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 Les lanceurs post-Ariane 6

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Space Opera
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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Ven 23 Juin 2017 - 14:10

Hadéen a écrit:
Space Opera a écrit:



C'est justement parce que le LOX s'évapore à travers le métal qu'il y a besoin de protections thermiques ! Celles-ci bouffent d'ailleurs un peu de volume et ont un impact supplémentaire sur le volume des réservoirs. Les étages supérieurs au LH2 ont parfois besoin de parois plus épaisses pour tenir le LH2 sur orbite, les protections thermiques ne suffisent pas et sont souvent confinées aux premiers étages.

Le LOX s'évapore au travers du métal ? Franchement tu sors cela d'où ?
Oups, coquille: il fallait lire "LH2". Et c'est bien parce que le LH2 s'évapore qu'il faut des isolants thermiques.
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Hadéen
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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Ven 23 Juin 2017 - 14:23

Space Opera a écrit:
Hadéen a écrit:


Le LOX s'évapore au travers du métal ? Franchement tu sors cela d'où ?
Oups, coquille: il fallait lire "LH2". Et c'est bien parce que le LH2 s'évapore qu'il faut des isolants thermiques.

Ok avec le LH2 ! Les entrées thermiques conduisent à l'évaporation, aux couches limites diphasiques, aux inconsommables, c'est incontestable. C'est en effet pourquoi sur les réservoirs spatiaux qui volent, on privilégie les mousses isolantes légères tandis qu'au sol et dans l'industrie on privilégie les vides inter-parois.
Mais la porosité au travers des parois métalliques, jamais été confronté à cela.
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Giwa
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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Ven 23 Juin 2017 - 14:51

Vadrouille a écrit:


En ce qui concerne la réutilisation des moteurs-fusée au LH2, on a tout de même les SSME qui ont un peu éprouvés la technologie, mais il reste à trouver des procédés industriels analogues à ce que fait SpaceX avec son Merlin. Peut-être y a t-il des difficultés propres au LH2. Ou même des avantages (car après tout SpaceX a aussi eu des difficultés). Honnêtement je ne sais pas.
On peut citer aussi le New Shepard suborbital de Blue Origin qui fonctionne aussi au couple hydrolox.
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Astro-notes
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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Ven 23 Juin 2017 - 16:32

Remarques Space Opera on se doutait bien qu'il s'agissait d'un coquille : LH2 contre LOX  Laughing
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phenix


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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Ven 23 Juin 2017 - 16:57

Vadrouille a écrit:
Pour amener un peu de grain à moudre au sujet de l'hydrogène, quelqu'un sait comment l'hydrogène utilisé par Ariane est produit ? Car en soit, le LOX/LH2 en tant que tel est bien beau, puisqu'il n'y a pas de carbone dans la réaction, et donc pas de CO2 émis, mais ce serait intéressant de faire le bilan carbone de toute la chaîne de production de la fusée, carburant compris. Actuellement dans le monde 96% de l'hydrogène est produit à partir d'énergie fossile (49% à partir de méthane, 29% avec du pétrole et 18% avec du charbon), et seulement 4% par hydrolyse de l'eau (la quantité d'électricité que demande cette méthode est un frein économique). Il faudrait également faire le bilan carbone de la construction des composants de la fusée en comparant les moteurs, réservoirs et isolation du H2 et du méthane par exemple (voir rajouter le kérosène RP-1).



[mod]J'ai supprimé le doublon de ce post.

Henri[/mod]
malheureusement, aujourd'hui c'est du methanol qui est utilisé donc produit du CO2. En plus les boosters a poudre ne sont pas particulièrement écologique.

Si, dans un monde parfait , on arrive a fait un étage réutilisable un grand nombre de fois, son coût initial serait moins déterminant, donc l'argument du coût d'un moteur hydrolox aurait moins de poids, surtout qu'on a déjà des exemples de moteur H2 réutilisable plus ou moins bien (SSME et BE3). de plus si l’étage est réutilisable, on pourrait se permettre des technologies bien trop coûteuses pour un étage a usage unique (réservoir en fibre de carbone bobiné,  et a long therme isolation en aerogel) . reste a savoir comment réutilise l’étage, c'est par pour ressuscité un de mes vieux poste mais voila une proposition (a remetre a jours)
http://www.forum-conquete-spatiale.fr/t17634-recuperation-par-ballon-a-hydrogene?highlight=recuperation+hydrogene
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Vadrouille


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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Ven 23 Juin 2017 - 19:50

Méthanol ! cheers Merci de l'info car en tapant méthanol + ariane dans google, on trouve toutes les infos :

Grâce à l'excellent site capcom espace de Didier Capdevila (mais où est-il passé ? On ne l'a pas vu depuis longtemps sur ce forum !), voici les infos :

https://www.capcomespace.net/dossiers/espace_europeen/ariane/CSG/usine_carburant.htm

capcomespace a écrit:


UNITE DE PRODUCTION D'HYDROGENE LIQUIDE LH2

L'unité LH2 tourne 24h sur 24 permet de produire et stocker sur le Centre Spatial Guyanais l'hydrogène liquide nécessaire aux besoins opérationnels d'Ariane 4 et d'Ariane 5 à partir de méthanol pur CH3OH (venue de Trinidad) et d'eau déminéralisée dans la station dédié. Celle ci est juste à coté du stockage de méthanol à l'entrée du site. L'hydrogène produit est pur à 99,995 %. Elle produit de l'hydrogène gazeux qui est ensuite refroidit pour le rendre liquide à -253°C.

[...]

L'usine produit 30 000 litres d'hydrogène par jour, le lancement d'une Ariane 5 nécessitent un mois et demi de production. Le lancement d'une Ariane 5 nécessite le déplacement de trois remorques de stockages soit 1 400 000 litres en zone avant, à 3 km de l'usine.

[...]

Production
L'hydrogène est produit par reformage de méthanol à la vapeur selon la réaction:
CH3OH + H2O > CO2 + 3 H2.
Le méthanol est transporté par bateau citerne de Trinidad (ou des États-Unis) à Cayenne où il est stocké en zone portuaire dans un réservoir primaire. Il est ensuite acheminé à Kourou par camion citerne alimentant un stockage secondaire de capacité plus faible.
Le méthanol est additionné d'eau en proportion requise par la réaction au moyen de pompes doseuses qui élèvent le mélange à pression de 2,5 MPa.
Le reformage a alors lieu dans un réacteur catalytique à une température de l'ordre de 600 K (cette température serait de 1100 K avec un hydrocarbure).
La chaleur nécessaire à cette réaction endothermique est fournie par de l'huile, fluide caloporteur lui-même chauffé dans une chaudière et circulant en circuit fermé.
La température modérée et l'inertie thermique procurées par l'huile confèrent à ce procédé, simple par ailleurs, un haut niveau de flexibilité et de fiabilité.


A retenir : pour 3 molécules de H2 produites, on émet 1 molécule de CO2 (émissions directes liées à la réaction seulement). En soit le ratio est plutôt bon : car 3 molécules de H2 ont un pouvoir énergétique supérieur à celui d'une molécule de méthane qui émet aussi une molécule de CO2 dans sa combustion. De plus pas de risque d'avoir des fuites de méthane, qui a un pouvoir d'effet de serre 7 fois supérieur au CO2 (moyenné sur 100 ans la durée de vie d'une molécule de CO2 dans l'atmosphère).

Paradoxalement les principales émissions de gaz à effet de serre doivent se trouver plutôt dans le bilan indirect : production du méthanol, transport, maintien des infrastructures...

Aujourd'hui on commence à voir se développer quelques stations de synthèse de l'hydrogène par électrolyse de l'eau : je sais qu'une station service d'autoroute en Allemagne produit son hydrogène par électrolyse à partir d'électricité venue d'une éolienne installée près de la station. On pourrait imaginer chose similaire en Guyane (peut être plus par panneau solaire ?). Grâce à cela, plus besoin d'importer quoi que ce soit, on peut produire du LH2 de façon totalement autonome à Kourou.
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Hadéen
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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Ven 23 Juin 2017 - 20:24

Sans compter la combustion du Kéro.
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montmein69


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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Sam 24 Juin 2017 - 10:18

Hadéen a écrit:

Mais la porosité au travers des parois métalliques, jamais été confronté à cela.

C'est propre au H2 ..... la taille de la molécule est comparable à celle des interstices entre les atomes dans le réseau cristallin du métal.
Il y a donc des alliages d'acier spécifiques pour minimiser cela.
Comme l'hydrogène qui s'inflitre peut aussi provoquer une réaction de fragilisation du métal .... la réutilisation d'un réservoir est assez peu envisageable. Peut-être une des raisons qui faisait qu'on envisageait de ne récupérer que les moteurs avec Adeline (?)
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Giwa
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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Sam 24 Juin 2017 - 11:00

montmein69 a écrit:
Hadéen a écrit:

Mais la porosité au travers des parois métalliques, jamais été confronté à cela.

C'est propre au H2 ..... la taille de la molécule est comparable à celle des interstices entre les atomes dans le réseau cristallin du métal.
Il y a donc des alliages d'acier spécifiques pour minimiser cela.
Comme l'hydrogène qui s'inflitre peut aussi provoquer une réaction de fragilisation du métal .... la réutilisation d'un réservoir est assez peu envisageable. Peut-être une des raisons qui faisait qu'on envisageait de ne récupérer que les moteurs avec Adeline (?)
En tout cas  le BE3 a prouvé que le ce problème réel de fragilisation par l’hydrogène pouvait être surmonté : la compétition entre hydrolox, méthanox et kérolox reste ouvert... peut-être que cela se terminera par une entente du type Et hydrolox Et méhanox Et kérolox  Wink ... à chacun son domaine d'applications !


Dernière édition par Giwa le Sam 24 Juin 2017 - 11:30, édité 2 fois
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bds973




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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Sam 24 Juin 2017 - 11:10

montmein69 a écrit:
Hadéen a écrit:

Mais la porosité au travers des parois métalliques, jamais été confronté à cela.

C'est propre au H2 ..... la taille de la molécule est comparable à celle des interstices entre les atomes dans le réseau cristallin du métal.
Il y a donc des alliages d'acier spécifiques pour minimiser cela.
Comme l'hydrogène qui s'inflitre peut aussi provoquer une réaction de fragilisation du métal .... la réutilisation d'un réservoir est assez peu envisageable. Peut-être une des raisons qui faisait qu'on envisageait de ne récupérer que les moteurs avec Adeline (?)
C'est surtout un problème avec l'hélium et son petit atome solitaire 
L'hydrogène moléculaire H2 est "beaucoup plus gros" et diffuse infiniment moins
Mais il fragilise certains alliages en effet
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phenix


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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Sam 24 Juin 2017 - 11:25

Et la poudre? Certes le débat sur ça réutilisation n'a pas d intérêt,  mais sont faible coût et le peu d installation sol lui permettra encore de survivre. 
Il y a le concept d architecture inversée qui lui laisserait une place. ce concept nécessite de déposer la cu et de l ergol en loe avant d être transféré par un space tug. L idée part du fait qu'un étage supérieure réutilisable demanderai trop de perte de charge utile.  Donc autant utiliser des étages inférieure cher, performant, surdimensionné et réutilisable  et un étage supérieure jetable juste suffisant en performance et surtout économiques ( bref une étage a carburant solide).
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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Sam 24 Juin 2017 - 11:36

phenix a écrit:
Et la poudre? Certes le débat sur ça réutilisation n'a pas d intérêt,  mais sont faible coût et le peu d installation sol lui permettra encore de survivre. 
Il y a le concept d architecture inversée qui lui laisserait une place. se consept necessite de deposer la cu et de l ergol en loe avant d etre transferet par un space tug. L idée part du fait qu'un étage supérieure réutilisable demenderai trop de perte de charge utile.  Donc autant utiliser des étages inférieure cher, performant, surdimensionné et réutilisable  et une etage supérieure jetable juste sufissant en performance et surtout économiques ( bref une etage a carburant solide).
Effectivement ce n'est pas à oublier! Cela peut être intéressant aussi pour des lanceurs aéroportés  ... et pour les sous-marins nucléaires! Mais dans ce dernier cas souhaitons que ces lanceurs restent dans leurs silos ... et de plus il n'y aurait pas de réutilisation possible!
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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Sam 24 Juin 2017 - 15:00

montmein69 a écrit:
Hadéen a écrit:

Mais la porosité au travers des parois métalliques, jamais été confronté à cela.

C'est propre au H2 ..... la taille de la molécule est comparable à celle des interstices entre les atomes dans le réseau cristallin du métal.

En ce qui me concerne, je travaille avec du LH2 quasiment quotidiennement et même si c'est un fluide extrêmement dangereux et délicat à utiliser, je n'ai jamais eu à pâtir de cette porosité somme toute trés littéraire. Mais, bon, c'est toujours intéressant de voir ce qu'on peut en dire dans certains milieux éthérés.
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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Sam 24 Juin 2017 - 15:24

La seule façon de rendre l'Hydrolox au goût du jour et d'en diminuer les coûts d'utilisation, serait selon moi de faire comme SpaceX et concevoir chaque segment d'Ariane Next d'emblée réutilisable. Viser la récupération de tous les 1er étages, moteurs fuselage et réservoirs, en une seule pièce. La réutilisation enleverait un des gros désavantages de l'Hydrolox soit le coût en matériel lié à sa complexité de fabrication.
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Space Opera
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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Sam 24 Juin 2017 - 16:54

Hadéen a écrit:
Mais, bon, c'est toujours intéressant de voir ce qu'on peut en dire dans certains milieux éthérés.
L'hydrogène gazeux s'échappe des enveloppes métalliques, c'est un fait, au même titre que l'hélium, et ce d'autant plus que la pression et la température sont élevées. (ex ICI p.14 ou ICI)
Ce qui n'empêche que le plus gros problème des réservoirs de lanceurs qui contiennent du LH2 c'est avant tout l'augmentation de pression due à l'ébullition de l'hydrogène au cours du temps.
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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Sam 24 Juin 2017 - 17:13

Space Opera a écrit:
Hadéen a écrit:
Mais, bon, c'est toujours intéressant de voir ce qu'on peut en dire dans certains milieux éthérés.
L'hydrogène gazeux s'échappe des enveloppes métalliques, c'est un fait, au même titre que l'hélium, et ce d'autant plus que la pression et la température sont élevées. (ex ICI p.14 ou ICI)
Ce qui n'empêche que le plus gros problème des réservoirs de lanceurs qui contiennent du LH2 c'est avant tout l'augmentation de pression due à l'ébullition de l'hydrogène au cours du temps.
On est d'accord. Encore un problème qui arrive dans les livres...
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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Sam 24 Juin 2017 - 17:45

Space Opera a écrit:
Hadéen a écrit:
Mais, bon, c'est toujours intéressant de voir ce qu'on peut en dire dans certains milieux éthérés.
L'hydrogène gazeux s'échappe des enveloppes métalliques, c'est un fait, au même titre que l'hélium, et ce d'autant plus que la pression et la température sont élevées. (ex ICI p.14 ou ICI)
Ce qui n'empêche que le plus gros problème des réservoirs de lanceurs qui contiennent du LH2 c'est avant tout l'augmentation de pression due à l'ébullition de l'hydrogène au cours du temps.

On ne laisse pas l’hydrogène gazeux s'échapper pour éviter cette surpression ?

Par ailleurs la très faible température du LH2 nécessite effectivement une épaisse isolation thermique, ce qui grève le bilan masse et donc l'indice structurel, dévorant ainsi une bonne part de l'avantage Isp de LH2. Autre aspect, la faible masse volumique de LH2 nécessite des réservoirs beaucoup plus volumineux (et donc massif) à masse égale de carburant.
Là où LH2 pourrait être intéressant, c'est pour des lanceurs gigantesques, pour cause de diminution relative des pertes thermiques qui sont proportionnelles au carré des dimensions alors que les volumes et donc les masses d'ergols elles croissent proportionnellement au cube des dimensions, ce qui permet d'alléger l'épaisseur de l'isolation thermique quand on monte en échelle...
Sinon, les deux liens que tu as donné concernent le dihydrogène gazeux. Je serai curieux de voir la physique de cette migration de l'hydrogène à travers des enveloppes métallique quand il est liquéfié à sa température d'ébullition ou même en-dessous.

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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Sam 24 Juin 2017 - 20:39

C'est un peu ce que je voulais dire. Pour les applications spatiales, en tant que carburant, l'hydrogène est utilisé sous forme liquide, à la température de vapeur saturante et à la pression la plus faible possible pour bénéficier de la meilleure masse volumique possible. Dans ces conditions d'utilisation, et je pense notamment aux stockages sol où l'on utilise le vide inter-paroi comme isolant, la perméabilité au travers des enveloppes métalliques, ce n'est pas vraiment probant.
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MessageSujet: Re: Les lanceurs post-Ariane 6   Dim 25 Juin 2017 - 12:34

En fait à mon avis vous avez tous raison mais sans nécessairement que ça se recoupe. J'ai déjà pas mal entendu parler de la déperdition d'hydrogène à travers des parois métalliques, c'est un principe acquis... Mais c'est sur la durée! Cela n'a quasiment aucune influence sur une fusée ou des vols de quelques heures/jours. Là ou cela devient plus délicat, c'est pour des vols de longue durée (comme ils sont très efficaces, on parle souvent des moteurs hydrolox pour les missions au long cours comme Mars ou autres). C'est là que ça devient problématique, d'autant que garder un réservoir aux bonnes conditions de pression sur ces vols serait très complexe (échauffement solaire, besoin de très bons isolants, etc).
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Les lanceurs post-Ariane 6
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