Re: Rayons cosmiques et voyage vers Mars

[Gipeca]

Bonjour,

Il me semble que vous oubliez une chose, c'est l'énergie du rayonnement considéré.

Le coefficient d'atténuation d'un écran au rayonnement dépend certes de la nature du matériau de l'écran, mais aussi de l'énergie du rayonnement.

Exemple:
5 cm de plomb > atténuation d'un facteur 40 pour un rayonnement de 1 MeV
5 cm de plomb > atténuation d'un facteur 10 pour un rayonnement de 3 MeV

Quels sont les ordres de grandeur de l'énergie des rayons cosmiques ?

[montmein69]

    Une pièce avec les réserves d'eau autour pour l'isoler des rayonnements lorsqu'ils sont trop denses en quantité lors de ces éruptions, ça c'est faisable et crédible sans grêver d'une masse inutile le vaisseau : Car c'est avec la réserve d'eau pour les usages qu'on connait

On ne peut envisager de "consommer" cette eau. Elle devra être présente lors du voyage de retour. Bien sûr elle peut "tourner" dans d'autres installations et être recyclée, mais elle devra rester en permanence dans le bouclier pour assurer son efficacité en permanence dans toutes les directions ... donc c'est exactement comme si elle était immobilisée.

Si on envisage une pièce de survie sphérique de 4 m de diamètre pour préserver 6 membres d'équipage (donc pas vraiment une cage à lapin ... il faudra une continuité du contrôle du vaisseau et des communications donc il y aura du matériel). La sphère avec son "mur d'eau" de 2 m fera donc un diamètre de 6 m (à rajouter quelques mm d'acier inoxydable comme contenant extérieur) mais on néglige sa masse)
Je trouve un volume d'eau occupant "l'intervalle" de 636 m³ soit à 1 tonne par m³ .... 636 t ..... pas tout à fait négligeable vu le prix de satellisation du kg et le delta V à communiquer pour aller et revenir de Mars.
On suppose que cela ne doit pas atterrir puis redécoller de Mars .... Mais la question se posera de se protéger à la surface de Mars (on peut s'enterrer sous du régolite .... yaka débarquer la pelleteuse ... on gagnera sur la masse   d'autant que ce ne sera pas en quelques heures qu'on fera un tel volume d'eau en utilisant un équipement ISRU)

Evidemment les avantages d'une protection avec supra-conducteurs pour créer un champ magnétique intense de "déviation" (donc cela doit être maintenu à basse température  ... il faut des équipements) ou ceux du plomb ou autre "matelas passif"  ..... sont à évaluer et à corréler avec la masse de cet équipement pour orienter les choix.

En tout cas ... pas question de balayer le problème d'un revers de main, du moins c'est mon opinion.

[montmein69]

Trouvé ceci dans Wikipedia
https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayon_cosmique

Les basses énergies (zone jaune) viennent surtout du soleil, les énergies intermédiaires (bleu) des rayons cosmiques galactiques, et les plus hautes énergies (violet) sont extragalactiques
Fréquence en ordonnée - Energie en abscisse


Pour ce qui est de la répartition des énergies .... les plus élevées sont bien sûr les plus rares.
Les plus fréquents sont compris entre 2 et 200 GeV (avec Giga = 10⁹ donc 2 * 10¹¹ se trouve dans la partie bleue)

En mesurant systématiquement l’énergie des rayons cosmiques arrivant sur les détecteurs, on a pu constater que la plupart ont une énergie de quelques GeV, mais aussi que certains ont une énergie 10 fois, 100 fois, 1000 fois…jusqu’à 1 milliard de fois supérieure à cette valeur ! Évidemment ces rayons extrêmes sont rares, très rares : on en détecte quelques uns par an tout au plus.

Ainsi le 15 octobre 1991, un rayon d’une énergie jamais atteinte est venu frapper un détecteur de l’expérience Fly’s eye, située dans l’Utah aux Etats-Unis. L’énergie mesurée de ce rayon était de 320 milliards de GeV ! Une énergie tellement extrême que les chercheurs l’ont baptisé le rayon « Oh My God » !

[Henri]

De toutes façons, au-delà d'une certaine énergie, il vaut mieux ne pas chercher à les intercepter, sinon on se prend une cascade de particules secondaires encore très énergétiques...

[Gipeca]

@ montmein
Sauf erreur de ma part, il y aurait bien une erreur dans ton calcul...
La sphère d'eau ne fera pas 6m de diamètre mais 8m (4 + 2 + 2)

Le volume d'une sphère de 8m est de 268 m3
Le volume de vie de 4m de diamètre est de 33,5 m3
Ce qui fait un volume d'eau de 268 - 33,5 soit 234,5 m3 dont une masse de 234,5 tonnes

Si on considère qu'une protection en plomb est 10 fois plus efficace
http://www.laradioactivite.com/fr/site/pages/attenuationdesgamma.htm
il faut une épaisseur de plomb de 0,2 m pour égaler la protection de 2m d'eau.

Une sphère de 4,4 m fait un volume de 44,6 m3
Ce qui fait un volume de plomb de 44,6 - 33,5 soit 11,1 m3
Densité du plomb 11,35 , donc masse de 11,35 x 11,1 soit 126 tonnes

On arrive à la même protection, avec une masse 2 fois plus faible et un encombrement largement plus acceptable.

[Apolloman]

@ montmein
Sauf erreur de ma part, il y aurait bien une erreur dans ton calcul...
La sphère d'eau ne fera pas 6m de diamètre mais 8m (4 + 2 + 2)

Le volume d'une sphère de 8m est de 268 m3
Le volume de vie de 4m de diamètre est de 33,5 m3
Ce qui fait un volume d'eau de 268 - 33,5 soit 234,5 m3 dont une masse de 234,5 tonnes

Si on considère qu'une protection en plomb est 10 fois plus efficace
http://www.laradioactivite.com/fr/site/pages/attenuationdesgamma.htm
il faut une épaisseur de plomb de 0,2 m pour égaler la protection de 2m d'eau.

Une sphère de 4,4 m fait un volume de 44,6 m3
Ce qui fait un volume de plomb de 44,6 - 33,5 soit 11,1 m3
Densité du plomb 11,35 , donc masse de 11,35 x 11,1 soit 126 tonnes

On arrive à la même protection, avec une masse 2 fois plus faible et un encombrement largement plus acceptable.

Oui, mais du choc des particules composant le rayonnement avec la cloison du vaisseau en plomb, il peut se former un rayonnement diffusé secondaire peut être plus nocif que le premier...

[Astro-notes]

Oui, la diffusion à travers la nouvelle gerbe initiée ainsi peut se révéler plus dangereuse que le rayonnement initial comme tu le dis Apolloman. Mais en plus le bouclier peut jouer un rôle de modérateur (ralentisseur/modérateur) et de fait augmenter la surface efficace des particules nocives au point de les rendre plus dangereuses. C'est pas si simple.

[Gipeca]

L'écran est source de rayonnements secondaires, soit.
Mais le problème est le même que l'écran soit en plomb ou en eau, non ?

[Henri]

En fait l'eau avait aussi été proposée parce qu’il fallait bien en emporter pour d'autres usages, mais c'est vrai que ça fait beaucoup d'eau... D'autres scenarii proposent de placer les réservoirs d'ergols autour de la partie habitation.

[Astro-notes]

Oui, certes, mais une fois les fluides consommés, l'efficacité du bouclier perd de son efficacité .

[Space Opera]

Sans aller jusqu'à l'eau, le LH2 est aussi un excellent bouclier. Par contre vu la complexité et la masse des réservoirs, mettre ça tout autour de soi avec une masse "raisonnable" parait insurmontable.

[montmein69]

N'y avait-il pas eu des essais sur l'ISS de bouclier incluant un gel comportant des molécules fortement hydrogénées, matériau de densité "moins pire" que les autres matériaux traditionnels ?

[Astro-notes]

As future missions look to travel back to the moon or even to Mars, new research from the University of New Hampshire's Space Science Center cautions that the exposure to radiation is much higher than previously thought...cf SpaceDaily.com 16 mars 2018

La traduction est de fait dans mon texte ci dessous :

Ce qui me fait réagir cette fois ci ce n'est pas tant le sujet qui nous dit qu'il y aurait plus de danger dû aux radiations cosmiques que prévues, mais par contre cette expression récurrente : "travel back to the moon or even to Mars", j'ai du mal à comprendre pourquoi on continue à laisser entendre qu'aller sur la Lune ou sur Mars c'est le même souci du point de vue radiatif. Je rappelle que le voyage dans un vaisseau lunaire c'est trois jours, le même voyage dans un vaisseau martien c'est six mois au mieux. Drôle de point de vue. Tant qu'à être irradié, je préfère le voyage à la Lune que vers Mars.

[montmein69]

Ce qui me fait réagir cette fois ci ce n'est pas tant le sujet qui nous dit qu'il y aurait plus de danger dû aux radiations cosmiques que prévues, mais par contre cette expression récurrente : "travel back to the moon or even to Mars", j'ai du mal à comprendre pourquoi on continue à laisser entendre qu'aller sur la Lune ou sur Mars c'est le même souci du point de vue radiatif.

J'aurais une autre interprétation de ce "travel back to the moon or even to Mars".
Les USA sont sur le point de retrouver une autonomie nationale après des années de "disette" et de dépendance des Soyouz russes. Mais cela ne concernera que l'accès au LEO (la station).
Le vaisseau Orion, a besoin du SLS (du moins c'est prévu ainsi) et ne peut guère faire seul un voyage au-delà de la Lune.
Le LOP-Gateway sera en orbite NRHO .... mais il n'est pas encore assuré d'être financé et construit avec les seuls moyens attribués à la NASA.
La Lune est clairement ciblée comme étant la destination d'au moins deux décennies.

L'auteur peut donc légitimement être dubitatif sur la possibilité qu'un voyage habité martien soit envisageable en parallèle avec les missions lunaires (voire astéroïde) sur cette période. On en revient donc au fameux "Mars dans vingt ou trente ans" :cheers:
Si on intègre cet avenir probable (chacun a évidemment ses visions d'avenir personnelles et peut cultiver légitimement des rêves plus optimistes) alors le problème de la protection des voyageurs US cinglant à bord d'un Deep Space Habitat (à financer et à construire) ne sont pas vraiment à l'ordre du jour d'un avenir proche. Le or even to Mars ..... est donc à comprendre comme le "ou éventuellement Mars" qui prend en compte cette situation.

Je mets évidemment de côté l'option privilégiée par E. Musk dont le nouveau vaisseau BFR/BFS sera au point quasi-demain (à la rigueur après-demain). Mais Elon et son équipe intégreront toutes les données concernant la protection de ses pionniers puis de ses colons, dans ses calculs, n'en doutons-pas.

[Astro-notes]

D'accord montmein69, le ou mars s’interpréterait comme ou à la rigueur mars.