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 Moteur Stirling pour générer de l'électricité d'une sonde ?

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montmein69


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MessageSujet: Moteur Stirling pour générer de l'électricité d'une sonde ?   Jeu 28 Sep 2017 - 11:50

Je n'ai pas trouvé de sujet sur le moteur Stirling et des utilisations possibles dans le spatial, bien qu'on en ait déjà parlé scratch

Ma question était relative aux missions lointaines où l'éloignement du Soleil rend difficile l'utilisation des panneaux solaires, et que les RTG ne sont pas forcément disponibles pour toutes les agences spatiales (notamment l'ESA).

Je voulais savoir si on avait déjà envisagé d'utiliser le moteur Stirling (qui a ses avantages et ses inconvénients) pour générer l'électricité nécessaire à l'équipement scientifique et aux transmissions dans un tel domaine d'utilisation : une sonde devant se rendre au-delà de Jupiter ..... jusqu'à la ceinture de Kuyper.

Autre question .... peut-on envisager son utilité pour des moteurs à propulsion nucléaire électrique (NEP) en remplacement des moteurs à ergols stockables pour la gestion des trajectoires de la sonde ?

Il faut bien entendu une fiabilité sans faille pour des missions d'au moins une dizaine d'années et parfois bien plus.
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phenix
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MessageSujet: Re: Moteur Stirling pour générer de l'électricité d'une sonde ?   Jeu 28 Sep 2017 - 12:42

Je vois pas en quoi ça aide les agences n'ayant pas accès au RTG. Le problème c est de se procurer les isotopes radioactifs qui produise la chaleur et pas le système de conversion thermique -> mécanique.

Pour rappele, un moteur stirling est une machine ditherm qui nessecite d être connectés a une source froide et une source chaude qui en faisant circuler un fluide dans un jeu de pistons, créé un effort mécanique. Ie cycle est relativement lent et continu se qui diminue les vibrations et les acoups problématique sur une sonde spatiale. Il a surtout un assez bon rendement (~~~~30%) en tout cas bien supérieur a celui des thermocouple utiliser aujourd'hui sur les rtg.
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montmein69


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MessageSujet: Re: Moteur Stirling pour générer de l'électricité d'une sonde ?   Jeu 28 Sep 2017 - 20:51

J'ai lu dans l'article wikipedia
https://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur_Stirling

Citation :
Utilisé comme générateur d'électricité en Islande, au Japon et dans les milieux extrêmes tels que les déserts australiens et arctiques par de nombreuses missions scientifiques et militaires.

Je n'ai pas plus de détails sur les systèmes :  Le moteur Stirling entraine-t-il tout simplement un alternateur ou un générateur de courant continu ?

Donc .... s'il y a besoin de générer de l'électricité à bord pour alimenter des capteurs, des circuits divers, des émetteurs pour transmettre des données etc, N'est ce pas un dispositif envisageable  ?????

Forcément outre la fiabilité du système entrent en jeu des paramètres comme la masse, l'encombrement .....
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montmein69


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MessageSujet: Re: Moteur Stirling pour générer de l'électricité d'une sonde ?   Jeu 28 Sep 2017 - 21:17

Concernant la NASA, il y a des recherches assez avancées : Advanced Stirling Convertor :
https://tec.grc.nasa.gov/rps/stirling-research-lab/advanced-stirling-convertor/ a écrit:

The ASC consists of a Free-Piston Stirling engine integrated with a linear alternator to produce electricity. It is sized for the thermal output of a single General Purpose Heat Source (GPHS) module.

Il y a bien un élément radioactif (GPHS) qui, si j'ai bien compris sert pour la source chaude du moteur.
Peut-être plus facilement réalisable qu'un RTG ? On sait déjà faire des RHU (radioisotope heater units) pour maintenir les appareillages à température "hors gel".
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Space Opera
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MessageSujet: Re: Moteur Stirling pour générer de l'électricité d'une sonde ?   Jeu 28 Sep 2017 - 21:35

Un RTG n'est pas compliqué à faire. Si l'Europe n'a pas de RTG, c'est uniquement parce qu'on n'a pas de plutonium 238.
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montmein69


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MessageSujet: Re: Moteur Stirling pour générer de l'électricité d'une sonde ?   Jeu 28 Sep 2017 - 21:44

Space Opera a écrit:
Un RTG n'est pas compliqué à faire. Si l'Europe n'a pas de RTG, c'est uniquement parce qu'on n'a pas de plutonium 238.
Ne pas disposer de plutonium 238 et ne pas avoir la technologie disponible pour en fabriquer, c'est quand même ce qui complique la fabrication de RTG dans d'autres pays que les USA , non ? *
Peut-être encore plus pour d'autres agences spatiales que l'ESA dans des pays moins en pointe sur le nucléaire ?

Je me posais simplement la question s'il y avait des alternatives crédibles ?

* [mode blague ON]
je suis à l'affut sur le "Bon Coin" depuis un bon moment ..... et rien de rien question proposition de stock de plutonium 238 Cool
[mode blague OFF]
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yoann


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MessageSujet: Re: Moteur Stirling pour générer de l'électricité d'une sonde ?   Jeu 28 Sep 2017 - 22:15

Space Opera a écrit:
Un RTG n'est pas compliqué à faire. Si l'Europe n'a pas de RTG, c'est uniquement parce qu'on n'a pas de plutonium 238.

je n'y connais rien au rtg ni au pays qui en produisent, mais dans cet article de 2015:

http://www.sfen.org/fr/rgn/de-lenergie-nucleaire-pour-les-vaisseaux-spatiaux-europeens-0

Il est dit qu'en Europe, le développement des rtg se feraient plutôt avec de l'américium 241 , j'ai essayer de trouver des infos fraîches, sans succès Neutral
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MessageSujet: Re: Moteur Stirling pour générer de l'électricité d'une sonde ?   Ven 29 Sep 2017 - 6:40

montmein69 a écrit:
Peut-être plus facilement réalisable qu'un RTG ?

Rien ou presque n'est plus simple qu'un RTG , c'est juste un tube de produit radioactif ayant un faible demi-vie (donc pas besoin de les mettre en configuration critique, il chauffe spontanément) entouré d'un peu de blindage auquel  on attache des thermocouples (juste deux lames de métal soudé). Un generateur a isotope basé sur un moteur Stirling nécessiterait le même tube de produit radioactif blindé, sauf que au lieu de thermocouple on utiliserait un moteur stirling. Donc c'est beaucoup plus difficile a réaliser (mais on reste dans un niveau de difficulté très faible) l'avantage c'est le rendement donc une production 5 a 10 fois supérieure pour une même source radioactive.
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peronik




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MessageSujet: Re: Moteur Stirling pour générer de l'électricité d'une sonde ?   Ven 29 Sep 2017 - 14:47

pour générer de l’électricité entre le RTG (chaleur  -> thermocouple -> courant) et le Stirling (énergie thermique  -> conversion en énergie cinétique -> converti en électricité)
il n'y aurait pas une 3eme voie ???

genre les cellules thermo-photovoltaïques, des cellules photovoltaïques qui réagissent a des photon centré sur les longueurs d'ondes infrarouges et pas les longueurs d'onde visible beaucoup plus classiques

ce système dit TPV a été proposé comme générateur électrique dans une étude du MIT de 2003 pour "mars homestead" (lien vers le doc world)
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MessageSujet: Re: Moteur Stirling pour générer de l'électricité d'une sonde ?   Ven 29 Sep 2017 - 19:41

peronik a écrit:
pour générer de l’électricité entre le RTG (chaleur  -> thermocouple -> courant) et le Stirling (énergie thermique  -> conversion en énergie cinétique -> converti en électricité)
il n'y aurait pas une 3eme voie ???

genre les cellules thermo-photovoltaïques, des cellules photovoltaïques qui réagissent a des photon centré sur les longueurs d'ondes infrarouges et pas les longueurs d'onde visible beaucoup plus classiques

ce système dit TPV a été proposé comme générateur électrique dans une étude du MIT de 2003 pour "mars homestead" (lien vers le doc world)

si on cherche bien, on peut trouver des centaines de voie. Je n'avais jamais entendu parlé de ce concept, tu a une idée du rendement?
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Argyre


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MessageSujet: Re: Moteur Stirling pour générer de l'électricité d'une sonde ?   Ven 29 Sep 2017 - 20:54

Citation :
Autre question .... peut-on envisager son utilité pour des moteurs à propulsion nucléaire électrique (NEP) en remplacement des moteurs à ergols stockables pour la gestion des trajectoires de la sonde ?


Oui, ça a été envisagé pour NEP, ça fait partie des 2 options de conversion classique pour convertir la chaleur du réacteur nucléaire en électricité : Brayton ou Stirling.
Par exemple, pour SAFE :
http://www.tfd.chalmers.se/~valeri/Ajax/7b_vandy.pdf
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peronik




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MessageSujet: Re: Moteur Stirling pour générer de l'électricité d'une sonde ?   Ven 29 Sep 2017 - 21:05

pour la différence entre thermoélectricité et thermo-photovoltaique
vive wikipedia
https://fr.wikipedia.org/wiki/Thermo%C3%A9lectricit%C3%A9
https://fr.wikipedia.org/wiki/Cellule_thermophotovolta%C3%AFque
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