Aérostat à vide pour missions martiennes, vénusiennes et titaniennes !

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Si pour Mars, dans le message précédent , on peut envisager comme liquide de remplissage des tubulures, du méthanol pour assurer la rigidité de la structure par pression hydraulique, pour Titan on pourrait utiliser du méthane liquide que l'on pourrait même prélever directement dans son atmosphère sous forme gazeuse ou liquide dans ses lacs !

Giwa
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Comme des dessins et des vidéos imagées valent souvent mieux que de longues explications, voici une vidéo à propos de l'icosaèdre tronqué et un un dessin qui suivra :




Pour l’aérostat, les faces de l’icosaèdre tronqué ne seront pas planes, mais gauchies avec la concavité orientée vers l’extérieur.


Dernière édition par Giwa le Mar 26 Jan 2021 - 7:24, édité 1 fois
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En noir: fibres de carbone, légères  et résistantes. Des bouteilles de plongée en fibres de carbone peuvent être gonflées jusqu’à 300 bars.        




                                              VIDE interne 


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                                                         ‘AIR’ externe 
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Dans un message précédent j'avais proposé l'utilisation du méthanol comme liquide sous pression pour assurer la rigidité des tubulures creuses des arêtes du squelette de l'aérostat à vide soutenant son enveloppe ( " sa peau" ) assurant son étanchéité .
Mais en y réfléchissant de nouveau, on pourrait le remplacer par le méthane qui, liquide , est plus léger avec une masse volumique de 0, 657 kg/L au lieu de 0,792 kg/L . 
Certes Mars est trop chaud  FB_clinoeil pour qu'il reste à l'état liquide sous une pression de 1 bar ; mais sous pression ce n'est plus le cas -du moins la nuit- puisque sa température critique est de -83°C pour une pression critique de 4,6 MPa (46 bar)
Et pour des températures  plus élevées  sous des pressions d'au moins une cinquantaine de bar , cela restera un  fluide supercritique dont la masse volumique a est donnée a=(M.P)/(z.R.T) où z est le facteur de compressibilité, pouvant atteindre entre 2 à 3 sous de très fortes pressions. Cette masse volumique est alors bien plus faible que celle d'un gaz parfait où z = 1 Tout çà s'explique puisque que pour un gaz réel , il reste toujours le volume propre des molécules quand on augmente la pression.

A noter que l'on fabrique des bouteilles légères de plongée en fibres de carbone supportant 300 bar
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Avec l'actualité de ces derniers jours, on ne parle que de Mars et il faudrait peut-être un peu parler aussi de Vénus !  FB_clinoeil 
L'atmosphère de Vénus est intéressante pour le aérostats avec comme gaz principal du dioxyde de carbone de masse molaire importante de 44g/mol et qui s'étend jusqu'à de très hautes altitudes . Certes les conditions sont très différentes entre le sol sous une pression de 462 °C et 92 atm et à 70 km , d'environ 0,01atm et - 60 °C.  Donc pas question d'envisager le même aérostat à vide !
Bon , j' ai une idée ce que vous pensez: :fb_oh:comment peut-on envisager un aérostat à vide près du sol vénusien ?!
c'est vrai que lors de mon premier post, j'avais introduit le sujet ainsi :
Le rêve « fou » d’un ballon rempli ...de vide ...flottant pourrait-il devenir réalité
Tout  çà demande à être clarifié ! A suivre au prochain post !
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Rappelons d'abord le principe de tout aérostat : sa masse volumique moyenne doit être égale à celle du milieu voisin pour être stable, supérieure pour monter et inférieure pour descendre 

Il existe deux méthodes jusqu’à maintenant pour obtenir ce résultat : les montgolfières remplies d'un gaz chaud et les autres aérostats remplis d'un gaz de masse molaire inférieure à celle du milieu extérieur . Donc ce sont les paramètres masses molaires et températures qui ont été exploitées .
Avec les aérostats à vide , on cherche à exploiter le paramètre pression . En effet le vide absolu n'existe pas et on devrait plutôt dire aérostat à pression réduite à l'intérieur de l'enveloppe. Evidemment le problème qui se pose alors, est que l'enveloppe soit capable de supporter la différence de pression entre l’extérieur et à l'intérieur tout en restant suffisamment légère .

Or les bathyscaphes qui permettent de descendre à très grande profondeurs exploitent pour leur flotteur le paramètre masse volumique en étant remplis d'une essence de masse volumique plus petite que celle de l'eau de mer.

Pourrait-on envisager des bathyscaphes vénusiens sur le même principe que celui des aérostats à vide ? Bien sûr en ne faisant pas le vide à l'intérieur , mais seulement avec une pression plus réduite qu'à l’extérieur puisque la masse volumique du fluide dioxyde de carbone (qui est alors à l'état supercritique) augmente avec la pression selon a = (M.P)/(Z.R.T) 
Avec une coque en fibre de carbone assez légère et qui puisse résister à la température de surface inférieure à 500° en milieu non oxydant : c'est envisageable;
En effet la pression atmosphérique au sol au niveau du sol est de 92 bar , ce qui correspond à la pression qui règne à 910 m de profondeur dans les océans . Or il faut rappeler que les bathyscaphes supportent une pression plus de dix fois plus forte au fond de la fosse des Mariannes . De pus la masse volumique de l'air vénusien (ou plutôt du fluide supercritique  est de 67 kg/m3 soit environ 50 fois celle de l'air terrestre à proximité du sol. 
En conséquence les aérostats vénusiens dans la troposphère pourraient être bien moins volumineux que les aérostats terrestres .
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Si pour la basse atmosphère, un aérostat à vide vénusien ressemble à un sous--marin , donc à un U-Boot (Under - Boot : bateau en dessous en allemand), pour la haute atmosphère ,son architecture devra être différente  et adopter celle d'O-Boot (Ober - Boot: bateau  au dessus en allemand): voir The Origins

Puisque le constituant principal  de l'air vénusien est le dioxyde de carbone, on l'utilisera pour la pressurisation des tubulures du squelette de cet aérostat.
Entre les altitudes comprises entre 55 à 70 km , ce dioxyde de carbone pourra pressuriser les tubulures à l'état liquide
Au dessus de 75km, il sera nécessaire de réchauffer les tubulures puisque la température extérieure est en dessous de celle du point triple du dioxyde de carbone.

Dioxyde de carbone
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Revenons à Mars où le premier aérodyne devrait être testé prochainement : l' hélicoptère Ingenuity  
Côté aérostat , il y a eu des projets dont celui qui a ouvert ce sujet sur les  aérostats à vide . 
 Lors d'un message ayant précédé ceux traitant de Vénus , j'avais proposé pour la mise en pression des tubulures pour assurer la rigidité du squelette de l'aérostat d'utiliser le fluide supercritique méthane comme dans le cas de Titan où dans ce cas ce méthane est liquide . Mais pourquoi pas utiliser directement le dioxyde de carbone de l'atmosphère martienne ?
Toutefois pour l'utiliser , il faudrait prévoir un système de chauffage pour le maintenir à l'état liquide lorsque la température descend sous -50°C au risque, non pas comme pour l'eau d'avoir un éclatement des tubulures, mais d'avoir un mélange hétérogène solide/gaz  ne permettant plus une bonne répartition de la pressurisation des tubulures .

Pour rappel , le point triple du dioxyde de carbone est de -56,6 °C
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