Motorisation Monoxyde de carbone / dioxygène

[Giwa]

L’atmosphère martienne comme l’atmosphère vénusienne contienne du dioxyde de carbone. Or il est possible de décomposer ce  dioxyde en monoxyde et en dioxygène par électrolyse en phase solide vers 800 °C - l'énergie électrique nécessaire à l'électrolyse  pouvant être fournie par le solaire et/ou le nucléaire.
  
2 CO₂ = 2 CO + O_{2     ;}   ΔH = + 283 kJ  ( endoénergétique)


Voir: MOXIE
https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/instruments/moxie/for-scientists/

Des études ont été menées par la NASA pour utiliser directement ce CO et ce O₂ comme propergols selon la réaction inverse qui ,elle, est exoénergétique
L’impulsion spécifique de l’ordre de 200 s est certes plus faible que celui du méthane/ dioxygène, mais il aurait l’avantage de pouvoir être synthétisé partout sur Mars et Vénus sans être tributaire de la recherche d’eau, nécessaire à la production de dihydrogène par électrolyse.

https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19960045922.pdf

https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19910014990.pdf

[Giwa]

Si pour le retour en orbite martienne, il est préférable d'utiliser la combustion du mélange méthane/ dioxygène dont l'impulsion spécifique est supérieure et de 370 s (Argyre ) - mais ce qui oblige à se limiter à des zones où la glace d'eau est accessible -, on peut se contenter d'une ISP plus faible pour des vols suborbitaux trans-martiens , ce qui permet l'accès aux zones équatoriales martiennes sans être dans l'obligation d'aller chercher l'eau dans le sous-sol et d'être obligée de la purifier avant de l'électrolyser.
Une autre application envisageable est celle d'astromobiles dont le moteur thermique ( voire à pile à combustible si on peut adapter le MOXIE pour le rendre réversible) fonctionnerait au mélange CO /O₂  et pouvant rouler de nuit comme de jour ... et aussi pendant les tempêtes de poussière !
Curieux d'imaginer que les astromobiles martiennes -et/ou vénusiennes  ;) - pourraient s'inspirer des voitures terrestres au gazogène :

Le monoxyde de carbone réagit avec le dioxygène pour former du dioxyde de carbone avec une variation d'enthalpie de -67,5 kcal/mol. C'est pourquoi il était préparé en quantité considérable dans le gazogène de type Siemens.

[phenix]

c'est vrai que faire du carburant sans avoir a cherche de l’hydrogène ça a l'ai cool, mais une isp de 200s

Je sais même pas si c'est vraiment utilisable pour un lanceur orbital. pour Venus a moins de faire une fusée monstrueuse c'est foutu, pour Mars j'y crois pas trop, mais après sa peut marché sur titan et Callisto (a condition de capté suffisamment dans un atmosphère si tenu)

par contre, comme le propose gawi,  utiliser ça comme moteur a combustion internet, c'est une solution qui peut être intéressant pour évité de recours au batterie dans les Rover martien ou des aéronef inter base sur venus. après reste la question du stockage, cryogénique c'est -200°c donc proche de l’oxygène liquide  et une densité proche du methane (par contre faudrait comparé au niveau energetique) donc bien plus facile a stocker que l’hydrogène (toujours a proportionalisé avec l’énergie).  sinon il y a le sockage sous pression , gaz di atomique avec la meme masse molaire que le diazote , donc on aurait la même densité a pression égale, reste que la bouteille est lourde(entre temps espérons qu'on est fait des progrès sur les matériaux des réservoir entre temps).

[Giwa]

@phenix : effectivement je pense aussi que l’utilisation du monoxyde de carbone comme carburant associé au comburant dioxygène est plus appropriée aux transports internes vénusiens ou martiens que pour s’échapper de leurs attractions gravitationnelles. C’est bien pour ça que j’ai choisi le mot ‘ motorisation’ dans le titre qui est plus général et n’évoque pas des lanceurs orbitaux ou interplanétaires.
Sinon pour ces types de lanceurs, Vénus comme Mars a des possibilités : dans la haute atmosphère vénusienne - au dessus de la zone habitable - il y a une couche de cristaux de glace d’eau , qui permettrait la synthèse du méthane en utilisant le monoxyde de carbone, de quoi faire fonctionner des fusées méthalox !

Elle contient d'épaisses couches nuageuses opaques constituées de gouttelettes de dioxyde de soufre et d'acide sulfurique surmontées d'une brume de cristaux de glace d'eau 

[Maurice]

Sans parler d'astromobile il pourrait être très intéressant d'équiper un atterrisseur avec des propulseurs au monoxyde de carbone non pour retourner en orbite mais pour changer de site de recherche et aller quelques km ou dizaines de km plus loin à chaque bond.
Une sorte de Phoenix qui analyserait le sol sur plusieurs dizaines de sites au lieu d'un seul serait une mission passionnante à suivre.

[Giwa]

Sans parler d'astromobile il pourrait être très intéressant d'équiper un atterrisseur avec des propulseurs au monoxyde de carbone non pour retourner en orbite mais pour changer de site de recherche et aller quelques km ou dizaines de km plus loin à chaque bond.
Une sorte de Phoenix qui analyserait le sol sur plusieurs dizaines de sites au lieu d'un seul serait une mission passionnante à suivre.

Effectivement l'idée est très intéressante et cela permettrait de se rendre dans des sites difficiles d'accès par la voie terrestre* . 
*Evidemment je parlais du sol martien ...et attention pas du jour, mais du terrain !  ;)

[Giwa]

Une autre utilisation intéressante pour Mars serait des transporteurs suborbitaux permettant de relier les régions équatoriales aux régions polaires séparées par un arc de 5300 km, ce qui resterait à la portée du L CO/ L O₂ .
 Cela permettrait pendant les étés polaires d'approvisionner les régions équatoriales en glace H₂O  et pendant les hivers polaires en glace CO₂ (car même si le CO₂ peut être extrait de l'air martien par compression, il est disponible bien plus concentré dans sa glace)

[Maurice]

Voir même pour transporter tout autre type de ressources du moment qu'elles ont plus de quelques dizaines de km à parcourir, en effet j'ai entendu dire que les conditions de circulation au sol sur cette planète étaient assez dégradées en raison d'infrastructures négligées !

[Giwa]

Voir même pour transporter tout autre type de ressources du moment qu'elles ont plus de quelques dizaines de km à parcourir, en effet j'ai entendu dire que les conditions de circulation au sol sur cette planète étaient assez dégradées en raison d'infrastructures négligées !

 Pourtant, on aurait pu s'attendre à mieux des Martiens , ceux qui avaient bâti tout ce réseau de Canaux Martiens ! C'est plus ce que c'était ! Vraiment tout se dégrade ...ah, de mon temps ! :sage:

Bien, reprenons l'affaire en main !
Ce qu'il faut, c'est rétablir tout un réseau de stations-services pour délivrer aux  pompes réfrigérés du monoxyde liquide à - 192°C et du dioxygène liquide sur-réfrigérée à la même température.  Et dans les boutiques annexes, on délivre les pains de glace H₂O et aussi de la glace sèche CO₂ avec une logistique de camions-citernes pour alimenter les stations.

Bon, d'accord au début, on se contentera de bases autonomes robotisées produisant sur place ce CO et ce O₂  ...  _;)

[Giwa]

c'est vrai que faire du carburant sans avoir a cherche de l’hydrogène ça a l'ai cool, mais une isp de 200s

Je sais même pas si c'est vraiment utilisable pour un lanceur orbital. pour Venus a moins de faire une fusée monstrueuse c'est foutu, pour Mars j'y crois pas trop, mais après sa peut marché sur titan et Callisto (a condition de capté suffisamment dans un atmosphère si tenu)

par contre, comme le propose gawi,  utiliser ça comme moteur a combustion internet, c'est une solution qui peut être intéressant pour évité de recours au batterie dans les Rover martien ou des aéronef inter base sur venus. après reste la question du stockage, cryogénique c'est -200°c donc proche de l’oxygène liquide  et une densité proche du methane (par contre faudrait comparé au niveau energetique) donc bien plus facile a stocker que l’hydrogène (toujours a proportionalisé avec l’énergie).  sinon il y a le sockage sous pression , gaz di atomique avec la meme masse molaire que le diazote , donc on aurait la même densité a pression égale, reste que la bouteille est lourde(entre temps espérons qu'on est fait des progrès sur les matériaux des réservoir entre temps).

Effectivement un lanceur orbital  fonctionnant au CO/ O₂ pour Vénus serait monstrueux. A partir de m_i/m _f = e^(delta V /V_e ) pour V_e = 2000 m/s pour CO/ O₂  et V_e = 3 400 m/s pour CH₄/ O₂ , le même m _f et un delta V de 7400 m/s , on trouve pratiquement un lanceur 5 fois plus lourd pour CO/ O₂
Par contre pour un aéronef vénusien, c'est tout à fait envisageable avec un moteur à combustion interne , voire une sorte de turboréacteur où à la fois le carburant CO et le comburant O₂  serait injecté dans la chambre de combustion tout en propulsant l'air vénusien inerte.

[Baratong]

Je vois dans ce fil une ISP de 200s pour le couple CO/O2, pourtant dans la description du projet "The Case for Mars" vers les années 1990 (dont l'utilisation de ce couple d'ergol est le point principal), il est indiqué une ISP de 260s dans "Le Grand Atlas de l'Espace", une ISP de 270s dans "A la conquête de Mars" (d'Olivier de Goursac) mais où il est précisé que la température de la flamme de combustion poserait un problème difficile à résoudre, enfin, si j'en crois les liens donnés en début de fil (mais ma compréhension de l'anglais est très incertaine), le maximum théorique est de 310s et entre 260 et 280s pour une utilisation pratique.
Cela n'est pas génial mais pas aussi catastrophique que 200s... ;)

[L'Augure]

Je vois dans ce fil une ISP de 200s pour le couple CO/O2, pourtant dans la description du projet "The Case for Mars" vers les années 1990 (dont l'utilisation de ce couple d'ergol est le point principal), il est indiqué une ISP de 260s dans "Le Grand Atlas de l'Espace", une ISP de 270s dans "A la conquête de Mars" (d'Olivier de Goursac) mais où il est précisé que la température de la flamme de combustion poserait un problème difficile à résoudre, enfin, si j'en crois les liens donnés en début de fil (mais ma compréhension de l'anglais est très incertaine), le maximum théorique est de 310s et entre 260 et 280s pour une utilisation pratique.
Cela n'est pas génial mais pas aussi catastrophique que 200s... ;)

A titre comparaison le P120 C à une ISP de 278,5 s....
La propulsion au monoxyde de carbone est encore moins performante que la propulsion à poudre c'est pour dire....

[shinyblade]

J'avoue avoir un peu du mal à comprendre cet emballement soudain pour le monoxyde de carbone. Quitte à produire du carburant in-situ autant faire du dihydrogène ou du méthane qui sont bien plus performant. C'est pas comme si ça me paraitrait plus simple de faire du monoxyde de carbone, peut-être faut-il moins d'énergie mais ce n'est pas quelque chose de complexe à obtenir juste mettre plus de panneau solaire. On ne peut pas non plus l'utiliser comme carburant atmosphérique car il n'y en a pas en quantité et densité suffisante dans l'atmosphère de Venus, de mars et même de titan. En revanche si il y avait un corps celeste équipé d'une atmosphère en monoxyde de carbone en quantité suffisante pour alimenté un moteur à combustion interne (en fournissant l'oxygène comme on fournis le carburant sur Terre) là ça vaudrait le coup puisqu'il n'y aurait pas besoin d'emporter du carburant. Sur Titan qui pourrait contenir jusqu'à 5% de méthane dans son atmosphère ça pourrait se tenter.

[Giwa]

C’est bien que plusieurs sources indiquent une ISp nettement supérieure à la valeur que j’ai prise, ça améliore le rapport de masse que l’on peut en attendre pour un delta V nécessaire.
En tout cas la NASA espère bien produire du CO et du O₂ sur Mars avec MOXIE
On peut être pratiquement certain que si ils embarquent cet appareil sur Mars, c’est qu’ils ont quand même fait quelques tests sur la planète Terre ...et que des compresseurs de gaz sont au point pour prélever l’air raréfié de Mars.
De plus l’utilisation de ce mélange est surtout intéressant pour les régions où il est difficile de se procurer du H₂O suffisamment pur et pour des vols suborbitaux à courte ou moyenne portée.
Pour repartir de Mars, on va d’abord chercher H₂O dans les régions où il se trouve et on synthétise le méthane nécessaire au méthalox à partir de CO et H₂O avec en plus une production supplémentaire de O₂  selon l’équation bilan : CO + 2 H₂O = CH₄ + O₂

[phenix]

C'est sur que si on réussi a s'approvisionné en eau, l’hydrogène nous simplifiera la vie dans tout les application (pile a combustible, moteur fusée hydro ou methalox, turboreacteur a sabatier) . mais peut etre que le monoxyde de carbone trouvera un créneau au début de l'exploration voir de la colonisation pour des application qui ne mérite pas la dépense (forage , transfert depuis le pole, pyrolyse de l'acide sulfurique sur venus) d'un approvisionnement en eau. 
on peut imaginer deux applications concrètes: 
premièrement comme la propose maurice , une sonde bondissante qui passerait quelque semaine sur un site ,l'exploré scientifiquement tout en faisant le plein des réservoir puis faire un bond de plusieurs dizaine de km pour exploré un autre site . ça éviterait d'avoir a cherche de l'eau sur chaque cite et de planté tout le reste de la mission si on en trouve pas.
la deuxième serait un système de stockage d’énergie. en terme de joules/kg on est pas bien plus élevé que les meilleur batterie. mais l'avantage c'est qu'a capacité de stockage égale, on a pas besoin de transporté depuis la terre les batterie, il y a juste a importé les reservoir(voir utilisé les couche géologique pour le stockage souterrain), et la pile a combustible réversible (si c'est possible , sinon unité de production de monox d'un coté et électricité de l'autre) et produit le combustible sur place.  se serait pratique pour continuer a être actif la nuit voir maintenir une fonction minimal pendant une tempête.

[Giwa]

@phenix  : la Chimie est pleine de ressources...comme par exemple obtenir H2O à partir de l’acide sulfurique concentré !

Il peut être produit avec une pureté pratiquement égale à 100 %, mais il tend à libérer du trioxyde de soufre en se rapprochant de son point d'ébullition de 610 K (337 °C), où il donne de l'acide à 98,3 % correspondant à l'azéotrope avec l'eau en vertu de l'équilibre :

Presque tout l'acide sulfurique s'est décomposé en eau et trioxyde de soufre à 450 °C. À température plus élevée, la décomposition du trioxyde de soufre se poursuit en oxygène et dioxyde de soufre :

https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Acide_sulfurique

Ces nuages d'acide sulfurique sont visibles depuis le sol comme des rubans de vapeur jaunis par l'acide qu'ils contiennent. 

https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Atmosphère_de_Vénus

[phenix]

oui c'est exactement se que l'entend par " pyrolyse de l'acide sulfurique sur venus"   
de plus , les goutelettes des nuages ne sont pas de l'acide pure, mais 75% acide et 25% eau (deja utilisable), sans ça , pas de fusée de retour, ni d’hydrogène pour regonfle les ballon pour le projet vesta , donc mission sucide. Dans la zone des nuages (~45 a 60km qui est aussi la zone "habitable" car proche des condition terrestre) il y a moyen de se procuré de l'eau, mais si l'on ne veut pas puissé dans cette réserve ou faire une sonde sans collecteur-trieur-pyrolyseur d'acide , il y a moyen d'utilisé le CO+O2 pour stocke l’énergie.  
de plus ça vien de me rappelé que c'est deux gaz peuvent servir de gaz portant dans l’atmosphère de venus. c'est moi efficace que l’hydrogène, mais sa permet (a condition d'avoir une gros ballon) de complete la portance et/ou gere l'altitude

[Giwa]

Je vois dans ce fil une ISP de 200s pour le couple CO/O2, pourtant dans la description du projet "The Case for Mars" vers les années 1990 (dont l'utilisation de ce couple d'ergol est le point principal), il est indiqué une ISP de 260s dans "Le Grand Atlas de l'Espace", une ISP de 270s dans "A la conquête de Mars" (d'Olivier de Goursac) mais où il est précisé que la température de la flamme de combustion poserait un problème difficile à résoudre, enfin, si j'en crois les liens donnés en début de fil (mais ma compréhension de l'anglais est très incertaine), le maximum théorique est de 310s et entre 260 et 280s pour une utilisation pratique.
Cela n'est pas génial mais pas aussi catastrophique que 200s... ;)

Effectivement avec ces données, cela devient envisageable pour Mars lors des premières expéditions quand la logistique des ressources en H₂O, nécessaire à la synthèse du méthane ne sera pas encore en place . Le rapport de masse - pour une satellisation à delta V de 3500 m/s et une vitesse d'éjection de 2700 m/s - entre l'utilisation de CO/O₂ et CH₄/O₂ n'est plus que de 1,3 d'après : m'_i/m_i = e^(3500 (2700^-1 -3400^-1))

Pour une satellisation pour Vénus à delta V de 7400 m/s, le rapport s’élèvera à 1,8 , un peu inférieur à 2. Pourquoi pas l'envisager aussi à condition de savoir gérer une fusée géante (sans que ce soit pour autant un monstre), et savoir aussi la récupérer et la réutiliser;

[Giwa]

À propos de la possibilité d’utiliser l’atmosphère martienne seule comme ISRU pour des fusées martiennes à partir du MOXIE, cet article de la NASA :
https://www.jpl.nasa.gov/news/moxie-could-help-future-rockets-launch-off-mars

Bien sûr l’autre emploi possible du MOXIE est pour fournir l’oxygène pour assurer la respiration humaine….à condition de ne pas intervertir les vannes entre les réservoirs de dioxygène et de monoxyde de carbone   

Une troisième possibilité à considérer est de rendre réversible ce MOXIE et de l’utiliser pendant la nuit comme pile à combustible :
Une manière de stocker l’énergie d’origine solaire des journées martiennes.