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 [SpaceX] Tout savoir sur l'ITS

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Space Opera
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MessageSujet: [SpaceX] Tout savoir sur l'ITS   Lun 10 Oct 2016 - 1:51

Ce sujet a vocation à fournir les informations importantes sur l'Interplanetary Transport System (ITS) proposé par SpaceX. Il contient 3 messages dédiés à 3 éléments critiques du lanceur:




  • Qu'est-ce que l'ITS ?

L'ITS est un engin composé de 2 parties principales, qui a pour vocation à emmener des passagers vers Mars et ailleurs dans le système solaire. Les deux parties sont:

  1. Le "booster" de l'ITS (ITS Launch Vehicle ou ITS-LV) qui constitue le premier étage de l'ITS
  2. Le "vaisseau" de l'ITS qui est le deuxième étage de l'ITS et devrait exister soit en version habitable (ITS Spaceship, ou ITS-SS), soit en version cargo-ravitailleur (ITS Tanker ou ITS-T).


Une vidéo récapitulant les principales étapes est visible ici:





  • Quelles sont les technologies clé de cet engin ?

L'ITS est basé sur l'utilisation de technologies ambitieuses en cours de développement, dont les principales sont :

  1. Le fonctionnement de 51 moteurs Raptor, dont 42 au premier étage et 9 au deuxième.
  2. Du transfert de carburant sur orbite.
  3. De la rentrée atmosphérique du premier étage par rétropropulsion supersonique/
  4. La rentrée atmosphérique martienne de l'étage supérieur.
  5. L'atterrissage de l'étage supérieur sur Mars par rétropropulsion.
  6. La fabrication de carburant sur place (Méthane et Oxygène) pour revenir sur Terre.
  7. La fabrication de réservoirs en fibre de carbone qui tolère de multiples cycles de température cryogéniques ( < 100°K ).


Dernière édition par Space Opera le Lun 10 Oct 2016 - 20:35, édité 20 fois
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MessageSujet: Re: [SpaceX] Tout savoir sur l'ITS   Lun 10 Oct 2016 - 2:00

Le premier étage de l'ITS, l'Interplanetary Transport System Launch Vehicle (ou ITS-LV).




Description de l'étage:

L'ITS-LV est un étage dont les caractéristiques sont indiquées dans le tableau ci-dessous. Ces informations sont officielles (c'est-à-dire données par des membres de SpaceX de façon publique), celles étant de source plus informelle sont marquées d'un "?".

Caractéristique du booster        
Valeur de la caractéristique
Hauteur77,5m
Diamètre12m
Masse à vide275t
Masse de carburant6500t d'Oxygène et de méthane
Masse au décollage6975t
Poussée au décollage128MN, soit ~13000t
Poussée dans le vide138MN, soit ~14000t
Nombre de moteurs42
Nombre de moteurs fixes35 (en couronne)
Nombre de moteurs mobiles7 (au centre)
Altitude à la séparation63km?
Vitesse à la séparation2402m/s, soit 8650km/h
Contrôle de rentréeAilerons en grille, ailerons simples
et propulseurs latéraux




Description de sa mission:

L'ITS-LV est un étage qui va décoller de Cape Canaveral, du pad 39A dans un premier temps. Ses carburants sont chargés avant la mission et sont composés d'Oxygène liquide sur-refroidi à 66°K et de méthane liquide sur-refroidi. Les 42 moteurs sont allumés simultanément, et la séparation a lieu quelques instants plus tard à 2402m/s et une soixante de kilomètres d'altitude, en ayant encore 7% d'ergols à bord, soit environ 455t d'ergols.
Une fois séparé, l'ITS-LV effectue une manœuvre de retournement et une poussée de retour vers le site de décollage. Ensuite, la manœuvre de rétropropulsion a lieu dans la haute atmosphère, ce qui permet à l'étage de ralentir fortement tout en évitant trop de contraintes thermodynamiques. En fin de trajectoire, une dernière poussée a lieu pour poser l'étage sur son pas de tir. L'étage n'a pas de pieds contrairement au premier étage de la Falcon 9, et se pose directement sur ses empennages, sur la zone de tir. Un système de réglage fin permet ensuite de replacer l'étage précisément dans la position nécessaire pour son prochain tir, qui doit envoyer un étage cargo.




Avancement du développement:
10/10/2016 : Un réservoir en fibre de carbone fabriqué par Janicki Industries, de la même dimension qu'un réservoir de LOX de l'ITS-SS a été construit et a subit plusieurs cycles cryo sans laisser apparaitre de vieillissement du matériau.


Dernière édition par Space Opera le Mar 11 Oct 2016 - 10:48, édité 25 fois
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MessageSujet: Re: [SpaceX] Tout savoir sur l'ITS   Lun 10 Oct 2016 - 2:03

Le deuxième étage de l'ITS: le vaisseau habitable (ITS-SS) ou le vaisseau cargo (ITS-T).




Description de l'étage:

L'ITS-LV est un étage dont les caractéristiques sont indiquées dans le tableau ci-dessous. Ces informations sont officielles (c'est-à-dire données par des membres de SpaceX de façon publique), celles étant de source plus informelle sont marquées d'un "?".

Caractéristique générales
du deuxième étage
Valeur de la caractéristique
Hauteur49,5m
Diamètre17m
Nombre de moteurs9 (dont 3 pour vol atmosphérique,
6 pour vol dans le vide)
Charge utile sur Mars après
ravitaillement en LEO
450t



Caractéristique de l'ITS-SS
Valeur de la caractéristique
Masse à vide150t
Masse d'ergol1950t d'Oxygène et de méthane
Charge utile en LEO300t



Caractéristique de l'ITS-T

Valeur de la caractéristique
Masse à vide90t
Masse d'ergol2500t d'Oxygène et de méthane
Charge utile en LEO380t




Description de sa mission:

L'ITS-SS (version habitable) et l'ITS-T (version cargo ou ravitailleur) sont le deuxième étage de l'ITS. Ils permettent la mise sur orbite jusqu'à une centaine de passagers simultanément, du cargo ou des ergols en orbite basse terrestre (LEO). Une fois l'ITS-SS envoyé, 5 vols successifs d'ITS-T sont nécessaires pour permettre de ravitailler en ergols et en cargo l'ITS-SS via des manœuvres de rendez-vous et transfert d'ergol sur orbite.
Une fois l'ITS-SS envoyé vers Mars, le voyage dure un temps variable en fonction de la configuration des planètes et de la masse du vaisseau. Les durées typiques varient entre 80j et 150j selon les cas.
Pour l'atterrissage sur Mars, l'ITS-SS commence par présenter sa face avant (son "ventre") qui est constitué de PICA-3.0 (aussi appelé PICA-X), puis effectue une manoeuvre proche du sol pour atterrir en douceur sur des pieds déployables après une phase rétropropulsée par les 3 moteurs centraux. La vitesse d'arrivée sur Mars est d'environ 8.5km/s, et les accélérations sont entre 4g et 6g.
Pour le redécollage vers la Terre, l'ITS-SS doit se faire ravitailler sur place grâce à une usine ISRU (In-Situ Resource Utilization) qui permet de fabriquer de l'oxygène et du méthane à partir du CO2 de l'atmosphère martienne et d'énergie électrique (réaction de Sabatier). Une fois les pleins faits, l'ITS-SS peut revenir sur Terre sans besoin de ravitaillement supplémentaire. La vitesse d'arrivée sur Terre est d'environ 12.5km/s, et les accélérations entre 2g et 3g.





Avancement du développement:
10/10/2016 : Un réservoir en fibre de carbone fabriqué par Janicki Industries, de la même dimension qu'un réservoir de LOX de l'ITS-SS a été construit et a subit plusieurs cycles cryo sans laisser apparaitre de vieillissement du matériau.
10/10/2016 : Le matériau PICA-3.0 est dérivé du PICA-2, utilisé et testé avec succès sur les capsules Dragon-1. Il sera testé prochainement en vol sur les capsules Dragon 2.
10/10/2016 : Une unité ISRU est envisagée comme charge utile pour Red Dragon en 2018.


Dernière édition par Space Opera le Mar 11 Oct 2016 - 0:16, édité 11 fois
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MessageSujet: Re: [SpaceX] Tout savoir sur l'ITS   Lun 10 Oct 2016 - 2:16

Le moteur Raptor.




Description du moteur:

Ces informations sont officielles (c'est-à-dire données par des membres de SpaceX de façon publique), celles étant de source plus informelle sont marquées d'un "?".
Le moteur Raptor est l'unique moteur qui équipera l'ITS. Il est optimisé pour permettre la réutilisation des étages et le fonctionnement sur Mars. Ce moteur a plusieurs particularités qui le rendent unique:

  • Il est le moteur à la pression interne la plus élevée (300 bars), ce qui permet une plus grande poussée pour une masse et un volume réduit. C'est ainsi le moteur qui a le meilleur rapport Poids/Poussée au monde.
  • Il fonctionne avec un flux complet de cycle de combustion. Ceci signifie que 100% du carburant est utilisé dans la chambre à combustion ou des les turbopompes, et que l'oxygène et le méthane arrivent tous deux sous forme chaude et gazeuse dans la chambre à combustion, ce qui maximise le mélange des ergols et l'efficacité du moteur.
  • Son injecteur est de type Pintle, tout comme le Merlin, ce qui permet des grandes variations de poussée sans perte d'efficacité: de 20% à 100% de poussée pour le Raptor.


Caractéristique du Raptor
Valeur de la caractéristique
ErgolsOxygène sur-refroidi et méthane
sur-refroidi
Isp334s au niveau de la mer
382s dans le vide
Facteur d’expansion40 au niveau de la mer
200 dans le vide
Poussée311t (3050kN) au niveau de la mer
357t (3500kN) dans le vide




Description de sa mission:

Le Raptor est utilisé pour les deux étages de l'ITS. 35 moteurs sont fixés de manière rigide à la base de l'ITS-LV, et 7 sont pilotables pour manœuvrer l'étage. Ces 7 moteurs sont réutilisés pour ramener le premier étage à son point de départ en utilisant environ 20% de la poussée maximale des moteurs.
Les moteurs Raptor utilisés sur les deuxièmes étages comprennent 3 moteurs identiques à ceux de l'ITS-LV, optimisés pour fonctionner dans l'atmosphère terrestre et qui serviront pour le retour sur Terre de l'ITS-SS. 6 autre moteurs Raptors équipent les ITS-SS et ITS-T afin d'effectuer les manœuvres orbitales, de quitter l'orbite terrestre et de se poser sur Mars (dont la pression atmosphérique équivaut presque au vide pour les moteurs).





Avancement du développement:
10/10/2016 : Un Raptor à l'échelle 1/3 a été testé avec succès pendant 10s à McGregor en septembre 2016. Bien que sa tuyère était à échelle réduite, sa pression était nominale à 300 bars.
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MessageSujet: Re: [SpaceX] Tout savoir sur l'ITS   Mar 11 Oct 2016 - 0:18

Ce topic est en cours d'écriture. Un peu à la façon d'un Wiki (mais avec les moyens du bord), chacun peut soumettre des suggestions pour modifier ou compléter ce qui y est écrit. Les messages (dont celui-ci) seront régulièrement effacés pour ne laisser que les 3 premiers messages de ce sujet.
En attendant un peu d'indulgence, ces messages seront complétés prochainement (planning, financement, etc). Et si vous vous sentez l'âme d'un esprit clair et synthétique, n'hésitez pas à contribuer à ce sujet qui est aussi le votre !
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fredB




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MessageSujet: Re: [SpaceX] Tout savoir sur l'ITS   Mar 11 Oct 2016 - 6:26

Tu pourrais ajouter à ces informations, la vidéo trouvée par Henri sur laquelle on voit la séparation du premier étage qui a lieu à presque 80km d'altitude.


Dernière édition par fredB le Mar 11 Oct 2016 - 9:48, édité 1 fois
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Thierz




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MessageSujet: Re: [SpaceX] Tout savoir sur l'ITS   Mar 11 Oct 2016 - 8:24

Space Opera a écrit:
Ce topic est en cours d'écriture. Un peu à la façon d'un Wiki (mais avec les moyens du bord), chacun peut soumettre des suggestions pour modifier ou compléter ce qui y est écrit.

Ben justement, j'allais dire que ce serait plus intéressant de mettre tout ça dans un Wiki... Le Wiki FCS. Un Wiki qu'on pourrait dessiner pour lui donner la même gueule que le FCS, et "intégrer" au FCS par le truchement de menus identiques qui te font croire que tu es sur le même site alors que tu es sur plusieurs. On voit fleurir quelques sujets ces temps-ci qui se prêteraient bien à ce type de coopération communautaire : ce fil, celui des lancements 2016 tenu par David L., et j'ai gardé en tête aussi mon idée d'avoir une synthèse de chaque mission en cours ou à venir, qui récapitule les grands jalons et l'avancement sans avoir à relire des pages entières de messages.

Sujet ouvert, déjà discuté avec Mustard par MP, il y avait pas mal d'écueils qui allaient à l'encontre de cette (fausse ?) bonne idée, et je n'ai jamais pris le temps de l'expérimenter en standalone version "test".
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Space Opera
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MessageSujet: Re: [SpaceX] Tout savoir sur l'ITS   Mar 11 Oct 2016 - 9:06

Je suis d'accord. Mais on est bloqué par le cadre Forumactif, donc on fait comme on peut...
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Wakka
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MessageSujet: Re: [SpaceX] Tout savoir sur l'ITS   Mar 11 Oct 2016 - 10:16

Space Opera a écrit:
Le deuxième étage de l'ITS: le vaisseau habitable (ITS-SS) ou le vaisseau cargo (ITS-T).




Description de l'étage:

L'ITS-LV est un étage dont les caractéristiques sont indiquées dans le tableau ci-dessous.

Il y a un copié/collé abusif. Ici c'est l'étage ITS-SS ou T et non LV

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MessageSujet: Re: [SpaceX] Tout savoir sur l'ITS   Mar 11 Oct 2016 - 11:35

Peut-être préciser ce que sera la version cargo-fret du deuxième étage ?
Je suppose que c'est à peu près la même chose que la version passagers mais sans les aménagements intérieurs ? Et différent du tanker car sans les réservoirs de transport des ergols à transférer ?

Pour le premier étage .... faut-il conserver le terme "booster" ou lui préférer "lanceur" qu'on trouve d'ailleurs dans ITS-LV ?
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Dirk De Winne




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MessageSujet: Re: [SpaceX] Tout savoir sur l'ITS   Mar 11 Oct 2016 - 17:07

Space Opera a écrit:
Le deuxième étage de l'ITS: le vaisseau habitable (ITS-SS) ou le vaisseau cargo (ITS-T).



 Une fois l'ITS-SS envoyé, 5 vols successifs d'ITS-T sont nécessaires pour permettre de ravitailler en ergols et en cargo l'ITS-SS via des manœuvres de rendez-vous et transfert d'ergol sur orbite.

5 vols de ravitaillement par voyage... j'avais pas compris ça comme ça. ça rend le scenario beaucoup moins viable. Surtout s'il veut utiliser a chaque fois le même booster surprise

Et au retour de Mars, aucun ravitaillement nécessaire. Je n'imaginais pas une telle différence de consommation
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Thierz




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MessageSujet: Re: [SpaceX] Tout savoir sur l'ITS   Mar 11 Oct 2016 - 17:30

Dirk De Winne a écrit:
5 vols de ravitaillement par voyage... j'avais pas compris ça comme ça. ça rend le scenario beaucoup moins viable. Surtout s'il veut utiliser a chaque fois le même booster surprise

Techniquement, on peut faire un aller simple vers Mars avec "seulement" 3 ravitaillements orbitaux, si on se limite à la charge utile de 300 tonnes que le vaisseau peut mettre en LEO, au prix d'un temps de transit pas optimisé (5~6 mois). 3 * 380 tonnes = 1140 tonnes de carburant, suffisant pour un Delta-V de 4730 m/s à partir de LEO.

Dirk De Winne a écrit:
Et au retour de Mars, aucun ravitaillement nécessaire. Je n'imaginais pas une telle différence de consommation

Le "puit" gravitationnel de Mars est beaucoup plus favorable que celui de la Terre.
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Space Opera
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MessageSujet: Re: [SpaceX] Tout savoir sur l'ITS   Mar 11 Oct 2016 - 21:03

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