A propos d'un voyage vers Mars.

[Invité]

Bonjour.
Tout d'abord, je précise que je ne suis pas tellement intéressé par l'astronautique et que, peut-êter la réflexion suivante ne présente aucun intérêt, sauf pour moi si tel est le cas en montrant que je fais fausse route. D'avance, tout à la fois: Excuses et merci.

Le problème :
Durée estimée du tajet vers Mars : Au moins 6 mois.
C'est-à-dire, six mois en apesanteur.
En orbite autour de la Terre, les spationautes redescendus au sol trouve tout ce qu'il faut pour se réhabituer à la pesanteur terrestre.
Pour ce qui concerne l'arrivée sur Mars des astronautes, aucun secours ne leur est fourni. J'en déduis qu'il est nécessaire d'entretenir une pesanteur artificielle à bord du vaisseau spatial. Or, la seule technique possible s'appuie sur la force centrifuge.
Ce fait oblige le vaisseau spatial  à prendre une forme annulaire, les astronautes vivants donc dans l'anneau auquel on aura donné une certaine vitesse angulaire afin de retrouver notre pesanteur de 1 g.
Le croquis ci-joint résume ce qui précède : (Par habitude, j'ai noté les poids en kilo et non, comme il faut le faire, en newton. mais F a bien été calculée en newton !)

[Fabien0300]

Bonjour,
"À la longue, le sang déserte la tête au profit des pieds"
Ben c'est ce qui se passe sur Terre tous les jours et notre petit cœur fait le reste ^^ Dans le cas de ton vaisseau, on aurait même plus de sang dans la tête que sur Terre... non ?

[Ctyastro]

Bonjour.
.....................................
Ce fait oblige le vaisseau spatial  à prendre une forme annulaire, les astronautes vivants donc dans l'anneau auquel on aura donné une certaine vitesse angulaire afin de retrouver notre pesanteur de 1 g.
......................................

Pas nécessaire de mettre 1 g, sur Mars la pesanteur est de 0,38 g.

[Fabien0300]

Pas nécessaire de mettre 1 g, sur Mars la pesanteur est de 0,38 g.

Oui mais pas dans l'Espace, il faut mettre 1G dans le vaisseau. Peut-être même un peu plus au niveau des pieds pour que les organes au centre du corps + la tête soient environ à 1G

[Invité]

Bonjour.
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Ce fait oblige le vaisseau spatial  à prendre une forme annulaire, les astronautes vivants donc dans l'anneau auquel on aura donné une certaine vitesse angulaire afin de retrouver notre pesanteur de 1 g.
......................................

Pas nécessaire de mettre 1 g, sur Mars la pesanteur est de 0,38 g.

Bonjour,
C'est vrai, mais il y aura quand même une différence de "poids" entre la tête et les pieds. A vue de nez, cette différence devrait, sous réserve de vérification numérique), avoisiner les 3 ou 4 kg. Serait-ce grave pendant 6 mois ? Je ne sais.

[Invité]

Pas nécessaire de mettre 1 g, sur Mars la pesanteur est de 0,38 g.

Oui mais pas dans l'Espace, il faut mettre 1G dans le vaisseau. Peut-être même un peu plus au niveau des pieds pour que les organes au centre du corps + la tête soient environ à 1G

Bonjour,
Je crois que vous devriez réviser les notions de champ de gravitation et de force centrifuge ...

[Fabien0300]

Bonjour,
Je crois que vous devriez réviser les notions de champ de gravitation et de force centrifuge ...

Il y a peut-être un truc que j'ai compris de travers dans le sujet là  :scratch: Il se situerait où ce vaisseau ?

[Thierz]

L'expérience de pensée suivante reste toujours un mystère pour moi.

• Imaginez un énorme cylindre (disons 20 m de diamètre, 10 m de large), creux, sans couvercle, placé immobile dans le vide spatial.
  
• Mettez-le ensuite en rotation autour de son axe, comme un énorme pneu sans jante tournant dans le vide.
  
• Un astronaute avec son EMU rentre par un bout en flottant. Il s'approche jusqu'à 1 m de la paroi en flottant. L'absence de friction fait qu'il flotte immobile, et voit défiler la paroi interne du cylindre à 1 m de lui.
  
• Fermez les couvercles du cylindre, l'astronaute est toujours en flottaison, immobile à 1 m de la paroi interne qui défile devant lui.
  

Si vous êtes d'accord avec mon raisonnement jusqu'ici, nous sommes donc dans le fameux cylindre de gravité, mais aussi dans le vide, et l'astronaute ne "colle" pas du tout à la paroi interne, elle défile sous lui. La seule chose qui nous distingue des fameux cylindres de gravité à la 2001, c'est ce fameux vide à l'intérieur du cylindre. J'en conclus que seule la présence d'une atmosphère à l'intérieur peut générer la gravité.

Mettons de l'air dans le cylindre. Les quelques particules qui vont toucher la paroi vont donc être "entraînées" par la rotation, et par friction entraîner celles juste à côté d'elles qui ne sont pas en contact avec la paroi. Au bout d'un certain temps, l'atmosphère va suivre une densité décroissante depuis le bord du cylindre : les particules les plus au bord iront peu où prou à la vitesse de la paroi, celles plus en hauteur iront moins vite, et par extension, on peut imaginer qu'au centre il se crée un vide ou du moins une dépression, avec des particules pratiquement immobiles.

C'est là que j'ai du mal à concevoir l'effet sur l'astronaute. Le seul truc qui puisse le faire coller à la paroi, c'est donc qu'il soit entraîné par le "vent" généré par l'atmosphère en rotation. Je me dis que ce vent doit nécessairement avoir une certaine consistance pour que l'astronaute puisse se tenir debout à  la même vitesse que la paroi. Ce n'est donc pas uniquement la vitesse de rotation qui va faire la gravité, mais également la pression de l'atmosphère ! Une atmosphère trop ténue ne pourra pas suffisamment entraîner l'astronaute, qui sera donc bringuebalé contre la paroi en des chocs plus ou moins rapprochés, la paroi continuant à défiler sous lui, même s'il est faiblement entraîné dans le même sens. Est-ce que mon raisonnement se tient ? Est-ce que tous les calculs faits sur ces cylindres se font avec une pression de 1 atm, qui serait la valeur idéale pour une gravité optimale ?

J'attends vos commentaires avec impatience.

[Normand Calvé]

Trèes bel exposé qui rejoint mes interrogations (et croyances) sur le sujet. J'attends avec impatience l'explication des spécialistes de la question !

[Craps]

Bonjour Aldebaran. 
Voilà une question classique, sur laquelle nous avons quelques éléments de réponse. 
Pouvoir disposer d'un vaisseau reproduisant la pesanteur terrestre (ou martienne, ça suffirait et ça permettrait aux astronautes de s'accoutumer) serait intéressant , mais il semblerait que cette option ne sera sans doute pas retenue.
Construire un tel vaisseau serait assez complexe et pour un voyage de quelques mois, l'expérience aquise sur ISS semble demontrer qu'on peut s'en passer: Thomas Pesquet témoigne qu'après de long mois en apesanteur, il s'est réadapté assez vite à la gravité terrestre (ça sera d'autant plus rapide sur mars). 

Pour un système de pesanteur artificielle par force centrifuge,ça viendra sûrement, mais ce n'est pas une priorité.

[David L.]

Bonjour.
Tout d'abord, je précise que je ne suis pas tellement intéressé par l'astronautique et que, peut-êter la réflexion suivante ne présente aucun intérêt, sauf pour moi si tel est le cas en montrant que je fais fausse route. D'avance, tout à la fois: Excuses et merci.

Le problème :
Durée estimée du tajet vers Mars : Au moins 6 mois.
C'est-à-dire, six mois en apesanteur.
En orbite autour de la Terre, les spationautes redescendus au sol trouve tout ce qu'il faut pour se réhabituer à la pesanteur terrestre.
Pour ce qui concerne l'arrivée sur Mars des astronautes, aucun secours ne leur est fourni. J'en déduis qu'il est nécessaire d'entretenir une pesanteur artificielle à bord du vaisseau spatial. Or, la seule technique possible s'appuie sur la force centrifuge.
Ce fait oblige le vaisseau spatial  à prendre une forme annulaire, les astronautes vivants donc dans l'anneau auquel on aura donné une certaine vitesse angulaire afin de retrouver notre pesanteur de 1 g.
Le croquis ci-joint résume ce qui précède : (Par habitude, j'ai noté les poids en kilo et non, comme il faut le faire, en newton. mais F a bien été calculée en newton !)

Le poids est une force et s'exprime donc en Newton, pas en kg (unité de masse).

[Argyre]

L'expérience de pensée suivante reste toujours un mystère pour moi.

• Imaginez un énorme cylindre (disons 20 m de diamètre, 10 m de large), creux, sans couvercle, placé immobile dans le vide spatial.
  
• Mettez-le ensuite en rotation autour de son axe, comme un énorme pneu sans jante tournant dans le vide.
  
• Un astronaute avec son EMU rentre par un bout en flottant. Il s'approche jusqu'à 1 m de la paroi en flottant. L'absence de friction fait qu'il flotte immobile, et voit défiler la paroi interne du cylindre à 1 m de lui.
  
• Fermez les couvercles du cylindre, l'astronaute est toujours en flottaison, immobile à 1 m de la paroi interne qui défile devant lui.
  

Si vous êtes d'accord avec mon raisonnement jusqu'ici, nous sommes donc dans le fameux cylindre de gravité, mais aussi dans le vide, et l'astronaute ne "colle" pas du tout à la paroi interne, elle défile sous lui. La seule chose qui nous distingue des fameux cylindres de gravité à la 2001, c'est ce fameux vide à l'intérieur du cylindre. J'en conclus que seule la présence d'une atmosphère à l'intérieur peut générer la gravité.

Non, ce n'est pas pareil. Si l'astronaute ne bouge pas, je suis d'accord, il ne subit aucune force. Mais s'il a son pied sur le sol et qu'il a une vitesse initiale permettant à son corps de rester au-dessus du sol, ça y est, il est en rotation : quelques mètres plus loin, en effet, alors que son corps tente d'aller tout droit, le sol (qui tourne un peu) exerce une réaction sur son pied, qui s'apparente à une force de pesanteur en première approximation. En fait, si le pied résiste, la force est transmise de proche en proche à tous les organes du  corps.

[Fanch5629]

Aldebaran, ta question initiale porte sur les conséquence physiologiques à long terme du gradient de pesanteur sur la circulation sanguine.

Les conséquences de l'insuffisance veineuse au niveau des jambes sont bien connues, surtout par les personnes qui commencent à prendre de l'age, en particulier les femmes. 

Pour des sujets encore assez jeunes, astreints à une discipline sportive sérieuse et portant des bas de contention, la probabilité de développer une pathologie veineuse en quelques mois doit être assez faible, surtout si la gravité artificielle est réglée pour être comparable à celle de Mars.

Cela dit, on peut s'interroger sur la nécessité de cette gravité artificielle en regard de la complexité technique inhérente, alors que la micropesanteur semble assez bien tolérée sur des périodes assez longues par des individus sains. Peggy Whitson semble encore en pleine forme.

[Invité]

Bonjour.
Tout d'abord, je précise que je ne suis pas tellement intéressé par l'astronautique et que, peut-êter la réflexion suivante ne présente aucun intérêt, sauf pour moi si tel est le cas en montrant que je fais fausse route. D'avance, tout à la fois: Excuses et merci.

Le problème :
Durée estimée du tajet vers Mars : Au moins 6 mois.
C'est-à-dire, six mois en apesanteur.
En orbite autour de la Terre, les spationautes redescendus au sol trouve tout ce qu'il faut pour se réhabituer à la pesanteur terrestre.
Pour ce qui concerne l'arrivée sur Mars des astronautes, aucun secours ne leur est fourni. J'en déduis qu'il est nécessaire d'entretenir une pesanteur artificielle à bord du vaisseau spatial. Or, la seule technique possible s'appuie sur la force centrifuge.
Ce fait oblige le vaisseau spatial  à prendre une forme annulaire, les astronautes vivants donc dans l'anneau auquel on aura donné une certaine vitesse angulaire afin de retrouver notre pesanteur de 1 g.
Le croquis ci-joint résume ce qui précède : (Par habitude, j'ai noté les poids en kilo et non, comme il faut le faire, en newton. mais F a bien été calculée en newton !)

Le poids est une force et s'exprime donc en Newton, pas en kg (unité de masse).

Mais oui, c'est précisément ce que je fais remarquer à la fin de mon texte, juste avent le dessin. Vérifiez.
Le poids exprimé en newton n'est pas encore passé dans les mœurs, d'où mon choix.

[Invité]

Aldebaran, ta question initiale porte sur les conséquence physiologiques à long terme du gradient de pesanteur sur la circulation sanguine.

Les conséquences de l'insuffisance veineuse au niveau des jambes sont bien connues, surtout par les personnes qui commencent à prendre de l'age, en particulier les femmes. 

Pour des sujets encore assez jeunes, astreints à une discipline sportive sérieuse et portant des bas de contention, la probabilité de développer une pathologie veineuse en quelques mois doit être assez faible, surtout si la gravité artificielle est réglée pour être comparable à celle de Mars.

Cela dit, on peut s'interroger sur la nécessité de cette gravité artificielle en regard de la complexité technique inhérente, alors que la micropesanteur semble assez bien tolérée sur des périodes assez longues par des individus sains. Peggy Whitson semble encore en pleine forme.

Bonjour,
Voici une image de Pesquet au sol après 6 mois en apesanteur. Il a été bel et bien aidé. Il n'y aurait eu personne pour l'accueillir sur Mars.
Cela dit, ainsi que je l'ai déjà précisé, j'ignore si ma remarque revêt un quelconque intérêt et vos réponses m'aident beaucoup à me faire une opinion. Merci à tous....
Cordialement.

[Craps]

reL'expérience de pensée suivante reste toujours un mystère pour moi.

• Imaginez un énorme cylindre (disons 20 m de diamètre, 10 m de large), creux, sans couvercle, placé immobile dans le vide spatial.
  
• Mettez-le ensuite en rotation autour de son axe, comme un énorme pneu sans jante tournant dans le vide.
  
• Un astronaute avec son EMU rentre par un bout en flottant. Il s'approche jusqu'à 1 m de la paroi en flottant. L'absence de friction fait qu'il flotte immobile, et voit défiler la paroi interne du cylindre à 1 m de lui.
  
• Fermez les couvercles du cylindre, l'astronaute est toujours en flottaison, immobile à 1 m de la paroi interne qui défile devant lui.
  

Si vous êtes d'accord avec mon raisonnement jusqu'ici, nous sommes donc dans le fameux cylindre de gravité, mais aussi dans le vide, et l'astronaute ne "colle" pas du tout à la paroi interne, elle défile sous lui. La seule chose qui nous distingue des fameux cylindres de gravité à la 2001, c'est ce fameux vide à l'intérieur du cylindre. J'en conclus que seule la présence d'une atmosphère à l'intérieur peut générer la gravité.

Mettons de l'air dans le cylindre. Les quelques particules qui vont toucher la paroi vont donc être "entraînées" par la rotation, et par friction entraîner celles juste à côté d'elles qui ne sont pas en contact avec la paroi. Au bout d'un certain temps, l'atmosphère va suivre une densité décroissante depuis le bord du cylindre : les particules les plus au bord iront peu où prou à la vitesse de la paroi, celles plus en hauteur iront moins vite, et par extension, on peut imaginer qu'au centre il se crée un vide ou du moins une dépression, avec des particules pratiquement immobiles.

C'est là que j'ai du mal à concevoir l'effet sur l'astronaute. Le seul truc qui puisse le faire coller à la paroi, c'est donc qu'il soit entraîné par le "vent" généré par l'atmosphère en rotation. Je me dis que ce vent doit nécessairement avoir une certaine consistance pour que l'astronaute puisse se tenir debout à  la même vitesse que la paroi. Ce n'est donc pas uniquement la vitesse de rotation qui va faire la gravité, mais également la pression de l'atmosphère ! Une atmosphère trop ténue ne pourra pas suffisamment entraîner l'astronaute, qui sera donc bringuebalé contre la paroi en des chocs plus ou moins rapprochés, la paroi continuant à défiler sous lui, même s'il est faiblement entraîné dans le même sens. Est-ce que mon raisonnement se tient ? Est-ce que tous les calculs faits sur ces cylindres se font avec une pression de 1 atm, qui serait la valeur idéale pour une gravité optimale ?

J'attends vos commentaires avec impatience.

Je ne suis pas un grand physicien, mais je peux quand même te dire que tu fais fausse route.Ce n'est pas la présence d'atmosphère qui crée la sensation de pesanteur, mais les conséquences d'une loi physique découverte par Galilée :  la loi de l'inertie (que je vous invite à aller reconsulter si besoin)
Argyre l'a brièvement exposée, si l'astronaute ne touche pas la parois il reste immobile, dés lors qu'il touche la paroi une force s'exerce sur lui qui crée une accélération lui donnant une vitesse tangentielle, le corps de l'astronaute voudrait, selon la loi de l'inertie continuer un mouvement rectiligne uniforme (comme pour une fronde quand on la lâche)mais la paroi du cylindre l'en empêche en créant sur lui (par l'intermédiaire de ses pied) une force, donc une accélération centripète qui reproduira une sensation de pesanteur. 
Si on rajoute une atmosphère, elle sera soumise aux même lois: problème c'est un gaz, il va donc se créer des "courants d'air" que je suis dans l'incapacité de vous décrire (sauf de façon très sommaire, et peut être erronée ).

[Fanch5629]

Les "courants d'air"  s’amortissent du fait des forces de viscosité qui s’exercent au sein du gaz. S'il n'y a aucune source de perturbation, ça finit par un équilibre stable. En revanche, en présence d'une source de chaleur, il peut y avoir des courants de convection.

[Craps]

Les "courants d'air"  s’amortissent du fait des forces de viscosité qui s’exercent au sein du gaz. S'il n'y a aucune source de perturbation, ça finit par un équilibre stable. En revanche, en présence d'une source de chaleur, il peut y avoir des courants de convection.

Tu pense que nous aurons donc une " atmosphère" qui armonisera son mouvement avec celui de la structure de façon à avoir une impression d'immobilité pour les astronautes collés au plancher et également si un astronaute se trouvait au centre en apesanteur ainsi qu'à toutes les positions intermédiaires entre ces deux positions ?(en plaçant par exemple une échelle sur un diamètre)
Peu ou pas de courant d'air ressentis? C'est également mon intuission mais ça ne me paraît pas si évident.

[phenix]

au bout d'un certain temps sans perturbation, il n'y aura plus de courant d'air . Vu de l’extérieur l'air au niveau du planché ira plus vite qu'a mi-rayon et d'un point vue théorique les molécules sur l'axe centrale seront fixe.  Par contre il y aura une (petite) différence  de pression en le centre (plus faible) et le planché (plus forte), mais vu que c'est un équilibre dynamique, il n'y a pas de vent entre les pressions faible est forte

[Gipeca]

Bonsoir,

Et si l'astronaute saute en l'air ?

N'étant plus en contact avec la paroi, il n'est plus soumis à la force centrifuge. 
Rien ne va le faire 'retomber' sur la paroi d'où il est parti. 
Il va flotter un certain temps dans l'espace annulaire, sur une trajectoire combinant sa vitesse tangentielle initiale avec la vitesse et direction de son saut. 
Et il va finir par se cogner quelque part...

[phenix]

Bonsoir,

Et si l'astronaute saute en l'air ?

N'étant plus en contact avec la paroi, il n'est plus soumis à la force centrifuge. 
Rien ne va le faire 'retomber' sur la paroi d'où il est parti. 
Il va flotter un certain temps dans l'espace annulaire, sur une trajectoire combinant sa vitesse tangentielle initiale avec la vitesse et direction de son saut. 
Et il va finir par se cogner quelque part...

il retombera presque aussi rapidement que sur Terre si on tourne a 1g.

imaginons une roue de 30m de diamètre, a 1g on a un vitesse tangentielle de 17m/s. Un humain capable de sauter ( hauteur maximal des pieds jambe tendu) de 1m va a une vitesse vertical au moment du decollage de 4m/s. bref il rejoindra la paroi très rapidement ( moins d'une seconde).
 

[Fanch5629]

Bonsoir,

Et si l'astronaute saute en l'air ?

N'étant plus en contact avec la paroi, il n'est plus soumis à la force centrifuge. 
Rien ne va le faire 'retomber' sur la paroi d'où il est parti. 
Il va flotter un certain temps dans l'espace annulaire, sur une trajectoire combinant sa vitesse tangentielle initiale avec la vitesse et direction de son saut. 
Et il va finir par se cogner quelque part...

Si c'est un petit saut, il n'y aura pas de problème. Il suffit de se représenter la scène du point de vue d'un observateur extérieur qui ne tourne pas, comme vient de l'illustrer phenix.

Si c'est un grand saut qui lui fait franchir l'axe de rotation, ce sera différent. Il retombera sur la tête.

En fait, que l'astronaute ait les pieds en contact avec la paroi ou pas n'entre absolument pas en ligne de compte. La description de tout mouvement nécessite que l'on se donne un système d'axes de référence (référentiel). La deuxième loi de Newton F = m.a n'est valide sous cette forme que dans un référentiel inertiel. La force centrifuge est une force fictive qui n'est à considérer que dans un référentiel non inertiel (référentiel tournant). Et dans ce cas, tous les corps y sont soumis. Il est ultra important de comprendre cela.

Pour mieux imager la chose, ce qui se passe dans une voiture en virage est un bon laboratoire virtuel.

[Anovel]

Il y a eu une expérience du CNES il me semble, pour des simulations de vols de longues durées, d'une espèce de bicyclette qui simulait une "pesanteur" artificielle. C'était à plat, en raison du contexte, la personne était sur le vélo qui tournait sur un axe( le pédalier entraine le poids du cycliste autour de l'axe). Le dispositif devait être essayé à bord de l'ISS mais c'est annulé pour le moment bien qu'une heure par jour de ce vélo semble contre-balancer les effet de l'impesanteur!

[Invité]

Bonsoir,

Et si l'astronaute saute en l'air ?

N'étant plus en contact avec la paroi, il n'est plus soumis à la force centrifuge. 
Rien ne va le faire 'retomber' sur la paroi d'où il est parti. 
Il va flotter un certain temps dans l'espace annulaire, sur une trajectoire combinant sa vitesse tangentielle initiale avec la vitesse et direction de son saut. 
Et il va finir par se cogner quelque part...

Bonjour, 
Un bon conseil : Réfléchissez bien aux remarques de Phenix et Fanch5629. Dîtes-vous bien que notre intuition est souvent prise en défaut par les lois de la Nature.
Ces lois, en l'occurrence, sont celles de Newton et si on ne sait pas les appliquer, on peut être sûr d'être dans l'erreur. Vous vous trompez car vous n'appliquez pas ces lois et ce sont ces lois qui ont raison.
Cordialement.

[Thierz]

Merci les amis pour vos explications. Tout ceci coule tellement de source, une fois expliqué, qu'on se sent un peu bête d'avoir posé la question, mais bon :D

Il va donc falloir réfléchir à un moyen pratique de faire prendre aux joyeux hamsters dans la roue la vitesse tangentielle souhaitée. Pour ceci, j'ai dans la tête une idée simple, élégante et fun, dites-moi ce que vous en pensez : avec une entrée dans le cylindre par le moyeu, prendre un toboggan en forme de yin-yang.  Le début du toboggan se fait donc assis, les jambes repliées à 90° devant soi et LA TÊTE POINTÉE VERS L'ENDROIT OÙ ABOUTIT LE TOBOGGAN SUR LE PLANCHER. Le toboggan est solidaire du cylindre en rotation. Avec une petite impulsion du passager en sens inverse de la rotation, l'action du toboggan est donc de le pousser légèrement vers le haut, qui est le bas si on se positionne au "sol" au pied du toboggan. Ce petit déplacement radial est converti pendant toute la glissade en mouvement tangentiel, l'astronaute fait une rotation à 180° autour de son propre axe parallèle à celui du cylindre, et quand il atteint le sol, il est donc assis par terre, la tête vers le moyeu. Il a atteint la vitesse du plancher. Je vous fais parvenir un croquis quand j'ai un ordinateur sous la main.

Tout ça me paraît plus soft qu'attraper une échelle et se cramponner aux barreaux, le début doit donner le tournis et implique un risque de chute. Une telle chute n'est pas grave pour le contact avec le sol, car on n'a pas atteint une vitesse radiale dangereuse, par contre le choc avec un objet solidaire du plancher ne doit pas faire du bien, on se prend sa vitesse horizontale de plein fouet.

Edit : chose promise... Départ en d, arrivée en c. Le cylindre ici tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.