La NASA s'intéresse à la fusion pour le voyage martien (concept Université Washington)

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Le voyage vers Mars en utilisant des techniques de fusion revient-il dans l'actualité ?

http://www.extremetech.com/extreme/152845-nasa-funded-fusion-rocket-could-shoot-humans-to-mars-in-30-days

Spoiler:
The UW fusion rocket design is mechanically simple and also ingenious. In essence, there’s a pellet of deuterium-tritium (hydrogen isotopes; the usual fuel used with fusion), and some large metal rings made of lithium. When the pellet is in the right place, flowing through the combustion chamber towards the exhaust, a huge magnetic field is triggered, causing the metal rings to slam closed around the pellet of fuel. These rings then implode with such pressure that the fuel compresses into fusion — much in the same way that a car compresses diesel into combustion. The fusion causes a massive explosion, ejecting the metal rings out of the rocket at 67,000 mph (108,000 kmh), generating thrust. This reaction would be repeated every 10 seconds, eventually accelerating the rocket to somewhere around 200,000 miles per hour — about 10 times the speed of Curiosity as it hurtled through space from Earth to Mars.

Fusion deutérium-tritium générée par la contraction implosive d'anneaux en lithium (sous l'effet de champs magnétiques). On répète l'opération toutes les 10 secondes ... et vogue la galère 🤡

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montmein69
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on est encore très loin des expériences pratiques :|
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Le papier de John Slough et ses étudiants avec les maths du dispositif.
http://www.nasa.gov/pdf/636883main_FDR_talk_NIAC_2012_final.pdf

Bon, faudra aussi voir avec ces satanés neutrons à 14 Mev...

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Le noeud du problème doit être dans l'hypothèse adiabatique qui permet d'établir l'expression du gain de fusion, formule (4)...
En fusion inertielle, on se donne beaucoup de mal pour comprimer sans chauffer au début de la compression, sinon le gain s'effondre et on est loin du gain théorique. Mais avec le champ qui tient tout en place, les conditions doivent être moins critiques qu'en fusion par laser.
Ce qui est intéressant ici est que le gain est censé être voisin de 1 avec une expérience somme toute modeste par rapport aux ITER et NIF.
Si c'est complètement dans les choux, on devrait être vite fixé.
Si ça marche vraiment, c'est le scoop de la décennie, et pas seulement pour la propulsion.

EDIT:
@Henri a écrit:
...
Bon, faudra aussi voir avec ces satanés neutrons à 14 Mev...
Ca me fait penser qu'il n'est pas très clair que son expression de l'énergie de fusion en (2) exclut l'énergie des neutrons.
Et avec le modèle simplifié en p16, toute cette énergie de fusion parait se retrouver dans le faisceau de propulsion (au rendement de la tuyère magnétique près, 0.9), ce qui serait une hypothèse assez osée, puisque les neutrons ne sont pas guidés.
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Est-ce que cela a l'instinct grégaire les neutrons ou partent-ils n'importe comment en s'évitant ?

Je pense à la différence entre photons (grégaires comme dans le LASER) et électrons (qui s'évitent férocement).
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Ce sont des fermions, donc pas très grégaires, mais en quittant le noyau, ils sont quand même priés de ne pas se sauver n'importe comment, et de respecter la conservation de la quantité de mouvement par exemple.
Après, une fois dehors, ça n'a plus beaucoup d'importance, sauf pour ceux qui essayent de s'incruster dans d'autres noyaux ou de tout casser sur leur passage, ces neutrons de fusion sont du genre un peu agressifs.
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Ah, ok lamda0, du genre famille des fermions
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Le pompon serait que ça marche avec le cocktail deutérium-Hélium3, mais faut pas rêver... 😢

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On se met à rêver … mais on ne voudrait pas se réveiller de ce rêve comme avec la fusion froide : http://fr.wikipedia.org/wiki/Fusion_froide
Espérons que cette fois sera la bonne et que ce rêve deviendra réalité !

Toutefois si cet espoir ne se réalisait pas ou demandait encore beaucoup de temps avant d’aboutir, le plasma obtenu sans fusion thermonucléaire serait éjecté à très grande vitesse, donc permettrait une grande ISP pour un moteur plasmique fonctionnant selon ce principe.

Dans ce cas, certes l’énergie nécessaire devrait venir en totalité d’une source extérieure d’énergie solaire ou nucléaire comme c'est le cas pour le VASIMR ... qui attend aussi la fusion nucléaire pour des projets plus ambitieux !
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Giwa
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le mieux c'est d'envoyer une Porte des étoiles sur Mars pour y aller La NASA s'intéresse à la fusion pour le voyage martien (concept Université Washington) BlblLa NASA s'intéresse à la fusion pour le voyage martien (concept Université Washington) Smiley8a

ok ..... hors sujet !!!!!
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@Giwa a écrit:On se met à rêver … mais on ne voudrait pas se réveiller de ce rêve comme avec la fusion froide : http://fr.wikipedia.org/wiki/Fusion_froide
Espérons que cette fois sera la bonne et que ce rêve deviendra réalité !
...
Dans leur simulations, le gain de fusion théorique est pris égal à 200, ce qui est environ 10000 fois plus élevé que ce qu'on a fait jusqu'à présent en fusion inertielle.
Mais c'est pour 2030 dans leur "roadmap". Prudents les gars.
Cependant, s'ils arrivent seulement à G=1 d'ici 2 ans, ce serait déjà un résultat extraordinaire. On peut arrête de perdre du temps et du pognon avec le NIF, le LMJ et ITER.
Et si leur réacteur à fusion est aussi compact qu'ils l'envisagent, pendant qu'on y est, on va aussi vouloir en mettre, et même d'abord, sur les navires, sous-marins, et même les avions, il n'y aurait pas de problème pour trouver des G$ de budgets militaires pour les développements.
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Peut-on préciser pour les béotiens :
1 - ce qui est évacué par la tuyère ? un plasma de noyaux de Li, des particules alpha, des électrons ..... ????
2 - Les rayonnements qui peuvent partir dans toutes les directions (ou pas) ? des neutrons ? des gammas ?

Cela pour envisager ce qui sera nécessaire comme protections à la fois pour le vaisseau qui est propulsé et ses occupants ... et aussi pour "l'environnement" .... car si dans l'espace on n'est pas trop gêné par les voisins, l'hypothèse qui a été avancée de propulsion d'engins terrestres posera le problème.


Pour compléter (et aussi arbitrer - si cela est du domaine du possible 🤡 - les arguments souvent divergents affirmés dans d'autres discussions ) le PDF donne une estimation des risques à gérer :
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Un papier un peu plus ancien mais plus technique (pas encore eu le temps de me pencher dessus) :
http://msnwllc.com/Papers/FDR_JPC_2012.pdf
À noter que la recherche la plus pertinente sur votre moteur de recherches préféré est la suivante :
"John T Slough" filetype:pdf

Edit : tous leurs documents PDF relatifs à la propulsion spatiale sont là :
http://msnwllc.com/propulsion-publications


Dernière édition par Henri le Ven 3 Mai 2013 - 16:48, édité 1 fois

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@montmein69 a écrit:Peut-on préciser pour les béotiens :
1 - ce qui est évacué par la tuyère ? un plasma de noyaux de Li, des particules alpha, des électrons ..... ????
2 - Les rayonnements qui peuvent partir dans toutes les directions (ou pas) ? des neutrons ? des gammas ?

...

@Henri a écrit:Un papier un peu plus ancien mais plus technique (pas encore eu le temps de me pencher dessus) :
http://msnwllc.com/Papers/FDR_JPC_2012.pdf
À noter que la recherche la plus pertinente sur votre moteur de recherches préféré est la suivante :
"John T Slough" filetype:pdf

Article certainement intéressant, mais très technique et qui demanderait des clarifications pour les béotiens ... car comme montmein69, je me pose "quelques " questions.

Ai-je bien compris que finalement, c'est quand même la réaction de fusion Deuterium/Tritium qui est retenue malgré que cette réaction de fusion produit - en plus de noyaux d’hélium positifs - des neutrons (contrairement à d'autres réactions de fusion qui n'en produisent pas, mais plus difficiles à "allumer" )... qui comme leur nom l'indique, sont neutres électriquement et donc ne peuvent être déviés par des champs magnétiques ou électriques : comment alors les évacuer le plus possible vers la tuyère ? (utilisation de réflecteurs au graphite, béryllium ou autre ? )

Le lithium sert -il bien de propulsif après s'être ionisé sous l'énergie dégagée par les mini - explosions de fusion et son éjection par la tuyère magnétique ?

L'énergie nécessaire aux allumages serait fourni par des panneaux solaires et l'énergie de fusion ne serait convertie qu'en énergie cinétique et donc en quantité de mouvement dans l’éjectât? Et non récupérée partiellement pour les "allumages" grâce au taux énergétique de conversion élevé (plus de 200 ) de ce procédé par compression inertielle ?

L'efficacité d'un tel procédé permettrait de se passer d' aérocapture pour un voyage vers Mars et on pourrait procéder en premier à une étape de satellisation, d'où un gage de sécurité pour le retour?

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@Giwa a écrit:Le lithium sert -il bien de propulsif après s'être ionisé sous l'énergie dégagée par les mini - explosions de fusion et son éjection par la tuyère magnétique ?

Réponse affirmative
The fusion causes a massive explosion, ejecting the metal rings out of the rocket at 67,000 mph (108,000 kmh), generating thrust.

L'intérêt de trouver le bon métal, c'est entre autres que la masse de ses noyaux soit suffisante pour obtenir un m x v significatif. Si des noyaux de De , de T et d'He sont éjectés, leur participation à la quantité de mouvement totale sera relativement faible.
Je ne sais pas quelle est la masse totale d'un ring métallique en Li, comparé à celle de la "bille" De/T dont elle provoque la fusion ?

Pour l'allumage, je ne comprends pas comment le champ magnétique seul peut provoquer la "contraction" des rings de Lithium à tel point que la durée de confinement permette de déclencher la fusion.
a huge magnetic field is triggered, causing the metal rings to slam closed around the pellet of fuel.
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@montmein69 a écrit:
@Giwa a écrit:Le lithium sert -il bien de propulsif après s'être ionisé sous l'énergie dégagée par les mini - explosions de fusion et son éjection par la tuyère magnétique ?

Réponse affirmative
The fusion causes a massive explosion, ejecting the metal rings out of the rocket at 67,000 mph (108,000 kmh), generating thrust.

L'intérêt de trouver le bon métal, c'est entre autres que la masse de ses noyaux soit suffisante pour obtenir un m x v significatif. Si des noyaux de De , de T et d'He sont éjectés, leur participation à la quantité de mouvement totale sera relativement faible.
Je ne sais pas quelle est la masse totale d'un ring métallique en Li, comparé à celle de la "bille" De/T dont elle provoque la fusion ?

Effectivement si c'est la fusion nucléaire de la bille De/T qui fournit l'énergie , cette énergie se retrouve ensuite en grande partie sous forme d'énergie cinétique dans l'anneau de lithium qui après implosion est évacué sous forme de plasma.

Et comme tu le précises ce qui compte c'est la quantité de mouvement de l’éjectât et là il y a un compromis à faire car pour une même énergie cinétique ,on augmente la quantité de mouvement si la masse de l'éjectât augmente...mais en contre-partie on consomme plus de masse. ( Cela se démontre en sachant que, si l'énergie cinétique et de la quantité de mouvement sont proportionnelles à la masse, la première est proportionnelle au carré de la vitesse tandis que la seconde reste simplement proportionnelle à cette vitesse)
@montmein69 a écrit:

Pour l'allumage, je ne comprends pas comment le champ magnétique seul peut provoquer la "contraction" des rings de LithiuEm à tel point que la durée de confinement permette de déclencher la fusion.
a huge magnetic field is triggered, causing the metal rings to slam closed around the pellet of fuel.
"triggered " signifie que ce champ est déclenché et donc variable.
L'induction magnétique crée alors dans le lithium qui est un métal - donc conducteur- , un courant électrique intense qui à son tour crée un champ magnétique qui s'oppose à la variation du flux magnétique qui traverse l'anneau et les forces de Laplace font alors imploser cet anneau ce qui réduit encore plus la variation du flux magnétique à l'intérieur de l'anneau.
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@Giwa a écrit:
"triggered " signifie que ce champ est déclenché et donc variable.
L'induction magnétique crée alors dans le lithium qui est un métal - donc conducteur- , un courant électrique intense qui à son tour crée un champ magnétique qui s'oppose à la variation du flux magnétique qui traverse l'anneau et les forces de Laplace font alors imploser cet anneau ce qui réduit encore plus la variation du flux magnétique à l'intérieur de l'anneau.

C'est le même champ variable qui doit à la fois créer des forces de Laplace radiales et dirigées vers le "centre de l'anneau" pour créer le confinement, et aussi le guidage des ions positifs du plasma créé lors de la fusion vers la tuyère ?
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@montmein69 a écrit: C'est le même champ variable qui doit à la fois créer des forces de Laplace radiales et dirigées vers le "centre de l'anneau" pour créer le confinement, et aussi le guidage des ions positifs du plasma créé lors de la fusion vers la tuyère ?
Non, le champ magnétique qui expulse le plasma après fusion est le champ magnétique divergent de la tuyère.

Attention, les champs magnétiques présents initialement dans la chambre, le col et la tuyère sont fixes, mais non uniformes.

Les anneaux de métal sont projetés sur un plasmoïde FRC où le champ magnétique est inversé (FRC= Field Reversed Configuration) et c'est donc leur déplacement qui modifie le flux magnétique qu'ils reçoivent. Tous ces petits anneaux projetés au niveau du col (là où les lignes de champ sont les plus resserrées ) compriment le plasmoïde qui s'y trouve jusqu'à la fusion nucléaire, puis le plasma se détend dans la tuyère .

Il faudrait savoir comment ce plasmoïde de FRC a été créé !
Ce plasmoïde est-il un mélange ionisé de De/T qui se confine par lui-même dans un champ magnétique inversé créé par les boucles du courant électrique provenant du déplacement de ses ions ? Cela fait penser au phénomène naturel de la foudre en boule qui peut se déplacer assez lentement au voisinage du sol

Très complexe !

En becquet le schéma, la légende et sa traduction Google (pas très élégante, mais bon compréhensible tout de même... franchement pas le temps de remettre en forme ...pardon)
Spoiler:

La NASA s'intéresse à la fusion pour le voyage martien (concept Université Washington) Mif10
Schematic of the inductively driven metal propellant compression of an FRC
(FRC= Field Reversed Configuration) plasmoid for propulsion.
Schéma de la compression de gaz propulseur métallique entraînée par induction d'une FRC

(FRC = configuration à champ inversé) Plasmoïde pour la propulsion.

(a)Thin hoops of metal are driven at the proper angle and speed for convergence onto target plasmoid at thruster throat. Target FRC plasmoid is created and injected into thruster chamber.
a) cerceaux de métal mince sont entraînés à l'angle approprié et la vitesse de convergence sur plasmoide cible au propulseur gorge. Cible FRC plasmoïde est créé et injecté dans la chambre de propulseur.
(b) Target FRC is confined by axial magnetic field from shell driver coils as it translates through chamber eventually stagnating at the thruster throat.
(b) la cible FRC est confiné par le champ magnétique axial à partir de bobines de pilote coquille car elle se traduit par la chambre finalement stagner au niveau du col du propulseur
(c)Converging shell segments form fusion blanket compressing target FRC plasmoid to fusion conditions.
(c) convergeant coquille segments formulaire fusion couverture compression cible FRC plasmoïde à des conditions de fusion.
(d) Vaporized and ionized by fusion neutrons and alphas, theplasma blanket expands against the divergent magnetic field resulting in the direct generation of electricity from the back emf and a directed flow of the metal plasma out of the magnetic nozzle.
(d) vaporisé et ionisé par des neutrons de fusion et des alphas, la couverture de plasma se dilate contre le champ magnétique divergent aboutissant à la génération directe de l'électricité à partir de la force contre-électromotrice et un écoulement dirigé du plasma de métal hors de la buse magnétique.







Dernière édition par Giwa le Lun 6 Mai 2013 - 9:53, édité 1 fois
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A propos de la foudre en boule ou foudre globulaire, deux extraits qui vont dans le sens d’une analogie avec les plasmoïdes que j’évoquais dans le post précédent …même si il y a un autre modèle chimique avec combustion de silicium dans l’air, mais qui n’explique pas l’énergie que contiennent ces globules de foudre.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Foudre_en_boule
Mis à part le modèle chimique, il existe la théorie des plasmas qui elle, explique parfaitement l'énergie contenue. La boule de foudre serait remplie de plasma. Ce dernier se forme à partir d’un gaz ordinaire dont la chaleur provoque l’expulsion d’un ou de plusieurs électrons de plusieurs atomes. Ces atomes sont alors ionisés, et on dit que l’état plasma est atteint lorsque suffisamment d’atomes ont été ionisés. La boule de plasma serait parcourue par des lignes de courant bouclées sur elles-mêmes et s’interpénétrant de façon à se confiner les unes les autres par les champs magnétiques qu’elles créent.

Le phénomène de la « Foudre en Boule » est en effet particulièrement étudié par les équipes qui travaillent sur la fusion contrôlée, et sur la propulsion spatiale. Le vocable de « Plasmoïde » est la dénomination scientifique de la foudre en boule. Il existe deux types de plasmoïdes : le type alpha (Anneau de courant électrique confiné par son champ) et le type béta (Décharge électrique enroulée selon la surface d’un tore et confinant son propre champ magnétique.) dans les deux cas, les lois de Maxwell font que la décroissance du courant induit une augmentation du champ magnétique, ce qui concourt à la persistance du phénomène pendant un temps variable.
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On sait créer des plasmas autoconfinées depuis un certain temps, en laboratoire.
Et même dans l'atmosphère :
Voir par exemple :
http://munews.missouri.edu/news-releases/2013/0415-plasma-device-developed-at-mu-could-revolutionize-energy-generation-and-storage/
Voir aussi applications militaires (cf projet MARAUDER).

Mais le générateur de plasma n'est pas la partie la plus spéculative du système, le point le plus critique à démontrer expérimentalement est un gain de fusion surunitaire, et même compatible avec leurs analyses de mission martienne. Ils visent quand même très haut (G = 200 !), ça doit aussi servir à susciter l'intérêt pour rassembler des financements...
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John Slough est un multirécidiviste...
cofondateur de Helion, pour le développement d'un réacteur à fusion à finalité de production électrique cette fois.
Le principe est un peu différent, mais on y retrouve la génération et accélération de plasmoides (belle image mais concept néanmoins connu depuis longtemps)
http://www.the-weinberg-foundation.org/2013/04/30/the-nearness-of-fusion-the-materials-and-coolant-challenges-facing-one-fusion-company-mirror-fission/
La compagnie a reçu un financement de 7 M$ de la part du DOE, DoD, et de la NASA et compte lever 35 M$.
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Un article intéressant en anglais sur le thème de la fusion sur le site de la BBC :

http://www.bbc.com/future/story/20130726-will-we-ever-have-nuclear-fusion
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jacobmarley

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Rien ne vaut le Maxwell qualité filtre, Giwa !
*
Plus sérieusement la fusion n'est pas encore au point et ce n'est pas faute de nous l'annoncer depuis des années, un peu comme les moteurs à propulsion ionique... de très vieux serpents de mer ;
;)
katalpa
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@katalpa a écrit:Rien ne vaut le Maxwell qualité filtre, Giwa !
*
Plus sérieusement la fusion n'est pas encore au point et ce n'est pas faute de nous l'annoncer depuis des années, un peu comme les moteurs à propulsion ionique... de très vieux serpents de mer ;
;)
:)  En tout cas même , c'est trop "chôkô" ("classe" en nouchi ) ce kâfé surtout si on le dêguuste avec des habits de Paaris de chez le grand coutourier TAATY ...Dêh !

Mais redescendons de notre tour de l'hôtel Ivoire  et effectivement pour le moment la fusion contrôlée n'est pas encore au point . Par contre côté moteurs ioniques , il en existe déjà qui fonctionnent correctement, mais pour de très  faibles poussées.
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Giwa
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le premier moteur ionique date de 1998 ; les sondes japonaises Hayabusa (depuis 2004) et européenne SMART-1 (depuis 2003) ont utilisé des moteurs ioniques ;
*
Je cite directement Wikipédia : "La NASA travaille au développement d’un moteur ionique qui sera alimenté en énergie grâce à un réacteur nucléaire. Cela rendrait l’utilisation du moteur ionique possible pour les vols spatiaux à très grande distance du Soleil, là où des panneaux photovoltaïques ne peuvent plus fournir assez d’énergie."
*
Seulement la Nasa fait beaucoup d'annonce pour peu de résultat et c'est un peu ce que je leur reproche, mais ça ne m'empêche pas d'espérer que quelqu'un fera voler un jour un vaisseau spatial vers Jupiter et les trois autres planètes gazeuses avec des moteurs ioniques ;
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