite martienne (avec mise en orbite, pas juste un fly by), à ce jour, qui n'aurait mis que 6 mois ?.

La réduction du temps de trajet à un gros coût (énergétique, et donc financier); elle n'a aucune raison de s'appliquer à des robots.(qui ne déprimeront pas pendant le trajet).
cela souligne encore une fois le coté très questionnable de l'exploration humaine.

[Bernard43]

Merci pour cette reponse tres inteligente

[yves95210]

Merci pour cette reponse tres inteligente

Je ne sais pas si ce message est ironique. Mais si oui, j'espère que vous ne parlez pas des deux dernières réponses (d'Anathorn et de Fustigator), qui sont tout à fait pertinentes.

Quant aux réponses précédentes, elles demandaient effectivement d'être prises avec un peu d'humour, et je comprendrais que vous ne les ayez pas appréciées. Votre question était légitime : tout le monde ne sait pas forcément pourquoi on ne peut pas augmenter impunément la vitesse des fusées (en accélérant plus fort ou pendant plus longtemps), ça fait appel à des notions de physique pas trop compliquées, mais qui demandent à être expliquées. Après tout le but de ce forum est la vulgarisation.

Si vous ne comprenez pas le message d'Anathorn, qui est un peu technique et utilise des abréviations pas forcément connues de tous, rien ne vous empêche de demander des explications complémentaires. Mais un bon début serait de lire la page Wikipedia sur la propulsion spatiale.

[Fustigator]

Voyage vers Mars. Un des handicape pour les astronautes et la longueur du vol je crois 6 mois ne serait il pas possible d'augmenter la vitesse des fusées pour diminuer le temps de voyage.

L'augmentation de la vitesse suppose d'augmenter la quantité de carburant, donc la masse, donc la quantité de carburant, etc ....
C'est ce que modélise d'une manière très "lisible" l'équation de Tsiolkovski

Il y a peu de formules cumulant une aussi grande simplicité avec une aussi grande "portée".

[Geb]

Bonjour,

Je lis souvent 6 mois.
Quelqu'un peut-il me citer un seul vol à destination de l'orbite martienne (avec mise en orbite, pas juste un fly by), à ce jour, qui n'aurait mis que 6 mois ?
C'est plutôt ~8 mois un voyage vers Mars (c'est pas fixe a cause de l'excentricité prononcée de l'orbite martienne).

Je m'avance peut-être mais c'est probablement parce que les fameux ~6 mois pour un voyage habité Terre-Mars sont basés sur des projets qui pour la plupart, notamment les premiers en 1968, faisaient déjà appellent à des types de propulsion plus avancés que le "tout chimique" (à défaut d'une expression plus adéquate) comme la propulsion nucléaire thermique de type Nerva (qui avait atteint ~710 secondes d'impulsion spécifique lors de tests au sol avec la technologie de l'époque).

À ma connaissance, la NASA cherche toujours à participer activement au développement de ce type de propulseurs spatiaux (même si elle n'en a plus les moyens financiers pour l'instant).

Cordialement.

[Geb]

À ma connaissance, la NASA cherche toujours à participer activement au développement de ce type de propulseurs spatiaux (même si elle n'en a plus les moyens financiers pour l'instant).

Apparemment, en terme de financement, ça bouge un peu plus que ce que je pensais :

- Final fiscal year 2019 budget bill secures $21.5 billion for NASA (17 février 2019)

- Momentum Grows for Nuclear Thermal Space Propulsion (28 mai 2019)

À la lecture des deux articles ci-dessus, la NASA a déjà obtenu 100 millions de dollars rien que pour l'année 2019 pour travailler sur la question et au moins 225 millions de dollars au total, avec un test dans l'espace en 2024. Il en faudra beaucoup plus cela dit, puisqu'à titre d'informations, le coût du programme Nerva qui avait conduit aux tests d'une vingtaine de propulseurs du début des années 1960 jusqu'en 1972, équivaudrait à environ 9 milliards de dollars d'aujourd'hui.

Par le passé, ce type de système était basé sur de l'uranium hautement enrichi (en général plus de 90% de matière fissile, jusqu'à 97%). L'avantage c'est que les dispositifs étaient compacts et ne nécessitaient pas de modérateur de neutrons. Or, ces 25 dernières années, on s'intéresse plutôt aux réacteurs fonctionnant avec de l'uranium beaucoup moins enrichi (entre 19 et 21% de matière fissile). Il y a bien sûr un gain en terme de sécurité durant le voyage, mais c'est aussi de nature à permettre à des compagnies privées (au premier rang desquelles la branche "nucléaire" de BWXT) de ce joindre à l'effort de la NASA dans ce secteur, tout en réduisant les risques de prolifération nucléaire militaire.

L'impulsion spécifique, de ~710 secondes, atteinte dans des conditions standards de température et de pression lors du programme Nerva dans les années 1960, équivaudrait à ~825 secondes dans le vide interplanétaire. Aujourd'hui, les spécialistes de la NASA, comme Les Johnson du Marshall Space Flight Center, estiment pouvoir atteindre, avec les techniques modernes, entre 900 et 1000 secondes d'impulsion spécifique (soit de l'hydrogène à une température allant jusqu'à 3100 K à la sortie de la tuyère).

À noter que la température à la sortie d'un moteur chimique basé sur le couple hydrogène-oxygène liquides est encore supérieure à 3100 K. Cela dit, la masse moléculaire du fluide éjecté par la tuyère est plus important, puisque dans le cas du nucléaire thermique, il n'y a que de l'hydrogène. C'est de cette différence de masse moléculaire du fluide à la sortie que vient le gain en impulsion spécifique.

Dans ces conditions, le temps de transfert Terre-Mars lors de la conjonction de 2033 est estimé par Les Johnson à 160 jours, soit un peu plus de 5 mois (au grand maximum puisque le calcul est fait avec une impulsion spécifique du propulseur "au rabais" de 875 secondes dans le vide).

Cordialement.

[penthode]

Voyage vers Mars. Un des handicape pour les astronautes et la longueur du vol je crois 6 mois ne serait il pas possible d'augmenter la vitesse des fusées pour diminuer le temps de voyage.

sauf que dieu le pére a limité la vitesse sur les autoroutes spatiales...

et la prune est salée !

[Geb]

Tant qu'on n'emploie pas une propulsion ionique sur une partie significative du trajet, on ne réduira pas ce délais, car ça coute tout de suite trop cher en CU à sacrifier.

En ce qui concerne la propulsion nucléoélectrique (pour reprendre ton exemple un réacteur nucléaire qui alimenterait un propulseur ionique), le plus gros problème, c'est qu'on a des propulseurs ioniques avec de très grandes impulsions spécifiques (> 3000 secondes), mais capables de produire des poussées maximales ridiculement faibles. Les calculs montrent que pour disposer d'un avantage sur le chimique et sur le nucléothermique, les partisans de la propulsion nucléoélectrique devrait disposer d'un générateur électrique (a priori nucléaire donc) assez compact, léger (< 4 kg/kWe système de gestion de la chaleur compris) et puissant (>12 MWe) capable de fonctionner en conditions spatiales.

Il y a des progrès substantielles qui sont attendus dans les dix années qui viennent sur les générateurs électriques de type nucléaire qualifiés pour le spatial, mais les puissances ne dépassent pas 1 MWe. Et franchement, étant donné l'état de la technologie aujourd'hui (~25 kg/kWe électrique hors système de gestion de la chaleur), le prototype sur lequel la Russie expérimente (<14 kg/kWe avec des radiateurs à gouttelettes sur lesquels les Russes sont à la pointe depuis la fin des années 1980, 3,5 MWth pour 1 MWe). Petite précision, l'article en lien parle de "fusion nucléaire", mais il s'agit d'une erreur : c'est un réacteur à fission. En soit, ce serait déjà un progrès tout à fait significatif. Le seul hic c'est que l'objectif n'est pas du tout, on l'aura compris, un réacteur utile pour un vol spatial habité vers Mars.

Cordialement.

[Anathorn]

Le principal souci avec les moteurs nucléaires est d'ordre éthique.
Je ne dis pas que j'approuve, mais les oppositions sont fortes dans les pays démocratiques.
Pendant qu'en Russie, il font péter des missiles a propulsion nucléaire dans leur ban d'essais...

Sinon, bien entendu, la propulsion ionique ne serait qu'une propulsion d'appoint.
On utiliserait toujours le chimique pour l'injection et la mise en orbite martienne, et pendant une partie significative du trajet, on utiliserait la propulsion ionique pour raccourcir la durée (50% dans chaque sens).
Ça pourrait permettre de résoudre les problèmes de santé de l'équipage et rendre le vol bien plus simple a envisager sans dispositifs lourds de maintien en bonne santé.
C'est clair que la durée du voyage vers mars est vraiment un facteur problématique (pour la santé des équipages) et que si on arrive a diviser par deux le temps de trajet, il y a deux "verrous physiologiques" qui tombent : le taux de radiation devient acceptable, la réduction significative de la dégénérescence musculo-squelettique la rend elle aussi acceptable a l'arrivée sur Mars pour travailler.

L'obstacle majeur au ionique c'est évidemment la puissance du générateur.
C'est pas demain la veille qu'on aura un tokamak fonctionnel et portable de 3 tonnes a utiliser pour fournir le jus nécessaire

[Fustigator]

On utiliserait toujours le chimique pour l'injection et la mise en orbite martienne, et pendant une partie significative du trajet, on utiliserait la propulsion ionique pour raccourcir la durée (50% dans chaque sens).

Sources de cette affirmation ?

[Andrei2010]

Merci pour cette reponse tres inteligente

Tiens, il a découvert la politesse ! Ce n'est pas trop tôt, vu son âge.

[Anathorn]

Sources de cette affirmation ?

aucune !
c'est la façon dont j'imagine une possible utilisation du ionique dans le cadre d'un vol habité.
On ne peut même pas s'en servir pour faire une injection trans-planétaire (ça ne pousse pas assez).
Mais on a commencé à tester depuis plus de 20 ans déjà, Deep space 1, puis SMART-1
on a fait des progrès depuis : Dawn, ou on arrive a un Dv de 10 km/s avec ce moteur ionique.

Bien que ne disposant que de 425 kilogrammes d'ergols, ses moteurs ioniques lui ont permis d'accélérer de plus de 10 km/s sur l'ensemble de la mission. En établissant un nouveau record dans ce domaine, la sonde a démontré le potentiel de ce type de propulsion pour les missions interplanétaires. Les moteurs ioniques fournissent une poussée très faible, mais leur rendement est dix fois supérieur à celui d'une propulsion conventionnelle. Grâce à ces caractéristiques, une sonde spatiale s'est placée en orbite successivement autour de deux corps célestes, pour la première fois depuis le début de l'ère spatiale.

C'est quand même pas une première anecdotique, car ça demande évidemment de grosses réserves de Dv.

Mais étant donné qu'on ne peut pas s'en servir pour le décollage ni même pour l'injection, son rôle, néanmoins intéressant, au sein d'une mission habitée, serait de permettre de réduire significativement le temps de voyage, ce qui pourrait présenter des avantages considérables afin de faciliter l'impact physiologique du voyage sur l'équipage.
C'est donc une piste qui reste très intéressante d'imaginer s'en servir comme accélérateur d'appoint afin de mettre Mars beaucoup plus facilement à notre portée.
Parce que la différence entre 8 mois pour Mars (actuellement) et moins de 4 mois a espérer avec le ionique d'appoint, ça change tout.

Mais comme dit précédemment, pour que le rapport masse/poussée reste tout de même utilisable dans le cadre d'une mission de la masse de celle d'un voyage habité vers Mars, il faudrait disposer d'un générateur particulièrement performant totalement hors de notre portée actuellement...
Ça reste envisageable techniquement, un jour pas si éloigné, dans une poignée de décennies.
Peut-être arrivera-t-on a poser le pied sur Mars avant, mais je reste dubitatif sur le sujet vu l’effort industriel et financier nécessaire en l'absence de retombées concrètes.
Techniquement, on pourrait commencer dès aujourd'hui la construction d'une mission martienne habitée, mais si on sait qu'on peut la commencer aujourd'hui, on n'a aucune idée de quand elle sera vraiment prête a partir tant il y a d'inconnues qui ne sont même pas encore abordées à ce jour.
A mon sens, on ira sur Mars lorsqu'on réussira à se faciliter la vie.
Le ionique est une bonne piste pour ça.
La réalisation d'un bouclier électromagnétique tirerait lui aussi profit de l'existence d'un générateur puissant d'ailleurs, comme le moteur ionique.

[jacquolintégrateur]

Bonjour
Le voyage vers Mars est certes ce dont on parle le plus, dans les discussions, dans les médias et, sans doute, autour des tables après le dessert! Cependant, d'une façon générale, l'exploitation, "en grand" de l'espace par l'humanité (dont l'intérêts ou, seulement, le bien fondé seraient hors sujet, dans ce fil) réclame la mise en oeuvre de systèmes autorisant des vitesses beaucoup plus élevées que celles réalisées par les équipements actuels. Il y a peu de choses à ajouter, à ce qui a été dit ci dessus, en ce qui concerne les systèmes en cours d'étude et, donc, les réalisations à attendre pour les prochaine décennies. Rappelons, tout de même, qu'il y a plus de 50 ans, un projet, sous le nom de code ORION, (ça n'a rien avoir avec le module de transfert d'équipage) a fait l'objet de 3 ans d'étude, sous la direction de Freemann Dyson (l'homme des sphères !) et n'a été interrompu que pour des raison purement politiques. ORION envisageait la réalisation d'un vaisseau, propulsé par des explosions nucléaires, qui devait être capable de transporter 8 astronautes à une vitesse pouvant atteindre 100 km/sec, ce qui mettait Mars dans sa position la plus rapprochée, à 50 millions de km, à environ 150 heures de la Terre, mettons une semaine. Certes, on peut penser que ORION était un monstre mais il ne contenait aucune entorse aux lois physiques et ne supposait aucune autres connaissances que celles qui étaient dument acquises et validées. Aujourd'hui, il serait possible de concevoir et réaliser des systèmes permettant d'atteindre des performances supérieures à celles visées par ORION, sans, pour autant, utiliser des moyens aussi "brutaux". Bien sûr, il ne saurait être question de détailler un avant projet!! Je ne peux qu'énumérer des processus, ayant fait l'objet d'expérimentations, donc sans violer la charte, puisqu'il ne s'agit pas d'idées personnelles, susceptibles d'être mis en oeuvre pour réaliser des vaisseaux à même de nous emmener jusqu'aux étoiles. Dans le domaine des réacteurs nucléaires, mentionnons les réacteurs non critiques utilisant les réactions nucléaires de spallation, découvertes il y a 50 ans, produisant des neutrons à partir de faisceaux de protons accélérés à 875 millions d'ev, bombardant des noyaux de plomb ou de bismuth et capables de mettre en oeuvre la fission d'éléments exigeant des neutrons rapides (U 238, Thorium). Les accélérateurs utilisant des faisceaux laser de haute énergie pour entretenir les champs électriques d'accélération. Les supraconducteurs, fonctionnant à la température de l'azote liquide, ou même plus élevée, pour créer des champs magnétiques de plusieurs Tesla destinés à focaliser ou canaliser des flux de plasma à haute température émis par des propulseurs ou à protéger les vaisseaux et leurs passagers des flux de particules (vent solaire et rayonnement cosmique), enfin, l'utilisation de faisceaux de ions accélérés par des centrales en orbite autour du Soleil, au voisinage de l'orbite de Mercure, pour propulser des conteneurs de fuel nucléaire pour le ravitaillement en vol des vaisseaux et leur permettre de prolonger leur accélération jusqu'à atteindre une fraction significative de la vitesse de la lumière....Et j'en passe et des meilleures !!
Cordialement

[Geb]

Bonjour,

Rappelons, tout de même, qu'il y a plus de 50 ans, un projet, sous le nom de code ORION, (ça n'a rien avoir avec le module de transfert d'équipage) a fait l'objet de 3 ans d'étude, sous la direction de Freemann Dyson (l'homme des sphères !) et n'a été interrompu que pour des raison purement politiques. ORION envisageait la réalisation d'un vaisseau, propulsé par des explosions nucléaires, qui devait être capable de transporter 8 astronautes à une vitesse pouvant atteindre 100 km/sec, ce qui mettait Mars dans sa position la plus rapprochée, à 50 millions de km, à environ 150 heures de la Terre, mettons une semaine.

Selon ce document, le slogan de Theodore Taylor et Freeman Dyson au début du projet, lors de l'année académique 1958-1959 à Princeton, était au bas mot assez audacieux : "Mars by 1965, Saturn by 1970" (voir page 4). Evidemment, même si d'après Freeman Dyson lui-même, le financement pour ce projet a été officiellement cessé en janvier 1965 (lire cet article dans Science), le projet Orion est mort en août 1963, lors de la signature du fameux traité interdisant la présence d'armes nucléaires à bord d'engins spatiaux.

Je tiens à préciser que selon cet autre document daté de septembre 1964 et déclassifié en 1976, l’impulsion spécifique des modules Orion imaginés pour un voyage habité Terre-Mars n’était "que" de 1850 secondes pour la version de base emportant 8 astronautes et de 3150 secondes pour une version plus lourde avec 20 astronautes à bord. Le vaisseau Orion "de base" emportait pour son voyage Terre-Mars plusieurs centaines à quelques milliers de petites bombes nucléaires (voir page 81) d'une kilotonne chacune en équivalent TNT.

Pour le module de base, il s’agissait d’un aller-retour Terre-Mars en 450 jours (et non pas 150 heures), avec 8 astronautes à bord, mais rien qui se pose à la surface ("seulement" 750 kg d’équipements scientifiques pour "cartographier la surface et stocker les données récoltées", voir page 46). Un rapide aller-retour, d'une durée de 150 jours (pour rappel, avec des propulseurs de type NERVA c'est 160 jours), sans poser personne à la surface, est également mentionné (voir page 37). Il y a une autre version avec 75 tonnes d’équipements scientifiques, en ce compris 3 landers de 16 tonnes pouvant emporter 2 astronautes chacun (voir Fig. 3.12 en page 50). L'aller-retour habité Terre-Jupiter est lui estimé à 910 jours (sans plus de détails).

Aussi, d’autres systèmes plus avancés dit "à ablation" étaient envisagés "après 1980", avec une impulsion spécifique comprise entre 10.000 et 20.000 secondes (voir pages 27 à 29).

La version la plus réaliste imaginait que 3 Saturn V suffirait pour satelliser le vaisseau d’exploration et qu’il serait assemblé en orbite (voir pages 70 et 71). L’assemblage s’effectuerait idéalement à 325 km d’altitude (voir pages 75 et 76).

Le coût du développement du module de base était estimé à ~1,5 milliard de dollars américains de 1963 (voir tableau 7.2 en page 146).

Il y a quelque chose qui m’a fait sourir aux pages 76 et 77 : apparemment, une fusée pouvant succéder à Saturn V était déjà envisagée, baptisée Nexus, dont la capacité d’emport était 4 fois supérieure à celle de la Saturn V.

Cordialement.

[Geb]

Un rapide aller-retour, d'une durée de 150 jours (pour rappel, avec des propulseurs de type NERVA c'est 160 jours), sans poser personne à la surface, est également mentionné (voir page 37).

Bon, vous l'aurez compris, dans le cas de la propulsion nucléothermique, c'est 160 jours l'aller simple et non l'aller-retour, j'ai tapé un peu vite, même si ça ne change pas grand-chose à mon propos (qui était de nuancer les "150 heures" citées plus haut).

[Anathorn]

ORION envisageait la réalisation d'un vaisseau, propulsé par des explosions nucléaires

Par définition totalement inacceptable éthiquement.
Non pas a cause de la "pollution spatiale", mais a cause des problèmes environnementaux en cas d'échec de tir.
Déjà, le NERVA, ça passe pas, alors ça...

[yves95210]

Par définition totalement inacceptable éthiquement.
Non pas a cause de la "pollution spatiale", mais a cause des problèmes environnementaux en cas d'échec de tir.
Déjà, le NERVA, ça passe pas, alors ça...

Nucléaire mais moins... explosif, il y a ça : MSNW magneto-inertial fusion driven rocket. J'avais lu les articles auxquels renvoient les notes de la page wikipedia (par ex. celui-ci), et ça ne m'avait pas semblé surréaliste (mais je suis loin d'avoir les compétences nécessaires pour avoir un avis sur le sujet). Et il y avait un début de début de projet. Sauf que quand je m'y suis intéressé je n'ai trouvé aucune publication plus récente que 2014, et en particulier rien sur les étapes suivantes qui étaient annoncées. Impasse technologique ou coupure budgétaire, je n'en sais rien...
Quelqu'un en a entendu parler ?

[Geb]

Bonjour,

Déjà, le NERVA, ça passe pas, alors ça...

De mon point de vue, c'est l'absence d'un programme habité vers Mars qui a mené à l'arrêt du programme NERVA. Le programme en lui-même est toujours considéré comme un succès et n'était pas considéré comme trop dangereux, du moins à l'époque. Les deux articles que j'ai cité plus haut sont même de nature à corroborer le fait que ce type de propulseur est toujours considéré par la NASA comme une option parfaitement réaliste pour un voyage habité Terre-Mars.

En février 1969, le Président Richard Nixon avait chargé un Space Task Group (STG) de lui présenter les options pour de futures orientations de la NASA. Le Vice-Président Spiro Agnew a présenté le rapport du STG au Président américain le 15 septembre de la même année. Il y avait 3 projets : une navette spatiale, une station spatiale et un voyage habité vers Mars (ce dernier projet étant proposé dès 1983 au plus tôt et "d'ici la fin du siècle" au plus tard).

Certains détracteurs disent aujourd'hui que ce rapport était en quelque sorte une copie carbone d'une série d'articles publiés en 1952 par Wernher von Braun à partir desquels Disney avait produit une série de films quelques années après.

Nixon a opté pour la moins coûteuse des options proposées (la navette spatiale, point à la ligne). S'il avait opté pour le voyage habité Terre-Mars, certes il aurait fallu encore doubler le budget de la NASA déjà faramineux à l'époque, mais il me paraît évident que la solution technique choisie pour le transit Terre-Mars aurait été la propulsion nucléothermique de type NERVA, comme c'est apparemment encore le cas aujourd'hui, 50 ans après.

Cordialement.