"Parachute" depuis l'orbite basse (ISS)

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Message le Mar 16 Juil 2019 - 1:19


Bonjour à tous,

Je voudrais discuter avec vous d'une idée qui me trotte dans la tête depuis quelques années. J'ai voulu savoir s'il y avait eu quelque chose d'écrit dessus, mais je n'ai rien trouvé.
=> 2 solutions:
- soit c'est impossible, et je suis très intéressé de savoir pourquoi!
- soit c'est possible, mais inutile/cher/etc...

Toujours est-il que l'exercice de pensée me travaille, mais je ne sais même pas par quel bout commencer un semblant de calcul...

problématique: dans le cas d'un accident à la "Gravity", il pourrait être utile d'avoir un moyen léger, personnel (et fiable) de faire revenir un astronaute sur la terre ferme. une sorte de parachute! ;-)

étapes: (illustrée par mes petits soins)


1. Quelque chose oblige un astronaute à quitter en urgence l'ISS en combinaison spatiale (avec une bonne autonomie en oxygène) - orbite:400 km d'altitude, 28000 km/h.

"Parachute" depuis l'orbite basse (ISS) Menace10

2. Il ouvre son "parachute". c'est un ballon de XXX mètres de diamètre qui se remplit d’hélium issu d'une bouteille pressurisée.
3. Le ballon se gonfle à une vitesse acceptable (voir pilotable) pour le matériau composant le ballon
4. l’hélium dans le ballon rentre en équilibre avec la pression ambiante, ce qui dans l'exosphère signifie un volume au max.

"Parachute" depuis l'orbite basse (ISS) Fuite10
dessin pas à l’échelle (le ballon devrait être 100 à 1000 fois plus gros)

5. le ballon génère un ralentissement proportionnel à: la vitesse de l'astronaute/ballon, sa section efficace, la pression de l'air ambiant
6. l'astronaute/ballon est ralentit jusqu'à une vitesse nulle par rapport au sol
7. une vanne électronique pilotable permet de lâcher au fur à mesure de l’hélium pour assurer une descente optimale. le mieux étant si possible de recompresser en partie le gaz... :D
8. On largue le ballon, et on ouvre un parachute classique.
9. On atterri comme une fleur en espérant avoir évité les 70% d’océans de notre planète :D

"Parachute" depuis l'orbite basse (ISS) Parach10



Sans faire les calculs (en fait, je saurais pas par où commencer), il me semble que:

- l'ISS chute de 10km tous les mois (chiffres sortis de mon chapeau! :blbl: ) 100m par jour, donc il faudrait une trainée d'au moins 10 à 100 fois la trainée de l'ISS. du moins au début car la "chute" serait exponentielle.
- si la chaleur de la réentrée ne posera pas de problème au ballon car il aura une grande surface d’émission, cela peut poser des problèmes à notre cosmonaute.

- si ce n'est pas possible pour un cosmonaute, est-ce que ce genre de système pourrait servir de moyen de secours de désorbitation de satellite? en tout cas pour les satellites des constellations à orbite basse...

P-S: contrairement à beaucoup, je ne suis pas allergique aux calculs compliqués, tant que ceux-ci sont présentés d'une manière un tant soit peu digeste...
(et je m'attends aussi à ce qu'on me dise qu'avec les 20L d'helium et les 20Kg du ballon, il faudrait plusieurs années avant de commencer à freiner, puis que l'on freine d'un coup trop vite au point de griller)


Dernière édition par LuckySan le Mar 16 Juil 2019 - 7:54, édité 1 fois
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Voici les quelques calculs que j'ai pu faire sur un coin de nappe

Ils sont archi-simplifiés, sans calculs infinitésimal/intégrale/etc... (la vitesse change non linéairement avec la densité... :wall: )
c'est pour moi juste histoire de poser les ordres de grandeurs

hypothèses:
la masse cosmonaute + ballon est égale à 300kg

calculons déjà l’énergie à dissiper pour passer de (h=400km;v=7600m/s) à (h=100km;vitesse "immobile" par rapport au sol de l’équateur v=415m/s)


"Parachute" depuis l'orbite basse (ISS) Formul10

calculons maintenant la force de trainée d'une sphère de rayon R dans une atmosphère de densité 2*10^-12 kg/m3 (densité à 400km)
j'ai trouvé qu'un disque avait un coefficient de trainée Cd de 0.5... je sais pas pourquoi, mais bon... :roll:

"Parachute" depuis l'orbite basse (ISS) Formul11

Bien sur, l’atmosphère va se densifier au fur à mesure et accélérer le mouvement...
mais, pour initier un mouvement suffisant au départ, je pense être sur les bons ordres de grandeurs...

donc un ballon de diamètre kilométrique... 🍺

rempli avec ??? 8g d’hélium??? là j'ai un doute... enfin, c'est vrai qu'il n'y a pas beaucoup de pression tout la-haut :D

au fur à mesure de la descente, il faudra rajouter de l’hélium pour toujours maximiser le volume du ballon (sans le faire exploser!)

P-S: ce sont des calculs qui sont peut être très loin d'une quelconque réalité... je calcule notamment une force de trainée avec une vitesse constante (pour savoir quand elle vaut zéro 🇳🇴 ), et celle-ci est mise au carrée! :lolnasa: mais ça doit être compensée par l'augmentation de la densité de l’atmosphère... :oops:  bref, j'ai pas la moindre idée de ce que je calcule vraiment!
c'est probablement une hérésie... pas taper... :pale:
à vrai dire, je suis même surpris de tomber sur un ordre de grandeur qui me semble raisonnable...


Dernière édition par LuckySan le Mar 16 Juil 2019 - 9:42, édité 6 fois
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Je persiste à penser qu'un système de la taille d'une montgolfière (réalisable et "portable" en faible gravité) devrait donner quelques résultats intéressants...

mais ça ne tiendra pas dans un cubesat... 8-)
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C'est un sujet très intéressant. Si ça peut t'inspirer, il y a quelques années, il y a eu une discussion sur la possibilité de revenir sur Terre avec une sorte d'avion planeur, suffisamment lentement pour ne pas chauffer, discussion inspirée par une proposition d'expérience réelle avec des avions en papiers. Je ne sais pas si l'expérience a été réalisée finalement.

https://www.forum-conquete-spatiale.fr/t5098-un-avion-en-papier-lance-depuis-iss

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronautique-avions-papier-lances-depuis-espace-14536/
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Message le Mer 17 Juil 2019 - 18:29


C'est aussi un sujet sur lequel beaucoup de réflexions ont été menées.

Pour l'histoire, le N° 548 du magazine Pilote, 1970, contient un article écrit par Jacques Tiziou, que les anciens connaissaient bien, qui traitait du sauvetage spatial. Au centre du magazine, se tenait une double page illustrée, que l'on nommait le "Pilotorama". La voici:

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