A quand la révolution propulsive des lanceurs spatiaux ?

[CCecel]

Force est de constater que c'est toujours la propulsion chimique qui prévaut (style V2), à savoir un moteur brûlant une grande quantité d'ergols (carburant et comburant) permettant à un lanceur d'atteindre la vitesse nécessaire à l'injection d'une CU dans l'espace (7,8 km/sec pour une orbite basse, 11,3 pour une mission libératoire).

Sur ce chapitre, l'avancée n'a progressé au fil du temps qu'au travers d'un meilleur rendement énergétique des ergols !

[CCecel]

Comme on l'a compris et malgré les efforts de ingénieurs s'échinant depuis des années à trouver des solutions de remplacement (plus ou moins exotiques), il semble que la propulsion chimique n'est pas prête de tirer sa révérence !

Tout au moins pour arracher la masse d'une fusée spatiale de la surface de la terre avec au bout l'atteinte de la vitesse désirée.

[Sir Eric]

Clarke écrivait dans son bouquin 2001 que lorsque son vaisseau profite de l'attraction de je ne sais plus quelle planète pour augmenter sa vitesse vers Jupiter grâce à l'effet de fronde, l'énergie gagnée est compensée par une perte d'énergie sur la dite planète, dont les effets ne se feront sentir que dans quelques milliers d'années.

Or on peut aisément faire le parallèle avec le lancement de plusieurs centaines de fusées géantes russes, américaines, françaises ou chinoises, toutes sur la même trajectoire (à peu de choses près). La somme algébrique des énergies considérables développées, si elle agit sur notre petite planète à la manière de la théorie de Clarke, aura-t-elle une influence sur cette dernière ? Déjà on croit savoir que la rotation de notre planète serait ralentie et que la lune s'éloignerait de nous, alors que la mécanique céleste serait réputée invariable.

Dès lors, oui, il serait opportun de trouver une solution.

Eric

[Thud]

Clarke écrivait dans son bouquin 2001 que lorsque son vaisseau profite de l'attraction de je ne sais plus quelle planète pour augmenter sa vitesse vers Jupiter grâce à l'effet de fronde, l'énergie gagnée est compensée par une perte d'énergie sur la dite planète, dont les effets ne se feront sentir que dans quelques milliers d'années.

Or on peut aisément faire le parallèle avec le lancement de plusieurs centaines de fusées géantes russes, américaines, françaises ou chinoises, toutes sur la même trajectoire (à peu de choses près). La somme algébrique des énergies considérables développées, si elle agit sur notre petite planète à la manière de la théorie de Clarke, aura-t-elle une influence sur cette dernière ? Déjà on croit savoir que la rotation de notre planète serait ralentie et que la lune s'éloignerait de nous, alors que la mécanique céleste serait réputée invariable.

Dès lors, oui, il serait opportun de trouver une solution.

Eric

Il serait bon de se donner quelques ordres de grandeur...
Une source intéressante : http://www-cosmosaf.iap.fr/IAP_web/Catapulte.htm

Mais les planètes se déplacent sur leur orbite, et leur gravitation entraîne les corps dans leur voisinage. Ainsi, une sonde qui s'approche d'une planète avec une vitesse moins grande que celle de la planète verra sa vitesse s'accroître ( cf fig 1) ; en revanche, si la vitesse de la sonde est plus grande que celle de la planète, la sonde perdra une partie de sa vitesse.

Du point de vue d'un observateur situé sur la planète, la sonde ne gagne ni ne perd d'énergie cinétique: elle s'éloigne à la même vitesse qu'elle avait en s'approchant. Mais, si la situation est symétrique du point de vue d'un observateur situé sur la planète, elle ne peut pas l'être du point de vue d'un observateur «sidéral» immobile par rapport au Soleil. Examinons par exemple ce qui arrive à une sonde lancée de la Terre vers Jupiter sur une orbite nécessitant le moins de carburant possible (telle que nous l'avons définie au début de ce complément).

Lorsque la sonde arrive à l'orbite de Jupiter, on peut calculer qu'elle voyage à 7,3 km/s le long d'une trajectoire qui est presque parallèle à celle de Jupiter. Or, Jupiter voyage à 13 km/s le long de son orbite. Jupiter «rattrape» donc la sonde: pour un observateur sur Jupiter, la sonde se rapproche à 13 - 7,3 = 5,7 km/s.

Après que la planète et la sonde se sont croisées, cette dernière s'éloigne à 5,7 km/s pour l'observateur sur Jupiter (figure 2.a); mais, pour l'observateur sidéral, cela correspond à 13 + 5,7 = 18,7 km/s (figure 2.b): la sonde voyage 2,7 fois plus vite qu'avant! Le gain de vitesse (ici, 18,7 - 713 = 11,4 km/s) correspond au double de la différence entre la vitesse de la sonde et la vitesse de la planète avant leur croisement. Du point de vue de l'observateur sidéral, le gain d'énergie cinétique de la sonde se fait au détriment de l'énergie cinétique de la planète. Dans le cas d'une sonde dont la masse est de l'ordre de 1000 kg, la planète Jupiter voit sa vitesse diminuer d'environ 10^-20 m/s. Sur une durée de temps égale à l'âge de l'Univers (10 Ga), ce changement entraîne une différence sur la distance totale parcourue par Jupiter de l'ordre d'un millimètre !

[Saiun]

Intéressant tout ça... Donc je comprends alors les théories développées dans certains livres de science fiction (j'ai bien dit certains... ), qui basent leurs récits sur les phénomènes observables et calculables actuels...
Mais il faut tout de même à chaque fois une part d'invention pour que les récits soit aussi crédible du point de vue anticipation... (la plupart du temps, l'insertion d'une invention type "moteur spatial évolué" devient la norme...)

Question peut-être bête... Ok pour une poussée à l'aide de carburants/comburant propulseurs solide ou liquide, mais quid de la poussée dans le vide spatial... Tout ce qu'on a pu voir dans les théories développées, c'est que dans le vide la poussée est signification de déplacement anarchique... (voir par forcément dans la bonne direction...)

Ça pousse, certes, mais sur quelle type d 'action/réaction? L'inertie combinée, d'accord, mais pour obtenir déjà cette inertie à la base... Déjà par le lancement échappatoire de l’attraction, ou bien par une combinaison d'autres facteurs?

Désolé de poser des questions idiotes, je débute dans le grand cosmos...

[MiGs]

Ça pousse, certes, mais sur quelle type d 'action/réaction? L'inertie combinée, d'accord, mais pour obtenir déjà cette inertie à la base... Déjà par le lancement échappatoire de l’attraction, ou bien par une combinaison d'autres facteurs?

Désolé de poser des questions idiotes, je débute dans le grand cosmos...

C'est pas une question idiote, c'est une question incompréhensible

Il n'y a vraiment rien de secret, pour modifier un mouvement il faut appliquer une force.
L'énergie dégagée par la réaction chimique produit des forces qui propulsent la fusée dans une direction, les gaz dans l'autre.
Les corrections de trajectoire sont nécessaire, car il n'est pas possible d'appliquer un vecteur vitesse initiale suffisamment précis. D'ailleurs la phase de propulsion est contrôlée en permanence en orientant les moteurs, ça tout ça subit des forces aérodynamique imprévisibles, qui doivent être compensées en temps réel.
Comme la poussée est appliqué en arrière du centre de gravité, le système est instable et nécessite des corrections.

Pour l'effet de fronde gravitationnelle, la force est produite par la gravitation. Le bilan énergétique de l'effet de fronde est nul, la planète est donc ralentie, de façon inversement proportionnelle a la masse, si la sonde est accélérée, et vice versa.

Qu'un lancement ralentisse la planète sur lequel il se produit, c'est discutable.
Les gaz poussent la planète, certe, au moment même du décollage, mais dans quelle direction ? Ça dépend de l'heure, de la longitude du lieu, et ça dépends de quelle mouvement de la planète on parle, rotation (sur elle même) ou révolution (autour du soleil).
Le seul effet possible est sur la révolution.
Il faudrait pour ralentir la planète qu'elle décolle au lever du jour. Dans ce cas, les gaz au décollage poussent dans le sens de ralentir la révolution.
Cet effet est négligeable par rapport a ce qui se passe par l'effet de fronde, qui est lui même déjà infinitésimal.
Donc c'est zéro

[Saiun]

C'est pas une question idiote, c'est une question incompréhensible

Oui en effet, je parlais de la poussée dans le vide...

[big jim]

C'est pas une question idiote, c'est une question incompréhensible

Oui en effet, je parlais de la poussée dans le vide...

Hélas, dans le vide y a pas d'hélice ! C'est là qu'est l'os...

[Saiun]

C'est pas une question idiote, c'est une question incompréhensible

Oui en effet, je parlais de la poussée dans le vide...

Hélas, dans le vide y a pas d'hélice ! C'est là qu'est l'os...

Y'a pas d'hélice hélas!!! Hélas, c'est là qu'est l'os...

Je vois que monsieur connait ses classiques...

[The Arrowhead]

C'est pas une question idiote, c'est une question incompréhensible

Oui en effet, je parlais de la poussée dans le vide...

Ça me rappelle un cocktail mondain où un avocat fort pédant du barreau de Paris m’avait longuement questionné sur le sujet, quand je lui avais dit que j’étais ingénieur dans la propulsion Ariane. Le pauvre ne comprenait pas comment un moteur-fusée pouvait pousser dans le vide, car « y’a pas d’air pour appuyer dessus »(sic)

[MiGs]

Pour en revenir au titre du fil, la question semble tourner sur l’ecologie et l’impossibilité de s affranchir de lanceurs « chimiques  » pour atteindre les 11km/s libérateurs. C est un peu comme l avion électrique c est sans solution toujours pour des questions d ordre de grandeur.

Ah non, rien a voir avec l'écologie, c'est juste que le chimique a ses limites.
L'avion électrique est une idiotie, et c'est pas la seule, malheureusement.

Je ne sais pas si le nucléaire est proche d'un résultat

[Saiun]

C'est pas une question idiote, c'est une question incompréhensible

Oui en effet, je parlais de la poussée dans le vide...

Ça me rappelle un cocktail mondain où un avocat fort pédant du barreau de Paris m’avait longuement questionné sur le sujet, quand je lui avais dit que j’étais ingénieur dans la propulsion Ariane. Le pauvre ne comprenait pas comment un moteur-fusée pouvait pousser dans le vide, car « y’a pas d’air pour appuyer dessus »(sic)

Donc s'il n'y a pas d'air pour appuyer dessus, il n'y en a pas non plus pour freiner le déplacement...

je récidive...

Sinon, pour la révolution propulsive, à part dans les livres, faudra trouver un nouvel Einstein ou réellement inventer le moteur Epstein... (Cf The Expanse)

[colargol]

Hello,

c'est pas tellement la force qui entre en jeu, mais la conservation de la quantité de mouvement (le produit de la masse par la vitesse). Si tu pèse 100 kg et que tu balances 1 kg à 10 m/s dans un sens, tu vas acquérir une vitesse de 0.1 m/s dans l'autre sens (c'est comme quand on fait un carreau à la pétanque : toute la quantité de mouvement de la boule lancée est transmise à la boule qui se barre. Si toute la quantité de mouvement n'est pas transmise, les deux boules ont un mouvement à la suite du choc mais si on regarde bien, la quantité de mouvement de l'ensemble des deux boules avant/après le choc est conservée, aux frottements près).

Et côté écologie, pour de la propulsion chimique hydrogène/oxygène comme sur les moteurs du corps principal des anciennes Ariane 5, ça génère de l'eau (qui est certes un gaz à effet de serre, mais pas trop) donc c'est pas parce que c'est chimique que c'est gênant (mais ça peut ...)

Et pour l'effet de fronde, si il y a une conservation d'énergie ou de quantité de mouvement, l'effet de fronde peut aussi avoir un effet accélérateur sur la planète. ça dépend de la trajectoire du truc qui utilise l'effet de fronde. Mais globalement, à moins que ce ne soit une planète qui vienne en frôler une autre, ça va pas faire grand chose.

Pour l'idée de ralentir la Terre si le lancement se fait au lever du soleil, il faudrait faire une lancement à l'horizontal, ce qui n'est pas trop la tendance ... Et la force appliquée au niveau du sol à cause de la poussée des réacteurs n'est pas si importante que ça : l'idée c'est quand même juste de faire s'élever le lanceur, donc en gros, c'est du même ordre de grandeur que le poids du lanceur quand il était posé sur son pas de tir (à un facteur 2 ou 3 près, ça dépend de l'accélération au lancement)

colargol

[MiGs]

Pour l'idée de ralentir la Terre si le lancement se fait au lever du soleil, il faudrait faire une lancement à l'horizontal, ce qui n'est pas trop la tendance ...

Non.
Si tu fais un tir depuis l'equateur lorsque le soleil se lève, tu ralenti la terre. La fusée et la terre se deplacent dans le même sens
Au coucher tu l'accélére. Même direction, sens opposé

[Thud]

Si tu fais un tir depuis l'equateur lorsque le soleil se lève, tu ralenti la terre. La fusée et la terre se deplacent dans le même sens
Au coucher tu l'accélére. Même direction, sens opposé

Gné ?

[Saiun]

Pour l'idée de ralentir la Terre si le lancement se fait au lever du soleil, il faudrait faire une lancement à l'horizontal, ce qui n'est pas trop la tendance ...

Non.
Si tu fais un tir depuis l'equateur lorsque le soleil se lève, tu ralenti la terre. La fusée et la terre se deplacent dans le même sens
Au coucher tu l'accélére. Même direction, sens opposé

Euh.... La terre ne tourne pas toujours dans le même sens? J'ai pas compris le principe... Mais bon, je suis pas un connaisseur non plus... C'est le soleil qui rentre en jeu? Ou la fusée va toujours vers le soleil?

[big jim]

Si tu fais un tir depuis l'equateur lorsque le soleil se lève, tu ralenti la terre. La fusée et la terre se deplacent dans le même sens
Au coucher tu l'accélére. Même direction, sens opposé

Gné ?

C'est normal : la terre est plate et se déplace comme un frisbee dans l'espace. Quand le soleil se lève, c'est du côté où la terre avance. Donc le soleil ralentit la terre. Il parait que ça s'appelle le vent solaire. Vent dans le nez le matin.
Quand le soleil se couche, c'est dans la même direction mais en sens opposé. La terre a vent dans le dos donc elle accélère.
Bon, si tu tires la fusée le matin vers le soleil, et ben le jet de la fusée s'additionne à celui du soleil et ça fait encore plus ralentir la terre.
Alors que si tu tires le soir vers le soleil qui se couche, et ben le jet de la fusée pousse encore plus la terre qui accélère.
CQFD.
C'est pourtant pas compliqué à comprendre...

[Saiun]

Amen!!!!

[Jérome D.]

L’électrique arrive à grand pas dans les moteurs fusées. Pas au niveau de la source d'énergie pour assurer la poussée, qui reste(ra) basé sur des ergols chimiques, mais au niveau de l'alimentation des turbopompes des moteurs qui commencent de plus en plus à tourner à l’électricité plutot qu'au gaz.
De même pour les vérins des tuyères, qui marchaient à l'huile sur Ariane 5 et qui sont maintenant électrique.

[Sir Eric]

Bon, et je fais quoi maintenant ?

Atlas (le bien nommé)

[The Arrowhead]

L’électrique arrive à grand pas dans les moteurs fusées. Pas au niveau de la source d'énergie pour assurer la poussée, qui reste(ra) basé sur des ergols chimiques, mais au niveau de l'alimentation des turbopompes des moteurs qui commencent de plus en plus à tourner à l’électricité plutot qu'au gaz.
De même pour les vérins des tuyères, qui marchaient à l'huile sur Ariane 5 et qui sont maintenant électrique.

15 MW de TPH Vulcain en électrique, j’ai hâte de voir ça
Bonjour l’indice constructif

[Jérome D.]

Bah, l'indice constructif ça n'inquiète plus personne de nos jours, quand il n'y a pas de perfo tu ajoutes des moteurs et picétout

[MiGs]

Euh.... La terre ne tourne pas toujours dans le même sens? J'ai pas compris le principe... Mais bon, je suis pas un connaisseur non plus... C'est le soleil qui rentre en jeu? Ou la fusée va toujours vers le soleil?

Gné ?

Un petit dessin :



Cette config c'est le lever du soleil, si le tir se fait vers le bas (du dessin), c'est le coucher.
Bref,de toute façon, c'est pas ça qui ralenti la terre, c'est le verrouillage gravitationnel sur le soleil qui est responsable.

[Saiun]

Ha d'accord!!! Je viens de piger... Dans le plan de l'écliptique...

Désolé, retard à l'allumage!!!!

[colargol]

Hello,

en fait, il faudrait refaire un bilan de force complet, mais j'aurais tendance à dire que ce qui pourrait ralentir la Terre, ce n'est pas la poussée de la fusée (de la même façon que ce n'est pas si je me pousse sur le torse avec la main que je vais reculer). Si l'ensemble Terre + fusée reste solidaire (en terme de gravitation. Donc si le lanceur met un truc en orbite Terrestre), le centre de gravité des deux continue à suivre sa trajectoire. En revanche, si le lanceur quitte l'orbite Terrestre (sonde interplanétaire), on aura peut-être un effet infinitésimal sur l'orbite suivi par la Terre. Mais il faudrait refaire les calculs.

colargol