Canon électrique propulsion spatiale (Railgun)

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tout d'abord bonjour à tout le monde
Je suis quelqu'un qui s'intéresse a pas mal de domaine.
Et ce qui m'amène à vous parler de l'électro magnétique.
Je pose la question pourquoi ne pas utiliser des lanceurs tel que le rail gun.
Voyant la rapidité et  la vélocité atteinte par les objets qui sont lancés avec ce type de matériel pourquoi ne pas l'utiliser dans le domaine de l'aérospatiale.
Pour remplacer non  lanceurs
Ce qui nous permettrait d'éviter tout ce qui fusée à combustion.
je pense que il faudrait faire un pas vers l'électromagnétisme ce qui sera certainement la solution de demain.

[mod]Titre du fil de discussion traduit en français pour une meilleure compréhension du sujet.

Henri[/mod]

Matthys

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Le premier problème principal c'est l'accélération, qui est sans commune mesure entre ce que subit un satellite aujourd'hui au lancement et un obus de rail gun....
L'autre est la pression dynamique, l'étage se retrouverait à très basse altitude à un mach très élevé subissant des contraintes mécanique auxquelles il aurait probablement du mal à tenir.
Les obus de railgun, si je ne me trompe pas, n'embarque aujourd'hui rien du tout et sont de "simple" enclumes qui font du dégât par énergie cinétique.

La NASA avait un projet de démonstrateur de lanceur hypersonique propulsé par une rampe électromagnétique installée le long d'une des routes de transfert vers les pads 39A ou 39B, mais ils ont rapidement laissé tombé me semble-t'il ;)

Syl35

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Hello. Si on veut lancer un objet dans l'espace rien qu'en tablant sur une impulsion au départ (et non une propulsion continue), on va se heurter à quelques problèmes :

  • Impossible de satelliser : soit on quitte l'attraction terrestre (vitesse atteinte >= vitesse de libération), soit on retombe au sol (vitesse atteinte < vitesse de libération). En effet, pour se mettre en orbite, il faut non seulement avoir atteint une certaine altitude, mais également rehausser le périgée de l'orbite, sans quoi la trajectoire repasse par le centre de la Terre. Rehausser le périgée ne peut être fait qu'en modifiant la trajectoire initiale, il faut donc emporter un second moyen de propulsion ;
  • La vitesse ne faisant que décroître avec le temps, suite à l'impulsion initiale, ça signifie qu'au niveau du sol elle doit être colossale : elle est telle qu'on a besoin d'un bouclier thermique pour résister à la friction de l'air lors de la montée. Avantage : la vitesse est telle que le bouclier ne sert pas longtemps ;-) m'enfin ça risque d'être suffisamment long pour que le bouclier pèse un poids non négligeable ;
  • Le passage de l'état immobile à l'état vitesse max ne sera pas sans conséquence pour la charge utile. Je n'ose pas penser à l'état des astronautes qui se seront pris 200 G au décollage, il faudra les détapisser du fond de leur siège ;-)


Plus sérieusement, je ne connais pas du tout l'état de l'art de cette techno, on atteint des vitesses de quel ordre aujourd'hui ?

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Évidemment ce systèmen est absolument pas pour envoyer des personnes mais plutôt pour envoyer du matériel.
À l'heure actuelle les canons peuvent atteindre une vitesse de Mach 5 et envoyer un engin à 200 km de distance et évidemment c'est une accélération très forte à subir sur une très courte distance.
rien n'empêche de prolonger le système de lancement pour justement ne pas avoir trop de dégâts lors de l'impulsion mais cela ne reste de la théorie.
C'était évident après un certain moment il faudrait un deuxième moyen de propulsion mais je pense que si l'on éliminent déjà les deux tiers du trajet voir les 3 quarts cela fait d'autant moins de poids et du combustible à emporter.
Encore merci pour les réponses toujours aussi précise

Matthys

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Syl35

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Donc projet existe déjà je ne comprends pas pourquoi est-ce qu'il était plus développé.
Ce n'est certainement pas un manque de moyens vu les finances de la NASA.
Merci de m'avoir envoyé les liens je vais m'informer un peu plus sur ce système

Matthys

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Effectivement le principe est déjà utilisé ou alors du moins expérimentale de pour la nasa mais cela est simplement pour lancer des Strato réacteur apparemment.

Matthys

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bon on vas donné des ordres de grandeur.


pour satelisé une masse, il faut lui fournir au moins 7,7Km/s (mach 23) plus une pichenette a l'apogée pour circularisé ça.

or un satellite est taillé pour tenir 4g, se qui correspond a peut prés a se que supporté (difficilement) un type lambda pendant quelque minute. avec cette acceleration, si le canon commencé cher toi a la frontiere belge , il finirai.... (et sa tombe pile) chez moi a marignane  LOL a 740km de la.

imaginon qu'on renforce (alourdise) le satellite pour qu'il tienne 10g, c'est a dire se que peut supporté une minute un pilote de chasse entrainé pour ça, il faudrait que le canon part de chez toi il doit aller jusqu'a dijon (290km).

a 100g (la un système nerveux humain est réduit en bouillie, des composent Electronique renforcé et simplifier a l’extrême et des structure surdimensionné) il faudrait une trentaine de km.


(attention a partir de maintenant je vais cité des projet plus ou moins delirant que je n'ai jamais poussé plus loin que la feuille excel, mais sa peut toujours donné des idées a d'autre) 
Bon pour résoudre le problème on peut installer un système de lancement sur un cable entre deux ballon stratosphérique (attacher a une ile et un bateau pour pouvoir changé l'angle de tir, avec potentiellement des ballons portant relais) pour permettre un tir horizontale sans grand impacte au sol et avec un gros gain aérodynamique  . la question est quelle systeme de lancement?
le canon magnetique (coal gun) : une horreur en terme de tension qui demende une puissance hors de porté et risque de faire fondre les cables.
le canon electique (railgun): j'aime pas  :x , deja il y a le point d'au dessus en un peu moins grave mais en plus il y a besoin d'un contact physique, donc frottement donc (avec la vitesse) beaucoup de chaleur , donc beaucoup d'endommagement. pour l'instant les canons efficace en terme de vitesse finisse a l'etat liquide a chaque tir.
un stato reacteur sur cable: pas mal mais avec une vitesse limite
un moteur fusée sur cable: en gros on a un etage de fusée normale , il y a des moyens beaucoup plus simple de le recuperer
un tire câble (en gros la charge utile et attache a un cable portant fixe et un cable de traction qu'on tire a tres haute vitesse): deja il faut sur dimensionner les ballon a la fin du canon car il supporte les poulies de renvoi. après a la fin du tire il faut une puissance mécanique equivalent a 1 reacteur EPR
phenix
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Bonjour,
Un conseil utile et général :
Ne pas prendre les bouquins de science fiction pour des traités de physique !

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Trois remarques sur ce sujet :

       - c’est un peu une modernisation du canon imaginé par Jules Verne dans « De la Terre à la Lune » et « Autour de la Lune », la poudre étant remplacée par une accélération électromagnétique, ce qui n’atténue que partiellement le problème soulevé par l’énorme accélération de départ ; 

       - je doute fort de la possibilité d’utiliser ce procédé à la surface de la Terre, pour des lancements spatiaux, compte tenu de la gravitation de celle-ci, d’une part, et de sa densité atmosphérique, d’autre part, mais l’idée ne doit pas être perdue de vue, pour des transferts de matières premières depuis le sol de la Lune, ou depuis des astéroïdes, vers des points de Lagrange, et peut-être de certaines lunes de Jupiter ou de Saturne vers d’autres lunes des mêmes systèmes ; ce sera également intéressant peut-être, sous réserve d’une étude de rentabilité, quand les services de Chronopost seront étendus au système de Pluton - Charon, même si je pense qu’il faudra sérieusement perfectionner le dispositif de filets de Mr Steven, le bateau de SpaceX, pour attraper les colis à l’arrivée (évidemment, cette dernière hypothèse est à 95% une plaisanterie) ; par ailleurs c’est la principale façon de construire des stations spatiales géantes du type sphère de Bernal ou Tore de Stanford ; 

       - bien entendu, il ne faut pas confondre livre de science-fiction et traité de physique, mais il n’est pas interdit d’évaluer la possibilité théorique ou l’absurdité de certains scénarios de science-fiction au regard des lois de la physique.
PierredeSedna
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Pour mettre une charge en orbite depuis la Terre, le canon magnétique n'est absolument pas approprié. Par contre, un accélérateur magnétique de type Maglev ferait parfaitement l'affaire.
Cela ne permettrait pas de de satelliser directement une charge mais permettrait de diminuer considérablement la masse du lanceur.
Il faudrait installer une voie d'accélération au flanc d'une montagne assez haute, régulière, un peu isolée, près de l'équateur et de préférence avec la mer à l'Est. le Kilimandjaro par exemple. On pourrait ainsi gagner quelques milliers de km/s et 5000 m d'altitude.
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@PierredeSedna a écrit:Trois remarques sur ce sujet :

       - c’est un peu une modernisation du canon imaginé par Jules Verne dans « De la Terre à la Lune » et « Autour de la Lune », la poudre étant remplacée par une accélération électromagnétique, ce qui n’atténue que partiellement le problème soulevé par l’énorme accélération de départ ; 

       - je doute fort de la possibilité d’utiliser ce procédé à la surface de la Terre, pour des lancements spatiaux, compte tenu de la gravitation de celle-ci, d’une part, et de sa densité atmosphérique, d’autre part, mais l’idée ne doit pas être perdue de vue, pour des transferts de matières premières depuis le sol de la Lune, ou depuis des astéroïdes, vers des points de Lagrange, et peut-être de certaines lunes de Jupiter ou de Saturne vers d’autres lunes des mêmes systèmes ; ce sera également intéressant peut-être, sous réserve d’une étude de rentabilité, quand les services de Chronopost seront étendus au système de Pluton - Charon, même si je pense qu’il faudra sérieusement perfectionner le dispositif de filets de Mr Steven, le bateau de SpaceX, pour attraper les colis à l’arrivée (évidemment, cette dernière hypothèse est à 95% une plaisanterie) ; par ailleurs c’est la principale façon de construire des stations spatiales géantes du type sphère de Bernal ou Tore de Stanford ; 


"- bien entendu, il ne faut pas confondre livre de science-fiction et traité de physique, mais il n’est pas interdit d’évaluer la possibilité théorique ou l’absurdité de certains scénarios de science-fiction au regard des lois de la physique."

Bien sûr, mais pour cela il faut se référer à la physique et non à la science-fiction ! D'autant plus que pour que la science-fiction vive il lui faut, surtout avec le space-opera, tricher avec au moins une loi de la physique.
L'inconvénient est que cela incite les lecteurs non avertis à être induits en erreur, par exemple, en rétorquant quand on dénonce la violation d'une loi physique, c'est-à-dire d'une loi de l'Univers, que dans le futur ce sera possible grâce à de nouvelles découvertes. Or, les lois de l'Univers sont intransgressibles et les progrès futurs en physique n'y changeront rien.

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@PierredeSedna a écrit:       - je doute fort de la possibilité d’utiliser ce procédé à la surface de la Terre, pour des lancements spatiaux, compte tenu de la gravitation de celle-ci, d’une part, et de sa densité atmosphérique, d’autre part, mais l’idée ne doit pas être perdue de vue, pour des transferts de matières premières depuis le sol de la Lune, ou depuis des astéroïdes, vers des points de Lagrange, et peut-être de certaines lunes de Jupiter ou de Saturne vers d’autres lunes des mêmes systèmes ; ce sera également intéressant peut-être, sous réserve d’une étude de rentabilité, quand les services de Chronopost seront étendus au système de Pluton - Charon, même si je pense qu’il faudra sérieusement perfectionner le dispositif de filets de Mr Steven, le bateau de SpaceX, pour attraper les colis à l’arrivée (évidemment, cette dernière hypothèse est à 95% une plaisanterie) ; par ailleurs c’est la principale façon de construire des stations spatiales géantes du type sphère de Bernal ou Tore de Stanford ; 
Pour l'emploi depuis la Terre, il est vrai que c'est un gros défi que je n'imagine pas avant très longtemps  (voir en dessous). Mais ça reste un solution économique pour renvoyer le minerais depuis la lune ou un astéroïde. Par contre je suis pas d'accord avec le système de récupération. 
Si on veut arriver sur un bateau, il faudra un système de pilotage de rentré pour accroître la précisons de posé ,des parachutes pour finaliser l’approche et apponté (afilets?) en douceur et un bouclier thermique efficace pour protéger ces équipements sensible. Tout cela (parachute , système de contrôle et bouclier) doit être envoyer sur la lune ou un asteroide  grand frais.
Le plus simple serait surement de crée une météorite constituer du minerais recherché au centre entouré d'une bogue de métal moins precieux (déchet d'extraction) qui serait lancé avec le canon vers un point d'un désert (les calotte polaire serait mieux pour la récupération mais plus chère en DV). pendant la rentré , a l'image d'une météorite métallique, la surface extérieur serait partiellement arraché mais l’intérieur serait protégé. Il suffirait d'un avion placé au point visé avec des capteurs infrarouge et acoustique (bang sonique) pour suivre la chute et guider les équipes de récupération au sol. ça entraînerait des pertes (débris de météorite non récupéré, météorite mal conçu détruit a la rentré) et un surplus de masse a lancé, mais on a besoin d'une précision plus faible et surtout le colis peut être produit sur place et ne demande pas d'importation depuis la terre. 

@GNU Hope a écrit:Pour mettre une charge en orbite depuis la Terre, le canon magnétique n'est absolument pas approprié. Par contre, un accélérateur magnétique de type Maglev ferait parfaitement l'affaire.
Cela ne permettrait pas de de satelliser directement une charge mais permettrait de diminuer considérablement la masse du lanceur.
Il faudrait installer une voie d'accélération au flanc d'une montagne assez haute, régulière, un peu isolée, près de l'équateur et de préférence avec la mer à l'Est. le Kilimandjaro par exemple. On pourrait ainsi gagner quelques milliers de km/s et 5000 m d'altitude.

Il faut différencier les deux types de technologies.
-le canon électrique , plus efficace demande deux rail continu suffisamment solide pour ne pas être éjecté par la force latéral produite par le tire (donc c'est lourd). Mais surtout il y a besoin d'un contact physique qui crée des frottements (donc chaleur et dégradation) et jusqu’à présent tout les canons électriques sont détruit a chaque tir. 
-le canon magnetique, sont composé de boucle qui attire puis repousse le projectile , c'est moins efficace mais c'est plus léger et ne demande pas de contact, donc si le câblage est suffisante dimensionné pour ne pas fondre, il est réutilisable.

Donc pour l'utilisation terrestre, c'est sûr que la mise en orbite direct est impossible (il faut au moins un kick stage pour circularité l'orbite) , mais on peut s'en servir de premier étage. 
une idée qui peut être intéressante, serait de constituer un canon magnétique avec un ensemble de boucle aligné comme un accordéons d'une vingtaine de km. le debut du canon serait attaché a un centre spatial sur une coté dégagé au moins de l'est (forcement) jusqu'au nord ou sud (au choix). L'autre extrémité serait tenu par des ballons stratosphérique (avec des ballon relais a des altitudes plus faible pour diminuer la charge sur les derniers). Ainsi la bouche du canon se situerait beaucoup plus haut (moins de perte aero) et au dessus de l'ocean (moins de nuisance sonore) et surtout on pourrait choisir l'angle de tir en deplacent  les ballons vers l'est ou le nord (ou sud) du centre spatial.
phenix
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