Re: Sur le moteur magnétoplasmodynamique (MPD)

**Socrates** Messages : 557 Inscrit le : 27/06/2006

Il me semble que la vitesse d'éjection optimale pour un voyage habité vers Mars, et afin qu'il soit le plus court possible, est d'abord déterminé par le kw/kg de la centrale électrique.
Ensuite, si la proportion de charge utile est réduite afin de ne pas trop affecter le n*kw/kg alors, logiquement, c'est la masse éjectée qui devient l'élément critique et qu'il convient d'ajuster.

si, comme prévu et fort probable, l'épaisseur du film CP1/a-Si:H peut être réduit de 9,5 à 3 microns alors les 10kw/kg seront atteint voire dépassés.
Et si, comme je le pense, la structure peut être de type gonflable et elle-même ultra-légère alors il doit être possible d'atteindre tout compris 5kw/kg et même probablement de faire beaucoup mieux (peut-être bien 7 kw/kg)
Si l'énergie peut être fournie avec si peu de masse alors c'est la masse d'éjection qui pénalise le plus les performances du véhicule (SI, bien sûr, la charge utile est elle-même réduite; alors allons encore plus loin dans le principe et réduisons-là à seulement 5% de la masse totale)
Ce que j'essaie de dire c'est que si nous prenons le cas extrème où la centrale électrique + la masse d'éjection + charge utile, tout compris, atteint 2,5 kw/kg alors la vitesse d'éjection peut être avantageusement plus grande.
Disons qu'il devrait être possible de faire une formule 1 et de réduire le temps de l'aller simple (à partir d'une orbite géostationnaire terrestre et afin de gagner encore plus de temps) à moins de deux mois.
Pourrais-tu nous confirmer ça si tu peux entrer ces données dans ton tableau de calcul automatique ?
(le DS4G permet de multiplier par 20 la densité de poussée en comparaison avec les ions thrusters à grille)
@+

Salut

Si tu regardes bien, il n'y a pas que la masse des panneaux solaires : on compte aussi la PPU, la masse des moteurs eux-mêmes. Ensuite, de la masse de structure un peu partout : réservoirs, etc.

Chang Diaz (l'inventeur et promoteur du VASIMR) montre dans ses présentations "commerciales" des résultats de calcul avec des vols Terre-Mars en 50 ou 60 jours avec une centrale électrique de 200 MW, mais si on y regarde de près, ça ne semble pas très réaliste : il fait de grosses hypothèses sur les masses de structures, on a l'impression que les réservoirs ne pèsent rien, qu'il n'y a pas de bouclier, que l'énergie électrique sort directement du générateur sous la bonne tension, etc.
Et même pour le calcul que j'ai fait, où je suis plus prudent, Henri m'a fait remarquer que mes indices de structures étaient déjà assez optimistes.

Pour être un peu réaliste, il faudrait avoir une idée de la masse de ce moteur DS4G et de la façon dont elle évolue avec la puissance. Pour le moteur MPDT utilisé dans ce calcul, la valeur de 5 kW/kg provient d'une étude NASA, et en rajoutant tout le reste, on n'arriverait jamais à 2.5 kW/kg pour la masse sèche du vaisseau.
Le DS4G fait-il mieux ? J'en doute un peu étant donné la simplicité de structure du MPDT.

(il faudra que je trouve quelque part un espace de stockage pour mettre ce tableur en partage)

A+

**Socrates** Messages : 557 Inscrit le : 27/06/2006 Localisation : Bordeaux

Comment tu estimes la masses de la PPU ?

J'ai trouvé ça: Transformateur supraconducteur: (weight reduction and higher efficiencies)
http://www.wtec.org/loyola/scpa/03_05.htm
http://www.sciencedaily.com/releases/2002/02/020221073146.htm
(vers le 4/5ème de l'article) :
http://crtbt.grenoble.cnrs.fr/dispositifs_supra/index.htm
(vers le milieu) :
http://www-leg.ensieg.inpg.fr/soutenance01.html

Voir document suivant :
http://gltrs.grc.nasa.gov/reports/2003/TM-2003-212349.pdf
La PPU pèse 3t pour une puissance de 2.5 MWe.
Par contre, la source était un générateur nucléaire, avec son groupe produisant une moyenne tension alternative. Dans le cas de panneaux solaire, on aurait une tension continue, donc le système sera assez différent (ce point a déjà été discuté). J'ai pris une masse de 0.4 kg/kW, donc deux fois plus faible, de façon un peu arbitraire. Si on veut être plus précis, il faut rentrer dans le détail de ce composant.
Cette étude considère des paramètres optimistes à tous les niveaux (masse des moteurs, masse des réservoirs, systèmes de réduction de l'évaporation, etc.).

Bon, pas d'affolement : c'est du prospectif très très long terme, on n'est pas prêt d'aller gambader sur les lunes de Jupiter ;)

A+

**Socrates** Messages : 557 Inscrit le : 27/06/2006 Localisation : Bordeaux

Mais nous ignorons s'ils ont intégré une technologie supraconductrice.

Par exemple, j'ai trouvé ça:
""""
1. 30-50% reduction in weight
2. 30-70% reduction in volume
3. Smaller footprint, easier to install and replace
4. Less heat generation which translates into a smaller thermal management system,
5. Using specifically MgB2 superconducting wire, there is the potential of equal or lower cost than a conventional transformer""""

"""Who can benefit?
... airborne, space and mobile military systems that might operate in the 3-30Mw range.""""
ici: http://66.249.93.104/search?q=cache:Y1CDkh0hlrEJ:www.dawnbreaker.com/vas/docs/HyperTech-Brief.pdf+%22SUPERCONDUCTING+TRANSFORMERS%22+nasa&hl=fr&gl=fr&ct=clnk&cd=7&client=firefox-a

@+

**Socrates** Messages : 557 Inscrit le : 27/06/2006 Localisation : Bordeaux

J'ai fait d'autres recherches (PPU avec supraconducteurs) et trouvé ça: (un extrait d'un document très très long...)

Title: Development of Magnesium Diboride Coils for High Voltage Superconducting Transformers
Abstract: New high power airborne and mobile military systems will require megawatts of electrical power produced by very lightweight power sources. The majority of these new systems will require multi-megawatts of power delivered at very high-voltages. Generators will not be able to directly produce the high voltages so high-voltage, multi-megawatt transformers will be required. A superconducting transformer offers the possibility of developing very lightweight, high power transformer. While BSCCO and YBCO coated conductors are being considered for this application, the AC loss characteristics of these conductors are not ideal. In January 2000 it was announced that magnesium diboride compound is superconducting up to 39 K. Our present properties of magnesium diboride wires in the 20-30 K range in magnetic fields up to 2 tesla appear ideal for superconducting transformers. We have also demonstrated a magnetic shielding approach that can result in a significant reduction of AC losses. This proposal explores the development and demonstration of magnesium diboride coils for both the primary and secondary coils of a superconducting transformer. By accelerating the development of a low cost, low AC loss magnesium diboride wire, commercial applications for superconducting transformers, open MRI, generators, and motors will implemented sooner in the marketplace."""

En fait, après lecture de plusieurs doc, il semblerait possible de réduire considérablement la masse du transformateur lui-même. Mais il faut ajouter le dispositif de refroidissement. Cependant, dans l'espace, dans l'ombre permanente de la centrale électrique... le système de refroidissement pourrait être modeste.
@+

Socrates a écrit:J'ai fait d'autres recherches (PPU avec supraconducteurs) et trouvé ça: (un extrait d'un document très très long...)

Title: Development of Magnesium Diboride Coils for High Voltage Superconducting Transformers
...
En fait, après lecture de plusieurs doc, il semblerait possible de réduire considérablement la masse du transformateur lui-même. Mais il faut ajouter le dispositif de refroidissement. Cependant, dans l'espace, dans l'ombre permanente de la centrale électrique... le système de refroidissement pourrait être modeste.
@+

Merci pour ces infos.
Je ne doute pas qu'il y a une multitude de possibilités et de voies à explorer, et de la même façon que ces panneaux solaires semblent représenter une innovation de "rupture", il peut s'en produire aussi sur d'autres composants.
Ensuite, le seul fait d'utiliser des panneaux solaires peut simplifier la partie électrique : par une topologie de connexion astucieuse, on a directement des hautes tensions...

A+

On commence à s'intéresser à ce que font les américains, et au MPDT...
Un article de la SNECMA sur la propulsion électrique de puissance :
http://stinet.dtic.mil/dticrev/PDFs/ADA446639.pdf
Contient des données numériques intéressantes sur les performances permises par les différents gaz (xénon, krypton, etc.) compte tenu de la masse des réservoirs.

Sur le moteur magnétoplasmodynamique (MPD)