onde de choc et plasma

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Message le Mar 2 Mar 2010 - 23:33


Sinon en dehors du VASIMR sur la voie de la réalisation, le PMWAC me semble rester dans les limites des possibilités des technologies que nous pourrions avoir dans ce nouveau siècle pour passer à sa réalisation. Pourrait-il être le propulseur plasmique de la génération qui suivrait celle du VASIMR ? S’il est gourmant en énergie (20 MW), il pourrait atteindre une Isp de 1Ms avec une poussée de 4 kN (plus de 400 kgf ) Bien sûr cela demandera de mettre au point des réacteurs nucléaires légers capables de délivrer des puissances électriques considérables. Donc il faudra attendre la mise au point de futurs générations de réacteurs nucléaires: y-a-t-il des projets dans ce domaine ? Qu’en pensent nos spécialistes ?

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acc%C3%A9l%C3%A9rateur_MHD#cite_note-6
• PMWAC (Propagating Magnetic Wave Plasma Accelerator)6 ou IDA (Inductive Plasma Accelerator)7 : Propulseur à induction par onde magnétique (sans électrode). De multiples solénoïdes sont placées en série les uns à la suite des autres autour d'une tuyère cylindrique, à l'intérieur de laquelle ils génèrent un champ magnétique axial. Ce champ est d'abord uniforme, il magnétise le plasma qui se retrouve accessoirement confiné loin de la paroi. Les solénoïdes subissent ensuite individuellement une élévation impulsionnelle du courant électrique les parcourant. Cette impulsion électrique est distribuée dans chaque solénoïde avec la même amplitude mais en déphasage par rapport au solénoïde précédent, de telle sorte qu'une onde magnétique péristaltique se met à parcourir l'intérieur du tube. Le plasma est accéléré en suivant cette onde, entraîné par le pincement des lignes de champ générant une hausse localisée de la pression magnétique (le plasma est diamagnétique et fuit les régions où le champ magnétique est élevé), et expulsé par les forces de Lorentz, générées par l'interaction du champ magnétique axial avec les courant azimutaux qu'il induit dans le plasma du fait de l'élévation rapide de son intensité. Ces forces de Lorentz ont en effet à la fois une composante centripète (confinante) et axiale (propulsive). Un propulseur à onde magnétique de 5 mètres de long et d'une puissance de 2 MW propulse un plasma à la vitesse de 300 km/s (Isp = 30 000 s) et une poussée record de 4 000 newtons. Une version de 25 mètres et 20 MW à la même poussée offre une vitesse d'éjection record de 1 000 km/s (Isp d'un million de secondes).

Giwa
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Message le Mer 3 Mar 2010 - 9:26


@Giwa a écrit:Sinon en dehors du VASIMR sur la voie de la réalisation, le PMWAC me semble rester dans les limites des possibilités des technologies que nous pourrions avoir dans ce nouveau siècle pour passer à sa réalisation. Pourrait-il être le propulseur plasmique de la génération qui suivrait celle du VASIMR ? S’il est gourmant en énergie (20 MW), il pourrait atteindre une Isp de 1Ms avec une poussée de 4 kN (plus de 400 kgf ) Bien sûr cela demandera de mettre au point des réacteurs nucléaires légers capables de délivrer des puissances électriques considérables. Donc il faudra attendre la mise au point de futurs générations de réacteurs nucléaires: y-a-t-il des projets dans ce domaine ? Qu’en pensent nos spécialistes ?

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acc%C3%A9l%C3%A9rateur_MHD#cite_note-6
• PMWAC (Propagating Magnetic Wave Plasma Accelerator)6 ou IDA (Inductive Plasma Accelerator)7 : Propulseur à induction par onde magnétique (sans électrode). De multiples solénoïdes sont placées en série les uns à la suite des autres autour d'une tuyère cylindrique, à l'intérieur de laquelle ils génèrent un champ magnétique axial. Ce champ est d'abord uniforme, il magnétise le plasma qui se retrouve accessoirement confiné loin de la paroi. Les solénoïdes subissent ensuite individuellement une élévation impulsionnelle du courant électrique les parcourant. Cette impulsion électrique est distribuée dans chaque solénoïde avec la même amplitude mais en déphasage par rapport au solénoïde précédent, de telle sorte qu'une onde magnétique péristaltique se met à parcourir l'intérieur du tube. Le plasma est accéléré en suivant cette onde, entraîné par le pincement des lignes de champ générant une hausse localisée de la pression magnétique (le plasma est diamagnétique et fuit les régions où le champ magnétique est élevé), et expulsé par les forces de Lorentz, générées par l'interaction du champ magnétique axial avec les courant azimutaux qu'il induit dans le plasma du fait de l'élévation rapide de son intensité. Ces forces de Lorentz ont en effet à la fois une composante centripète (confinante) et axiale (propulsive). Un propulseur à onde magnétique de 5 mètres de long et d'une puissance de 2 MW propulse un plasma à la vitesse de 300 km/s (Isp = 30 000 s) et une poussée record de 4 000 newtons. Une version de 25 mètres et 20 MW à la même poussée offre une vitesse d'éjection record de 1 000 km/s (Isp d'un million de secondes).

Je ne prétends pas être le spécialiste, mais si on s'en tient à la physique du lycée :study: (genre Puissance=force*vitesse), tu verras que les chiffres annoncés plus haut sont complètement fantaisistes Non Non Non :
déjà, 1000km/s ça fait une ISP de 100 000 secondes, et pas un million,

ensuite, le simple fait de produire un effort de 4000 newton en s'appuyant sur un objet qui a une vitesse de 300 km/s cela nécessite une puissance de 1,2 GW.

En conclusion, si on fait l'hypothèse d'un rendement de 60% pour la conversion de l'énergie électrique en énergie cinétique, cet article a probablement d'une part confondu les MW et les GW, et d'autre part confondu les secondes et les m/s pour la deuxième ISP...

Le plus troublant dans tout cela, c'est que sous prétexte que c'est de la technologie spatiale, ces ordres de grandeur ne choquent personne....

Laurent J

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Message le Mer 3 Mar 2010 - 9:35


Tiens, je venais juste de faire le même calcul ;)

f = v*dm/dt = 4000 N
v=300 km/s -> dm/dt=0.0133 kg/s
P=(dm/dt)*v²=1.2e9
Soit 1.2 GW.

Etant donné que la puissance requise augmente comme le carré de la vitesse d'éjection, il arrive un moment où la vitesse d'éjection élevée ne compense plus (par le gain en masse propulsif) la pénalité de la masse d'une centrale électrique.
A la limite, on sait très bien accélérer des particules chargées quasiment à la vitesse de la lumière, mais il n'y a aucune source d'énergie électrique physiquement concevable qui permette d'en dériver un système de propulsion intéressant.

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Message le Mer 3 Mar 2010 - 9:55


La tu es un peu pessimiste...

On sait aujourd'hui fabriquer des propulseurs ayant une ISP infinie, c'est à dire capables de créer une poussée en éjectant une masse "nulle" à la vitesse de la lumière (bon en fait, je suis pas très calé en relativité, mais j'imagine que si il consomme de l'énergie, sa masse diminue un peu).

C'est le propulseur photonique...

Tu as certainement remarqué que ta voiture roule moins vite quand on allume les phares 🤡 .

Par exemple, une antenne radar ou une lampe à haut rendement qui rayonnerait 1MW de puissance génèrerait une poussée de... P/C= 3mN. :???: Bon c'est pas gagné pour aller sur Mars...

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Message le Mer 3 Mar 2010 - 10:09


@Laurent J a écrit:La tu es un peu pessimiste...

Attention, je parle bien d'un système de propulsion alimenté par une centrale électrique.
Au delà de 1000 km/s, on arrive aux ordres de grandeurs des Isp nucléaires/thermonucléaires.
Récupérer l'énergie cinétique d'un plasma thermonucléaire pour produire de l'électricité servant à accélérer un plasma n'est quand même pas très efficace conceptuellement... Autant éjecter directement le plasma de fusion.
Et à des vitesses plus élevées, c/2 par exemple, ça n'a plus aucun sens, l'énergie cinétique des particules approche leur énergie de masse et la source primaire ne peut plus être que l'annihilation matière-antimatière...

Le domaine de la propulsion plasmique électrique est clairement en dessous de 1000 km/s.
Raisonnement valable pour une source d'énergie embarquée, évidemment.

A+

EDIT:
@Laurent J a écrit:
On sait aujourd'hui fabriquer des propulseurs ayant une ISP infinie, c'est à dire capables de créer une poussée en éjectant une masse "nulle" à la vitesse de la lumière (bon en fait, je suis pas très calé en relativité, mais j'imagine que si il consomme de l'énergie, sa masse diminue un peu).
Bien vu : si la source lumineuse est embarquée, l'énergie provient bien d'une conversion de masse...
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Message le Mer 3 Mar 2010 - 12:18


@Laurent J a écrit:La tu es un peu pessimiste...

On sait aujourd'hui fabriquer des propulseurs ayant une ISP infinie, c'est à dire capables de créer une poussée en éjectant une masse "nulle" à la vitesse de la lumière (bon en fait, je suis pas très calé en relativité, mais j'imagine que si il consomme de l'énergie, sa masse diminue un peu).

C'est le propulseur photonique...

Tu as certainement remarqué que ta voiture roule moins vite quand on allume les phares 🤡 .

Par exemple, une antenne radar ou une lampe à haut rendement qui rayonnerait 1MW de puissance génèrerait une poussée de... P/C= 3mN. :???: Bon c'est pas gagné pour aller sur Mars...
Ha, ce photon relativiste contre le photon thermique 🤡
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Message le Mer 3 Mar 2010 - 12:42


En tout cas merci beaucoup pour ces vérifications et ces rectifications.
Tout cela nous ramène au fameux dilemme pour produire la même poussée :
- soit à faible débit massique mais à grande vitesse d'éjection pour améliorer le rapport de masse ...mais en consommant une grande énergie
- soit de travailler à grand débit massique mais à faible vitesse d’éjection pour réduire la puissance nécessaire …mais en consommant plus de masse de propulsif.
Si sur Terre - où l’on peut disposer à profusion de matière à éjecter- on privilégie le plus possible la seconde voie, pour la propulsion spatiale on se retourne vers la première voie …mais il semble qu’il nous faudrait tout de même pas à exagérer.
Cette limite à ne pas dépasser dépend des systèmes de production d’énergie mis à notre disposition.
Peut-être que le PMWAC est encore trop gourmant en énergie pour être envisagé - du moins dans l’avenir proche ?

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Message le Mer 3 Mar 2010 - 13:32


J'ai surtout l'impression que le PMWAC est conçu à la base pour un usage terrestre et intermittent, pour accélérer rapidement une petite quantité de plasma dans l'espoir de provoquer une fusion nucléaire.
Dans ce cas on peut imager l'utilisation d'ondes électromagnétiques particulières et de dispositifs permettant des échanges d'énergie, si bien qu'avec quelques MW d'alimentation, on applique une puissance instantanée de l'ordre du GW au plasma... pendant un moment très bref (un peu comme un "chirp" radar pour ceux qui connaissent)

En revanche, l'extrapolation pour en faire un propulseur spatial à fonctionnement continu ne semble pas être le travail de quelqu'un de très sérieux 🤡 . En gros il a juste omis de préciser que la propulsion était "pulsée" et de préciser la durée et la fréquence des pulsations...

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Message le Mer 3 Mar 2010 - 14:59


@lambda0 a écrit:Tiens, je venais juste de faire le même calcul ;)
f = v*dm/dt = 4000 N
v=300 km/s -> dm/dt=0.0133 kg/s
P=(dm/dt)*v²=1.2e9
Soit 1.2 GW.
C'était sans doute implicite dans ton calcul, mais mieux vaut peut-être le préciser: ce calcul correspond à l'hypothèse d'un rendement de 0,5 (car sinon il y a un coeff. 1/2 dans la formule de la puissance; cf. : http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=34201&fbodylongid=1536 ).
C'est clair qu'avec une source 2 MW, on ne peut pas avoir en même temps - et en continu - les 4000 N et les 30000 s d'Isp ...
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Message le Mer 3 Mar 2010 - 16:21


@Laurent J a écrit:J'ai surtout l'impression que le PMWAC est conçu à la base pour un usage terrestre et intermittent, pour accélérer rapidement une petite quantité de plasma dans l'espoir de provoquer une fusion nucléaire.
Dans ce cas on peut imager l'utilisation d'ondes électromagnétiques particulières et de dispositifs permettant des échanges d'énergie, si bien qu'avec quelques MW d'alimentation, on applique une puissance instantanée de l'ordre du GW au plasma... pendant un moment très bref (un peu comme un "chirp" radar pour ceux qui connaissent)

En revanche, l'extrapolation pour en faire un propulseur spatial à fonctionnement continu ne semble pas être le travail de quelqu'un de très sérieux 🤡 . En gros il a juste omis de préciser que la propulsion était "pulsée" et de préciser la durée et la fréquence des pulsations...

Tien cela me rappelle que j'avais vu au sujet de la Z machine une opportunité de "marier" un système de barillet Russe sur la machine du Sandia Lab pour avoir un générateur de fusion pulsée. Mais dans ce cas quels sont : la durée d'une rotation du barillet , le nombre de coups, et fréquence des pulsations ?

:scratch:
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Message le Mer 3 Mar 2010 - 16:38


@Astro-notes a écrit:
Tien cela me rappelle que j'avais vu au sujet de la Z machine une opportunité de "marier" un système de barillet Russe sur la machine du Sandia Lab pour avoir un générateur de fusion pulsée. Mais dans ce cas quels sont : la durée d'une rotation du barillet , le nombre de coups, et fréquence des pulsations ?
:scratch:
Avec un barillet chargé au 1/6ème ? 🤡
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Message le Mer 3 Mar 2010 - 17:01


@CosmoS a écrit:
@Astro-notes a écrit:
Tien cela me rappelle que j'avais vu au sujet de la Z machine une opportunité de "marier" un système de barillet Russe sur la machine du Sandia Lab pour avoir un générateur de fusion pulsée. Mais dans ce cas quels sont : la durée d'une rotation du barillet , le nombre de coups, et fréquence des pulsations ?
:scratch:
Avec un barillet chargé au 1/6ème ? 🤡

Ah, le goût du risque :eeks:
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Message le Mer 3 Mar 2010 - 17:05


Eh, AstroNotes, c'était de la provocation ton message :face:

@Astro-notes a écrit:
Tien cela me rappelle que j'avais vu au sujet de la Z machine une opportunité de "marier" un système de barillet Russe sur la machine du Sandia Lab pour avoir un générateur de fusion pulsée...

La Z-machine, c'est chaud ;)
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Message le Mer 3 Mar 2010 - 17:16


@lambda0 a écrit:Eh, AstroNotes, c'était de la provocation ton message :face:

@Astro-notes a écrit:
Tien cela me rappelle que j'avais vu au sujet de la Z machine une opportunité de "marier" un système de barillet Russe sur la machine du Sandia Lab pour avoir un générateur de fusion pulsée...

La Z-machine, c'est chaud ;)
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Message le Mer 3 Mar 2010 - 17:35


Bon allez, un peu de sérieux ;)

@Astro-notes a écrit:
...
Tien cela me rappelle que j'avais vu au sujet de la Z machine une opportunité de "marier" un système de barillet Russe sur la machine du Sandia Lab pour avoir un générateur de fusion pulsée. Mais dans ce cas quels sont : la durée d'une rotation du barillet , le nombre de coups, et fréquence des pulsations ?
...
En théorie, cadence de 1 Hz, ou inférieur, faut du temps pour recharger les condos et faire le ménage pour virer les débris entre deux explosions. Et des explosions libérant plusieurs GJ, ça commence à être brutal.

A+
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Message le Mer 3 Mar 2010 - 17:58


@lambda0 a écrit:Bon allez, un peu de sérieux ;)

@Astro-notes a écrit:
...
Tien cela me rappelle que j'avais vu au sujet de la Z machine une opportunité de "marier" un système de barillet Russe sur la machine du Sandia Lab pour avoir un générateur de fusion pulsée. Mais dans ce cas quels sont : la durée d'une rotation du barillet , le nombre de coups, et fréquence des pulsations ?
...
En théorie, cadence de 1 Hz, ou inférieur, faut du temps pour recharger les condos et faire le ménage pour virer les débris entre deux explosions. Et des explosions libérant plusieurs GJ, ça commence à être brutal.

A+

Bon, bon, je sors aussi, mais que le dernier qui reste eteigne les lasers en sortant.

Oui, mais plus sérieux, c'est du chaud comme le dit Lambda0.
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Message le Mer 3 Mar 2010 - 22:45


continuez, j'ai parfois du mal à vous suivre, mais je m'accroche :scratch:

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