Concept de "Métro spatial"

[Nick]

Bonjour,
 
J’aimerais échanger avec vous sur le concept de « métro spatial »
Ce que j’appelle métro spatial, c’est un vaisseau qui fait la navette entre différents points (Terre/Mars par exemple) à grande vitesse sans jamais s’arrêter ou même ralentir.
 
Après une première phase de construction orbitale, le vaisseau serait amené à prendre de la vitesse.


1) Comment obtenir une vitesse initiale importante ?




Après une première accélération à l’aide de propulseurs conventionnels, une vitesse très importante peut être réalisable à mon sens avec de multiples frondes gravitationnelles.
Imaginons que le vaisseau (sans équipage à ce moment-là) passe plusieurs années à accélérer en faisant de multiples « rebonds » entre différentes planètes/lunes.
=> Il y a-t-il des limites à ces effets de frondes gravitationnels ?
 
 
2)  Rejoindre le vaisseau
 
Imaginons que ce « vaste vaisseau » soit réalité et se déplace très vite, comment monter à bord ?
Vu qu’il y a tout le confort possible à bord du vaisseau, il suffit d’une simple petite capsule avec les astronautes capable de rejoindre le vaisseau.


Dès lors, la masse sera relativement faible donc une forte accélération est possible.
ð  Je     => Je me trompe peut être ?
 
 
3)  Ravitailler le vaisseau
Idem point 2) à ceci près que les marchandises supportent plus de G qu’un humain et qu’il est possible d’élargir la trajectoire en faisant plusieurs frondes avec le système terre-lune par exemple.
Il faudra néanmoins privilégier des cargos avec des charges « légères » mais avec une fréquence élevée.
 
 
Qu’en pensez-vous ?

[Thierz]

1) Comment obtenir une vitesse initiale importante ? => Il y a-t-il des limites à ces effets de frondes gravitationnels ?

Oui, quand ta vitesse sera trop élevée, tu n'arriveras même pas à te faire catapulter vers ta prochaine destination. Au mieux tu t'en approchera un peu (mais trop loin pour qu'elle te capture à son tour), au pire tu seras perdu quelque part dans l'espace.

On peut simplifier l'image abusivement en remplaçant le vaisseau par une balle de golf, et la planète faisant la fronde par le trou du green. Si tu te rapproches trop du trou, tu tombes dedans (atterrissage ou crash). Si tu frôles le bord du trou à faible vitesse, tu tombes dedans. Si tu frôles le bord du trou plus vite, tu ne vas pas tomber dedans, ta balle est re-catapultée. Si tu frôles le bord du trou à fond la caisse, tu ne tombes pas dans le trou et tu continues ta route presque tout droit. Et si tu passes à côté du trou, tu continues tout droit.

2) Rejoindre le vaisseau => Je me trompe peut être ?

Plus tu essayeras d'aller vite avec ta petite capsule, plus tu auras besoin d'une quantité exponentielle d'ergols.

3) Ravitailler le vaisseau => Il faudra néanmoins privilégier des cargos avec des charges « légères » mais avec une fréquence élevée.

Ça veut dire payer très cher pour de petits ravitaillements.

[Nick]

Merci pour ta réponse rapide.



S’il s’agit d’une simple capsule avec une masse relativement faible, la quantité d’ergols ne doit pas être si importante, non ?
Les « grosse » sondes qui partent vers le système Jovien n’ont pas de lanceurs énormes.
 
Idem pour le ravitaillement, avec une trajectoire d’interception lente (qui se compte en semaines/mois), un simple propulseur ionique pourrait prendre le relai après l’impulsion initiale.

[lambda0]

Il y a un article paru aujourd'hui sur Futura sur ce genre de chose, qui se fait à juste titre descendre en flamme (décidément, le niveau de ce site n'en finit pas de sombrer).
Mais avec des caractéristiques plus raisonnables, un tel système a déjà été envisagé il y a 30 ans : les cycleurs d'Aldrin, entre la Terre et Mars.
https://en.wikipedia.org/wiki/Mars_cycler

[Thierz]

S’il s’agit d’une simple capsule avec une masse relativement faible, la quantité d’ergols ne doit pas être si importante, non ? Les « grosse » sondes qui partent vers le système Jovien n’ont pas de lanceurs énormes.

Donne nous une masse pour la capsule et une vitesse à atteindre, et on te calcule ça (pas moi, hein, mais les scientifiques du FCS ). La Terre est de toutes façons un puits gravitationnel fort duquel il faut s'extirper avant d'aller plus loin.
 

Idem pour le ravitaillement, avec une trajectoire d’interception lente (qui se compte en semaines/mois), un simple propulseur ionique pourrait prendre le relai après l’impulsion initiale.

L'impulsion initiale, comme tu dis, est celle qui envoie le fret et son propulseur ionique dans l'espace depuis le plancher des vaches. Le prix du kilogramme envoyé dans l'espace est assez cher. Alors si on multiplie les envois de petites masses, on multiplie les coûts.

[Nick]

Disons 10t (grossièrement un ½ ATV) pour petit cargo de fret
 
Et une vitesse nécessaire de 15km/sec pour rejoindre le métro (Je prends 75M km de distance Terre/Mars et 2 mois de voyage du « métro »).

[Thierz]

Mais avec des caractéristiques plus raisonnables, un tel système a déjà été envisagé il y a 30 ans : les cycleurs d'Aldrin, entre la Terre et Mars.
https://en.wikipedia.org/wiki/Mars_cycler

[aRes]

Si l'idée est louable dans le cas où ton vaisseau est une grande structure tout confort avec protection contre le radiations cosmiques et solaires, gravité artificielle, système complet et autonome de production \ recyclage d'eau et de nourriture, mode de propulsion par voile solaire. Se posera quand même le soucis d'alignement des planètes. Quand ton vaisseau arrive a proximité de Mars il va falloir effectuer un retour en frôlant l'orbite venusienne. Une fois à proximité de la Terre l'alignement ne sera pas bon pour Mars il va donc devoir effectuer un nouveau détour pour la rejoindre.
Et ton vaisseau va  être soumis a très rude épreuve dans le vide interplanétaire. Ses systèmes de survie devront fonctionner parfaitement.
Tes équipages ne devront pas louper le train sous peine de faire un petit tour macabre autour du soleil. Le rendez-vous a la seconde vitesse cosmique va être cotton.

[Argyre]

Il y a un article paru aujourd'hui sur Futura sur ce genre de chose, qui se fait à juste titre descendre en flamme (décidément, le niveau de ce site n'en finit pas de sombrer).
Mais avec des caractéristiques plus raisonnables, un tel système a déjà été envisagé il y a 30 ans : les cycleurs d'Aldrin, entre la Terre et Mars.
https://en.wikipedia.org/wiki/Mars_cycler

Effectivement.
Et il a été reproposé l'année dernière à l'IAC par ce même personnage historique.
Il subsiste de nombreuses incertitudes sur l'efficacité du concept pour plusieurs raisons :
- primo, il faudrait que la maintenance et le réapprovisionnement soient faciles et ne nécessitent pas trop de rendez-vous avec un ravitailleur. Or, c'est loin d'être gagné. Il faudrait atteindre une très grande efficicacité de recyclage concernant l'eau, il faudrait pouvoir produire de la nourriture et il y aussi beaucoup d'autres systèmes qui nécessitent un entretien et des consommables. Il n'y a qu'à voir avec l'ISS, où il y a un intérêt évident à limiter le nombre de vaisseaux ravitailleurs, mais on n'y arrive pas vraiment. Un point dur est la nourriture. Parvenir à une production conséquente dans l'espace (et la préserver sur le long terme) est très difficile. Il faudrait sans doute disposer de plusieurs hectares et de plusieurs agriculteurs à plein temps et là on comprend vite que ça va corser l'addition.
En général, les consommables représentent une part très importante de la masse à envoyer vers Mars, donc l'économie attendue en termes de masse ne sera pas si importante que cela.
- secundo, il ne faut pas rater la fenêtre de rendez-vous avec la capsule. C'est certainement faisable, mais on est dans une situation où on n'a pas le droit à l'erreur. Si le vaisseau passe et qu'on le rate (de peu), c'est fini, on est sur une trajectoire hyperbolique, donc c'est irrécupérable et si la capsule n'a que 10 jours d'autonomie (c'est l'objectif, non ?), il n'y a pas non plus de solution pour apporter une aide extérieure. Donc il y a des risques difficilement acceptables.
Le concept reste malgré tout intéressant et à approfondir.

[nikolai39]

Je me dis que le vaisseau le plus minimaliste possible devrait ressembler au 7K-L1 soviétique (vulgairement et à tort appelé "Zond" par les auteurs mal renseignés).
Or, pour envoyer un 7K-L1 "juste" à la deuxième vitesse cosmique, il faut une Proton.

Je dis ça histoire de donner un ordre de grandeur...