Poussée / impulsion spécifique

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Message Mer 6 Oct 2010 - 21:22


Bonjour à tous,

Y a-t-il parmi les membres du FCS quelqu'un qui s'y connaisse suffisamment en propulsion pour m'expliquer les notions de poussée et d'impulsion spécifique. En fait, ce qui m'intéresse surtout, c'est la relation qui existe entre les deux : si on connaît l'un, peut-on en déduire l'autre ?

Merci d'avance ! :)
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pioneer6014

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Message Mer 6 Oct 2010 - 21:29


l'ISP indique la durée pendant laquelle un kilogramme de propergol produit une poussée de 1 kilogramme-force ( pris sur wikipédia.fr )

Donc il y a un rapport entre la poussée et l'ISP, le temps. Mais il te faut aussi connaitre la masse de ton combustible pour en déduire enfin la poussée.

Que les spécialistes ici ( et il y en a plein) me contredisent :roll:

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Message Mer 6 Oct 2010 - 21:37


OK, d'abord merci pour cette réponse, rapide qui plus est !

En fait je cherche à connaître la poussée d'une sonde (Deep Impact si vous voulez tout savoir). Voilà les informations que j'ai :
- "primary propulsion system with 5000 N-s RCS total impulse providing a total delta-V of 190 m/s"
- 86 kg d'ergols
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pioneer6014

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L'impulsion totale (en N.s) est égale au produit de la vitesse d'éjection par la masse éjectée (ce qui donne donc l'impulsion spécifique si on connait la masse éjectée).
Mais ces chiffres sont un peu bizarres mis ensemble, je me demande s'ils s'appliquent à la même propulsion (propulsion principale / controle d'attitude ?)

A+

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@Vonfeld a écrit:l'ISP indique la durée pendant laquelle un kilogramme de propergol produit une poussée de 1 kilogramme-force ( pris sur wikipédia.fr )

Donc il y a un rapport entre la poussée et l'ISP, le temps. Mais il te faut aussi connaitre la masse de ton combustible pour en déduire enfin la poussée.

Que les spécialistes ici ( et il y en a plein) me contredisent :roll:

VONFELD
Merci Vonfeld pour cette définition.
Comme il s’agit de durée et même si je ne suis pas très sûr d’avoir une réponse parce qu’il faut peut-être faire des calculs, mais je pose mes questions quand même:
- Pourquoi les chinois mettent-ils une demi-heure pour satelliser Chang'e 2 autour de la lune ?

Poussée / impulsion spécifique Chang210
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- A titre de comparaison, le temps nécessaire pour le moteur de la cabine Apollo pour la faire satelliser autour de la lune ?
:roll:
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Message Jeu 7 Oct 2010 - 11:03


Pour réponde à Firnas2 :

AMHA, trente minutes c'est long. Mais finalement cela devait s'imposer par la faible poussée du moteur car qq soit la masse de l'engin la vitesse de satellisation est toujours la même. Tu fais allusion au complexe lunaire Apollo, mais je te rappelle que le moteur du SMS qui pilotait l'ensemble une fois passée la TLI était un gros moteur sans doute très puissant comparé à celui de Change-2. Par contre tu vois que dans ces trente minutes c'est un freinage qui est demandé au moteur de Change-2. Cela veut sans doute dire que l'engin a été envoyé à la seconde vitesse cosmique (peut-être franchement au dessus). Ceci explique cela. Pour en revenir à Apollo, après la TLI le complexe était lui aussi poussé au dessus de la seconde vitesse cosmique et il devait sans doute freiner aussi pour tomber dans la zone d'influence lunaire. Par contre pour autant que je m'en souvienne bien, les sondes lunaires soviétiques Zond allaient à la Lune avec une vitesse légèrement inférieure à la seconde vitesse cosmique ce qui leur assuraient un retour automatique vers la Terre (puisque les Zond 5-6-7-8) ne cherchaient pas la satellisation. Tu sais, trop de paramètres nous échappent pour juger d'une procédure ou d'un autre. Il y a un vaste choix dans lequel même le budget accordé au propulseur a aussi à y voir.
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Message Jeu 7 Oct 2010 - 11:16


Il y a aussi les transferts à faible stabilité (dit WSB) comme celui envisagé pour ESMO qui nécessite environ 100 m/s de delta-V
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Message Jeu 7 Oct 2010 - 11:30


@Kostya a écrit:Il y a aussi les transferts à faible stabilité (dit WSB) comme celui envisagé pour ESMO qui nécessite environ 100 m/s de delta-V

Ah, je ne connaissais pas. Merci Kostya, je vais mouiller un oeil (si possible).
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Message Jeu 7 Oct 2010 - 11:58


Merci à Astro-Notes et à Kostya. Il faut faire attention à ce que la poussée soit dans le bon sens quand même (pas comme pour Mars96)

Poussée / impulsion spécifique Chang110
:D
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Message Jeu 7 Oct 2010 - 13:04


@Astro-notes a écrit:
@Kostya a écrit:Il y a aussi les transferts à faible stabilité (dit WSB) comme celui envisagé pour ESMO qui nécessite environ 100 m/s de delta-V

Ah, je ne connaissais pas. Merci Kostya, je vais mouiller un oeil (si possible).
[HS]Si tu veux mouiller les deux, va à Salon vendredi matin:

http://www.equipedevoltige.org/mainsite/index.php?option=com_content&view=article&id=148:hommage-a-la-famille-ecalle&catid=24:news-2010&Itemid=29

😢 8-) :ven: 8-) 😢[/HS]
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Message Jeu 7 Oct 2010 - 16:53


@Vonfeld a écrit:Donc il y a un rapport entre la poussée et l'ISP, le temps. Mais il te faut aussi connaitre la masse de ton combustible pour en déduire enfin la poussée.VONFELD

Exact mais c'est justement pour cela que l'on donne les deux. Si l'on a un moteur de forte poussée mais avec une impulsion spécifique faible, il brûlera tous ses ergols très vite. En revanche si pour une même poussée l'impulsion spécifique est double alors il brûlera deux fois plus longtemps donc un delta V plus important pour une même masse d'ergols. On a donc intérêt à avoir l'ISP la plus grande possible. Aujourd'hui pour des moteurs chimiques la meilleure ISP est donnée pour le couple Oxygène et Hydrogène liquides.

Il existe des moteurs ayant des ISP beaucoup plus grandes comme les moteurs électriques mais en revanche la poussée est très faible et on est donc obligé de pousser pendant des heures.
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Message Jeu 7 Oct 2010 - 17:29


@Kostya a écrit:b][HS][/b]Si tu veux mouiller les deux, va à Salon vendredi matin:

http://www.equipedevoltige.org/mainsite/index.php?option=com_content&view=article&id=148:hommage-a-la-famille-ecalle&catid=24:news-2010&Itemid=29

😢 8-) :ven: 8-) 😢[/HS]

Bien triste :(
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Message Jeu 7 Oct 2010 - 17:40


@Lunokhod 2 a écrit:Exact mais c'est justement pour cela que l'on donne les deux. Si l'on a un moteur de forte poussée mais avec une impulsion spécifique faible, il brûlera tous ses ergols très vite. En revanche si pour une même poussée l'impulsion spécifique est double alors il brûlera deux fois plus longtemps donc un delta V plus important pour une même masse d'ergols. On a donc intérêt à avoir l'ISP la plus grande possible. Aujourd'hui pour des moteurs chimiques la meilleure ISP est donnée pour le couple Oxygène et Hydrogène liquides.

Il existe des moteurs ayant des ISP beaucoup plus grandes comme les moteurs électriques mais en revanche la poussée est très faible et on est donc obligé de pousser pendant des heures.
Merci d'avoir recentré un peu le topic Lunokhod 2 ;)
Et donc, d'après toi, est-il possible de connaître la poussée (en N) avec les données que j'ai posté plus haut ? (et si oui, comment ?)
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Message Jeu 7 Oct 2010 - 18:59


Autrement (un peu HS), dans le domaine théorique, je sais qu'il y a une relation directe entre l'Impulsion Spécifique Isp (qui caractérise vraiment
les perfs (ou le rendement) d'un moteur-fusée (et surtout de leurs ergols)) et la vitesse d'éjection V des gaz de la tuyère (en m/s) :

Isp (en secondes) = V x g (ou g représente l'accélération de la pesanteur moyenne à l'altitude zéro soit environ 9,81 m/s/s)
...
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Message Jeu 7 Oct 2010 - 21:12


@pioneer6014 a écrit:
@Lunokhod 2 a écrit:Exact mais c'est justement pour cela que l'on donne les deux. Si l'on a un moteur de forte poussée mais avec une impulsion spécifique faible, il brûlera tous ses ergols très vite. En revanche si pour une même poussée l'impulsion spécifique est double alors il brûlera deux fois plus longtemps donc un delta V plus important pour une même masse d'ergols. On a donc intérêt à avoir l'ISP la plus grande possible. Aujourd'hui pour des moteurs chimiques la meilleure ISP est donnée pour le couple Oxygène et Hydrogène liquides.

Il existe des moteurs ayant des ISP beaucoup plus grandes comme les moteurs électriques mais en revanche la poussée est très faible et on est donc obligé de pousser pendant des heures.
Merci d'avoir recentré un peu le topic Lunokhod 2 ;)
Et donc, d'après toi, est-il possible de connaître la poussée (en N) avec les données que j'ai posté plus haut ? (et si oui, comment ?)

Grosso modo l'ISP est donnée par le couple chimique utilisé, on va dire que c'est une donnée fixe. En revanche la poussée est fonction de beaucoup de facteurs comme le type de tuyère (le divergent), la vitesse d'éjection des gaz, l'utilisation ou non d'une turbo pompe etc... Il n'y a pas de relation directe. Simplement pour une masse d'ergol donnée et une poussée donnée, un couple ayant l'impulsion spécifique la plus grande brûlera le plus longtemps. Comme emporter des kilos dans l'espace coûte cher, on a intérêt à utiliser un couple avec une ISP forte.

Mais malheureusement on ne peut pas avoir le beurre, l'argent du beurre et le sourire de la crémière, le couple O2/H2 implique des contraintes, maintenir les deux ergols à très basses température et avoir un réservoir important pour l'hydrogène qui a une masse volumique très faible. C'est pourquoi sur les satellites par exemple on utilise des ergols stockables à température ambiante mais ayant une ISP plus faible.
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Message Jeu 7 Oct 2010 - 21:13


@lambda0 a écrit:L'impulsion totale (en N.s) est égale au produit de la vitesse d'éjection par la masse éjectée (...).
Mais ces chiffres sont un peu bizarres mis ensemble, je me demande s'ils s'appliquent à la même propulsion (propulsion principale / controle d'attitude ?)
Tu as certainement raison.
Sur cette page du site solarsystem.nasa.gov, la présentation des données est à peine moins ambigüe, mais laisse effectivement penser que 190 m/s c'est pour le système de propulsion principal et 5000 N.s pour le RCS.

solarsystem.nasa.gov a écrit:Propulsion/RCS: 190 m/s divert;
5000 N-s RCS total impulse
Et effectivement, il y a une incohérence entre les 5000 N.s et les 86 kg d'ergol (Isp ~ 6 s !).
Mais avec ces seuls chiffres, impossible de remonter à la poussée. 🇳🇴
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Mmmm dommage... Merci pour les explications en tout cas !
J'ai encore fait quelques recherches ce soir, mais impossible de trouver la poussée. Est-il possible que DI n'avait pas de moteur principal mais utiliser son RCS à la place ?
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pioneer6014

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je ne sais pas si ce document peut faire avancée la discussion
http://documents.ariadacapo.net/cours/introduction_vol_spatial/cours_2.pdf

et voici quelques valeurs
Technologie Mission Poussée Vitesse ve
Hydrazine SPOT 5 15 mN 2200 ms-1
Hall (xénon) EXPRESS 1 80 mN 15000 ms-1
Ionique (xénon) DEEP SPACE 1 90 mN 31000 ms-1
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Message Ven 8 Oct 2010 - 14:38


Merci pour ce document, tatiana13. Ça m'aidera sûrement à mieux comprendre cette notion d'impulsion spécifique, encore un peu abstraire pour moi.
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pioneer6014

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Message Ven 8 Oct 2010 - 14:58


pour ton info
La sonde Deep Impact a été mise en sommeil en attendant une nouvelle mission. Rebaptisé Epoxi, la sonde a survolé la Terre le 27 juin 2010. Epoxi doit rejoindre la comète Hartley2 le 04 novembre. Deux télescopes et un spectromètre observeront et étudieront la comète, afin de transmettre les données à la Terre, ainsi que de nombreux clichés pris par les caméras. La comète Hartley 2 sera visible à l'oeil nu, en octobre 2010

suivi dans ce FIL
https://www.forum-conquete-spatiale.fr/cometes-asteroides-planetes-naines-f39/nouvelles-de-la-mission-epoxi-deep-impact-t4556.htm?highlight=epoxi
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Message Ven 8 Oct 2010 - 16:17


Oui oui, ça je suis au courant ;)
A cette occasion je suis justement en train d'écrire un article sur cette sonde pour mon site. C'est la raison pour laquelle je recherchais des données techniques.
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Message Ven 8 Oct 2010 - 17:42


@Lunokhod 2 a écrit:

Grosso modo l'ISP est donnée par le couple chimique utilisé, on va dire que c'est une donnée fixe. En revanche la poussée est fonction de beaucoup de facteurs comme le type de tuyère (le divergent), la vitesse d'éjection des gaz, l'utilisation ou non d'une turbo pompe etc... Il n'y a pas de relation directe. Simplement pour une masse d'ergol donnée et une poussée donnée, un couple ayant l'impulsion spécifique la plus grande brûlera le plus longtemps. Comme emporter des kilos dans l'espace coûte cher, on a intérêt à utiliser un couple avec une ISP forte.


Je ne suis pas tout à fait d'accord :sage: Non

l'Isp est donnée par la vitesse d'éjection un point c'est tout.
Celle ci résulte de plusieurs grandeurs combinées comme l'énergie chimique caractéristique du couple chimique, et la transformation d'une partie variable de cette énergie en vitesse, qui dépendra de la pression dans la chambre de combustion, du rapport de détente de la tuyère et de la masse moyenne des molécules éjectées.

Ensuite, la poussée est le produit de cette vitesse d'éjection par le débit d'ergols, donc elle est liée à la taille du moteur (un gros moteur pousse plus fort à technologie équivalente).


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Laurent J

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Message Ven 8 Oct 2010 - 18:20


@pioneer6014 a écrit:Oui oui, ça je suis au courant ;)
A cette occasion je suis justement en train d'écrire un article sur cette sonde pour mon site. C'est la raison pour laquelle je recherchais des données techniques.

Les quelques données glanées sur le net laissent effectivement penser que la sonde utilise successivement plusieurs systèmes de propulsion, de poussées différentes.

En particulier, lors des premières manoeuvres après le tir, les sites anglophones parlent de "rockets", un peu comme des fusées d'accélération à poudre.
Ensuite ces sites parlent d'un "rocket engine" qui lors des manoeuvres d'approche a permis à la sonde, qui pesait environ une tonne à ce moment là de modifier sa vitesse de 5m/s en 95s de poussée, ce qui nous donne une poussée d'un peu plus de 50 N

En revanche, les dernières nouvelles mentionnent une correction de trajectoire lors de son récent survol de la Terre, qui serait de seulement 0,1m/s pour 11,3s de poussée.
Si on imagine que la sonde, sans son impacteur et avec un peu moins de carburant fait dans les 600 kg, cela nous donnerait une poussée moyenne de seulement 5 N.

As tu plus d'éléments ?
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Message Ven 8 Oct 2010 - 23:09


@Laurent J a écrit:
@Lunokhod 2 a écrit:
Grosso modo l'ISP est donnée par le couple chimique utilisé, on va dire que c'est une donnée fixe. (...)
Je ne suis pas tout à fait d'accord :sage: Non
l'Isp est donnée par la vitesse d'éjection un point c'est tout.
(...)
Pour réconcilier tout le monde ;) : vous faites tous les deux des approximations, qui se justifient du point de vue des ordres de grandeurs numériques, mais qui ne sont que cela: des approximations (d'où la contradiction apparente sur le plan théorique).

Une des écritures de l'Isp est très "parlante" pour comprendre son origine, c'est la forme: Isp= (C*.Cf)/g
(remarque: cette écriture ne concerne que les modes de propulsion chimique avec détente dans une tuyère).

C* est la "vitesse caractéristique" (en m/s) qui caractérise la réaction chimique qui se produit dans la chambre de combustion (et qui découle de la pression qui y règne, du couple d'ergol, du rapport de mélange, etc.)
Cf est le coefficient de poussée (sans dimension), qui caractérise la détente dans tuyère.

L'Isp (et donc la poussée, qui est égale au produit g x débit x Isp) dépend des deux aspects: réaction chimique dans la chambre et détente des gaz dans la tuyère, mais il est vrai que numériquement c'est le C* (donc essentiellement le couple d'ergol) qui "fait" principalement l'Isp et que le Cf joue dans une plage assez faible (je résume).
Enfin, pour un mode de propulsion avec détente dans une tuyère, g.Isp n'est pas strictement égal à la vitesse d'éjection, mais à la somme "vitesse d'éjection + (pression en sortie de tuyère - pression ambiante)*(section de sortie tuyère)/(débit)". Là aussi, les ordres de grandeur numériques font qu'on peut (dans une certaine mesure) assimiler l'Isp au premier terme (vitesse d'éjection), mais il faut se rappeler que ça reste une approximation. :study:


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Message Ven 8 Oct 2010 - 23:26


@Laurent : non, pas plus d'éléments malheureusement. Si ce n'est peut-être qu'en regardant bien les photos de la sonde, je ne vois pas de moteur principal.
Exemple d'image : http://www.nasa.gov/mission_pages/deepimpact/multimedia/cleanroom.html
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