Thème et variations sur les voyages interstellaires

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Gilgamesh a écrit:
L'intérêt d'Uranus et Neptune, pour la collecte du D par rapport à une solution cométaire, c'est qu'il n'y a pas à craquer l'eau pour isoler l'hydrogène. Mais ça se paye par l'extraction du puits gravitationnel. J'm'en va calculer ça. Par contre si on veut de He 3 je suis d'accord que y'a pas le choix.

Justement, je pense qu'on se fiche du puit gravitationnel et qu'on devrait reconsidérer l'hypothèse initiale que tout devrait être extrait de petits corps : si on dispose d'une propulsion à haute impulsion spécifique, comme c'est censé être le cas par hypothèse, il faut très peu de combustible pour sortir du puit gravitationnel, au moins une fois qu'on est en orbite.

En fait, on aurait pu se rendre compte de la contradiction un peu plus tôt : à partir du moment où on parle d'accélérer un vaisseau à plusieurs milliers de km/s, les quelques km/s nécessaires pour sortir d'un puit gravitationnel à partir d'une orbite basse ne représentent pas grand chose.

Sinon, par ailleurs, il y a déjà eu quelques études de principe de ramjet destiné à voler dans l'atmosphère des géantes gazeuses, la source d'énergie étant un réacteur à fission...

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lambda0

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Salut Lambda,
le public anglophone accroche bien, et le fil de discussion est fournis derrière l'article sur strangepath.com.

Et justement ma dernière intervention parle de cela (xantox est en train de traduire). Ca me ferait plaisir que tu interviennes, si tu te sens capable de rédiger en anglais.

Sinon un article sur l'Arche dans Centuri-dreams ! \o/
http://www.centauri-dreams.org/?p=1070

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Ça ça me fait bien plaisir...

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Gilgamesh

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Gilgamesh a écrit:Salut Lambda,
le public anglophone accroche bien, et le fil de discussion est fournis derrière l'article sur strangepath.com.
Et justement ma dernière intervention parle de cela (xantox est en train de traduire). Ca me ferait plaisir que tu interviennes, si tu te sens capable de rédiger en anglais.
Sinon un article sur l'Arche dans Centuri-dreams ! \o/
http://www.centauri-dreams.org/?p=1070
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Eh, c'est la célébrité ! LOL
Bon, faudrait qu'on se grouille pour corriger quelques erreurs techniques :
- "thermonucléotruc", ça n'existe pas, on éjecte directement le plasma de fusion issu du moteur IEC de Bussard par une tuyère magnétique, ce n'est pas ce qu'on appelle habituellement une propulsion électrique. D'ailleurs le gars de Centauri Dreams l'a mis en italique
- penser à virer l'histoire de surgénération du deutérium : réflexion faite ça ne marche pas, et ce n'est pas seulement un problème technique

Je passerai sur ce forum strangepath s'il n'y a pas trop de trolls et de parasitage.

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EDIT: vue rapide: il va me falloir un moment pour lire les 70 ou 80 réponses, je passerai demain ou après-demain...
lambda0
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lambda0 a écrit:
Gilgamesh a écrit:Salut Lambda,
le public anglophone accroche bien, et le fil de discussion est fournis derrière l'article sur strangepath.com.
Et justement ma dernière intervention parle de cela (xantox est en train de traduire). Ca me ferait plaisir que tu interviennes, si tu te sens capable de rédiger en anglais.
Sinon un article sur l'Arche dans Centuri-dreams ! \o/
http://www.centauri-dreams.org/?p=1070
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Eh, c'est la célébrité ! LOL
Bon, faudrait qu'on se grouille pour corriger quelques erreurs techniques :
- "thermonucléotruc", ça n'existe pas, on éjecte directement le plasma de fusion issu du moteur IEC de Bussard par une tuyère magnétique, ce n'est pas ce qu'on appelle habituellement une propulsion électrique. D'ailleurs le gars de Centauri Dreams l'a mis en italique

Aie. Pour moi le concept était très clair : un étage fusion, un étage éjection :oops:

Tu propose quelle appellation alors, à la fois claire pour le grand public et accepté par les spécialistes ?


- penser à virer l'histoire de surgénération du deutérium : réflexion faite ça ne marche pas, et ce n'est pas seulement un problème technique

Je ferais un erratum alors, mais en ayant expliqué en quoi "ça aurait pu être intéressant, si..." de manière à instruire ceux qui pourrait avoir la même géniale idée :roll: . Et du coup ce serait bien que tu m'expliques ce qui interdit cette voie au plan fondamental.

Il y a un énorme "point de bascule" par rapport la possibilité ou pas de pratiquer la surgénération, tu t'en rend bien compte.


Je passerai sur ce forum strangepath s'il n'y a pas trop de trolls et de parasitage.

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Non, c'est tout a fait clean.

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Gilgamesh

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Gilgamesh a écrit:
Je ferais un erratum alors, mais en ayant expliqué en quoi "ça aurait pu être intéressant, si..." de manière à instruire ceux qui pourrait avoir la même géniale idée :roll: . Et du coup ce serait bien que tu m'expliques ce qui interdit cette voie au plan fondamental.

Il y a un énorme "point de bascule" par rapport la possibilité ou pas de pratiquer la surgénération, tu t'en rend bien compte.


Je passerai sur ce forum strangepath s'il n'y a pas trop de trolls et de parasitage.

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Non, c'est tout a fait clean.

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Salut !

Dénomination de la propulsion :
par fusion nucléaire simplement, "fusion propulsion". "thermonucléoélectrique" suggère, par analogie avec nucléoélectrique, qu'il s'agirait d'une propulsion électrique, dans laquelle les particules acquièrent leur énergie cinétique depuis un champ électrique, le moteur ayant besoin d'une source d'énergie électrique externe, ce qui n'est pas le cas, l'énergie cinétique provient directement de réactions nucléaires.

Pour le deutérium :
je vais essayer de mettre ça au propre. En fait, il y a des réactions prépondérantes, ce qui permet de simplifier et d'écrire une réaction globale comme on le fait en chimie, valable en première approximation.
Et il me semble que toutes les réactions consomment globalement plus de deutérium qu'elles ne produisent de neutrons qui permettraient de regénérer du deutérium par capture par des protons : on est donc nettement sous-générateur et on convertira assez peu d'hydrogène de cette façon. Mais si tu te souviens de la discussion précédente, je me doutais déjà qu'on manquerait de neutrons. Il y a bien quelques autres procédés, théoriquement, mais ce sont des hérésies énergétiques (et il faudrait que tu me trouve quelques centaines de millions de tonnes de plomb ou de bismuth, beurk !).
Par contre, comme je l'ai indiqué plus haut, peut-être qu'on s'en fiche finalement : on trouve tout le deutérium qu'on veut dans l'atmosphère des géantes gazeuses, et la question du puit de gravité est un faux problème.

strangepath : j'y passerai demain ou après-demain, le temps de tout lire.

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lambda0 a écrit:Salut !

Dénomination de la propulsion :
par fusion nucléaire simplement, "fusion propulsion". "thermonucléoélectrique" suggère, par analogie avec nucléoélectrique, qu'il s'agirait d'une propulsion électrique, dans laquelle les particules acquièrent leur énergie cinétique depuis un champ électrique, le moteur ayant besoin d'une source d'énergie électrique externe, ce qui n'est pas le cas, l'énergie cinétique provient directement de réactions nucléaires.

Oui j'ai percuté cela ce soir en y re-réflechissant. Le terme électrique suggèrerait que l'accélération est obtenu par ce biais, ce qui est faux. Ok. Mais un truc comme fusion nucléaire à tuyère magnétique (même si ce dernier terme est implicite pour un spécialiste) serait peut être plus parlant pour du grand public.


Pour le deutérium :
je vais essayer de mettre ça au propre. En fait, il y a des réactions prépondérantes, ce qui permet de simplifier et d'écrire une réaction globale comme on le fait en chimie, valable en première approximation.
Et il me semble que toutes les réactions consomment globalement plus de deutérium qu'elles ne produisent de neutrons qui permettraient de regénérer du deutérium par capture par des protons : on est donc nettement sous-générateur et on convertira assez peu d'hydrogène de cette façon. Mais si tu te souviens de la discussion précédente, je me doutais déjà qu'on manquerait de neutrons.

En fait après notre échange, je suis resté effectivement assez dubitatif sur la possibilité de la surgénération dès lors qu'on était strictement 1:1 sur le papier. DD->0,5 n + 0,5 T et T donne 2n, c'est strictement ric rac, il n'y a la place pour aucune pertes ce qui en soi laisse mal augurer ; du reste je reste assez prudent dans mon article, enfin je crois ? En mon fors intérieur, je couplais ceci avec la possibilité d'un enrichissement isotopique, chose que je n'ai pas abordé dans l'article faute d'avoir abouti à une solution très présentable. J'ai envisagé la possibilité de réaliser une distillation isotopique de l'hydrogène en orbite, dans de vaste cuves binaires, en jouant sur de des changement de phases séquentielles sublimation/congélation et réutilisant l'énergie latente de changement de phase, d'une cuve sur l'autre bref tout un binz. En fait c'est pas très compliqué sur le principe, mais je n'arrive pas à trouver le facteur alpha de fractionnement des deux isotopes dans une distillation de Rayleigh ; je sais juste qu'il doit être élevé (alpha >1,11 a priori) vu le rapport des masses entre 1H et 2H et ce d'autant plus que la pression et la température sont basses (et qu'on passe directement du gaz au solide). Mais comme alpha intervient en exposant, il faut partir de données exactes. D'autre part, je sais aussi que ce n'est pas de cette façon que l'on obtient de l'eau lourde mais par electrolyse. Il faut donc établir si on y gagne sans passer par la production d'énergie électrique.

Toutefois, même sans cela, je pensais quand même que l'hypothèse de la surgénération était à mentionner tellement ça changerait les données du problème. Je ne suis pas armé pour aborder les problème a priori fondamentaux que ça poserait au niveau réactionnels, et comme c'est quand même une des pièces maîtresses de la réflexion, j'apprécierais fort un avis éclairé et détaillé de ta part.


Il y a bien quelques autres procédés, théoriquement, mais ce sont des hérésies énergétiques (et il faudrait que tu me trouve quelques centaines de millions de tonnes de plomb ou de bismuth, beurk !).

Ca d'accord. Boutons les millions de tonnes de plomb et de bismuth hors de l'Arche ! :)


Par contre, comme je l'ai indiqué plus haut, peut-être qu'on s'en fiche finalement : on trouve tout le deutérium qu'on veut dans l'atmosphère des géantes gazeuses, et la question du puit de gravité est un faux problème.

D'accord. J'aimerais bien arriver à une solution propre sur tous les aspects : distillation, mise en orbite...

Et concernant l'He3 : la possibilité de stocker ce bestiaux. L'hydrogène se congèle en dessous de 14K. Pour l'hélium c'est plus compliqué. Stocker un superfluide sur des siècles... A moins d'en faire le carburant de la phase d'accélération. Dans ce cas, il ne faut le conserver que 30-40 ans dans les hypothèses retenues.


strangepath : j'y passerai demain ou après-demain, le temps de tout lire.

Ok, super :)

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Gilgamesh

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4He devient superfluide aux alentours de 2,17 K, mais 3He nécessite de descendre à 100 µK...

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Henri a écrit:4He devient superfluide aux alentours de 2,17 K, mais 3He nécessite de descendre à 100 µK...

Merci Henri ! J'ai recherché cela hier sans pouvoir tomber dessus.

Et est ce que c'est soluble (même un p'tit peu) dans le réseau cristallin de l'hydrogène par exemple ? Là comme ça, je dirais non, mais j'ai pas plus d'éléments solides (arf!) que ça pour l'affirmer.

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Gilgamesh

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Gilgamesh a écrit:
Henri a écrit:4He devient superfluide aux alentours de 2,17 K, mais 3He nécessite de descendre à 100 µK...

Merci Henri ! J'ai recherché cela hier sans pouvoir tomber dessus.

Et est ce que c'est soluble (même un p'tit peu) dans le réseau cristallin de l'hydrogène par exemple ? Là comme ça, je dirais non, mais j'ai pas plus d'éléments solides (arf!) que ça pour l'affirmer.

a+
D'après Wikipedia 3He est un liquide ordinaire entre 3,2 K et 2,65 mK ; en dessous seulement il est superfluide, j'ai en fait cité 100 µK car certains détecteurs de particules utilisent de 3He superfluide à 100 µK.

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Ca dépend aussi de la pression, dans certaines conditions, l'hélium 3 peut exister sous forme solide, et on observe des cristaux.

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Sinon, lambda, si je résume : l'obstacle à la surgénération par la voie T-T résulte du fait que la section efficace de T-T est beaucoup plus petite que T-D. Est ce qu'il n'y a "que" cet aspect ? Car ça je l'avais saisie. C'est pour ça que je met (je souligne le point) :

La grande difficulté technique consiste – entre autre - à ne pas “gaspiller” d’impulsion en passant du premier étage réactionnel (D-D) au second (T-T, voir He3-He3). La vitesse d’éjection constitue le paramètre clé de l’efficacité du moteur et elle est permise essentiellement par la température élevée des produits de réaction. Un proton à 20 000 km/s possède une énergie cinétique de 4 MeV environ, ce qui représente bien l’ordre de grandeur des réactions détaillées ci-dessus. La seconde réaction de fusion doit donc se produire au sein même du jet de plasma.

Alors évidemment pratiquer la fusion dans un jet de plasma à 20 000 km/s ça pose sans doute de redoutables problèmes techniques, mais fondamentalement je veux dire ? S'il n'y a que du tritium dans le jet, c'est possible théoriquement non ? J'imagine qu'il faudrait le faire passer dans une "chambre à striction"... et tiens, justement le type de dispositif décrit par Bussard dans le super lien que tu as posté me fait penser au genre de solution auquel on pourrait penser.

a+

Edit : Ah oui, ça y est, j'ai compris mon erreur... on ne peut pas séparer le réactif des produits de réaction dans la chambre réactionnelle.
Si on sait fusionner D+D , vu que D+T a une section efficace dix fois plus élevée, le T sera immédiatement consommé.

A qué maleur :(


C'est bien ça, Lambda ?
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Gilgamesh

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Gilgamesh a écrit:
Edit : Ah oui, ça y est, j'ai compris mon erreur... on ne peut pas séparer le réactif des produits de réaction dans la chambre réactionnelle.
Si on sait fusionner D+D , vu que D+T a une section efficace dix fois plus élevée, le T sera immédiatement consommé.
A qué maleur :(
C'est bien ça, Lambda ?

Bien vu !
La réaction globale est : 6D -> 2He4 + 2p + 2n, appelée "fusion D-D catalysée".
Catalysée par quoi ? Ben justement par le T et le He3 produits dans les étapes intermédiaires. La réactivité de D-T étant beaucoup plus grande que celle de T-T, on obtient la réaction globale ci-dessus.
Il faudrait rajouter l'hypothèse très forte qu'on peut récupérer le T avant qu'il ne réagisse avec D, mais celà rend aussi la réaction de fusion D-D plus difficile à entretenir. Et accessoirement, on perd aussi dans l'affaire un chouilla de tritium, qui est radioactif et décroit en He3 (mais ça doit être tout à fait négligeable).
Ca commence à faire beaucoup d'hypothèses fortes, déjà que le moteur de Bussard relève assez de la SF...

Bon, allez, je range mon rasoir d'Occam :P

A+

EDIT: au fait, je ne me souviens plus à quel niveau on avait besoin de deutérium ? On n'avait pas dit qu'on utilisait des réactions à base de lithium, bore et protium ?
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lambda0 a écrit:

Il faudrait rajouter l'hypothèse très forte qu'on peut récupérer le T avant qu'il ne réagisse avec D, mais celà rend aussi la réaction de fusion D-D plus difficile à entretenir.
Et accessoirement, on perd aussi dans l'affaire un chouilla de tritium, qui est radioactif et décroit en He3 (mais ça doit être tout à fait négligeable).
Ca commence à faire beaucoup d'hypothèses fortes, déjà que le moteur de Bussard relève assez de la SF...

Bon, allez, je range mon rasoir d'Occam :P

Bussard a quand même prouvé que ça pouvait marcher en grand, non ?


D'ailleurs, le test de la WB6 :ven: date a peu près du moment où a commencé la discussion sur l'Arche sur Futura. Ah !

http://forums.futura-sciences.com/post300127-38.html
🍺

C'est un signe !




EDIT: au fait, je ne me souviens plus à quel niveau on avait besoin de deutérium ? On n'avait pas dit qu'on utilisait des réactions à base de lithium, bore et protium ?

Disons que dans mon idée, vue les quantité requise (20 Gt), on fait pas de chichi : on brule tout ce qu'on trouve 👅. C'est plus ça. Et le Deutérium étant sans doute le plus abondant des isotopes fusibles, c'est stratégique.

En fait la question se résume à ça : où se trouve la plus grande densité d'isotopes fusibles stockables dans le système solaire, en intégrant le coût énergétique d'extraction ?


Est ce Neptune qui tient la corde ou un petit corps (style Troyen, moins loin) ?

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Gilgamesh

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Gilgamesh a écrit:
Bussard a quand même prouvé que ça pouvait marcher en grand, non ?
Il cherche 200 M$ pour construire un vrai démonstrateur...

Gilgamesh a écrit:
D'ailleurs, le test de la WB6 :ven: date a peu près du moment où a commencé la discussion sur l'Arche sur Futura. Ah !
C'est un signe !
:bounce: :bounce: :bounce: :bounce:

Gilgamesh a écrit:
Disons que dans mon idée, vue les quantité requise (20 Gt), on fait pas de chichi : on brule tout ce qu'on trouve 👅. C'est plus ça. Et le Deutérium étant sans doute le plus abondant des isotopes fusibles, c'est stratégique.
En fait la question se résume à ça : où se trouve la plus grande densité d'isotopes fusibles stockables dans le système solaire, en intégrant le coût énergétique d'extraction ?
Est ce Neptune qui tient la corde ou un petit corps (style Troyen, moins loin) ?
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En fait, il faut comparer l'énergie libérée par les réactions nucléaires, et les énergies associées aux réactions chimiques, et également à la sortie d'un puit gravitationnel :
- plusieurs MeV pour les réactions nucléaires
- quelques eV pour la chimie, électrolyse, etc.
(exercice: calculer la vitesse de libération de la Terre en electron-volts. v=11.2 km/s en unités SI normales)

Celà suggère qu'on pourrait préférer exploiter des gisements concentrés par des processus géologiques sur des planètes plutôt qu'aller chasser des cailloux éparpillés sur des milliards de km : le coût énergétique des procédés d'extraction peut être marginal avec des concentrations élevées (comme on en trouve sur les planètes), par contre il peut y avoir un coût en infrastructures non négligeables pour aller chasser des cailloux.
Au fait, les océans terrestres contiennent des centaines de milliards de tonnes de lithium, si on en prélève 1%, sur une période d'un siècle, ça ne va peut-être pas bouleverser l'écologie...
Mode SF+ On
Et puis, si on sait construire un vaisseau interstellaire de 20 milliards de tonnes, peut-être qu'on sait aussi construire des ascenseurs orbitaux pour hisser des matériaux...
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lambda0 a écrit:
Gilgamesh a écrit:
Bussard a quand même prouvé que ça pouvait marcher en grand, non ?
Il cherche 200 M$ pour construire un vrai démonstrateur...

Et il affirme que ça les vaut. Moi ça m'a quand même bien excité la lecture de son compte rendu, et je suis pas du genre a... enfin si :oops: mais à bon escient quoi !


En fait, il faut comparer l'énergie libérée par les réactions nucléaires, et les énergies associées aux réactions chimiques, et également à la sortie d'un puit gravitationnel :
- plusieurs MeV pour les réactions nucléaires
- quelques eV pour la chimie, électrolyse, etc.
(exercice: calculer la vitesse de libération de la Terre en electron-volts. v=11.2 km/s en unités SI normales)

Celà suggère qu'on pourrait préférer exploiter des gisements concentrés par des processus géologiques sur des planètes plutôt qu'aller chasser des cailloux éparpillés sur des milliards de km : le coût énergétique des procédés d'extraction peut être marginal avec des concentrations élevées (comme on en trouve sur les planètes), par contre il peut y avoir un coût en infrastructures non négligeables pour aller chasser des cailloux.
Au fait, les océans terrestres contiennent des centaines de milliards de tonnes de lithium, si on en prélève 1%, sur une période d'un siècle, ça ne va peut-être pas bouleverser l'écologie...
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J'entend bien la pertinence de ton argument.

Maintenant il suffirait d'avoir des données sur la teneur en isotope de ces différents réservoirs pour faire quelques calculs élémentaires. L'intérêt a priori pour moi des petits corps, c'est que formés de la condensation d'un gaz à très basse température, ils concentrent naturellement les isotopes lourds, tandis que les planètes géantes sont formées du 'tout venant' et donc proches de la concentration originelle.

Si tu as des éléments plus factuels je suis, tu t'en doutes bien, très preneur :)

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Gilgamesh, va donc jeter un coup d'œil sur la page d'accueil de Centauri Dreams :
http://www.centauri-dreams.org/?p=1070 ;)

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Henri a écrit:Gilgamesh, va donc jeter un coup d'œil sur la page d'accueil de Centauri Dreams :
http://www.centauri-dreams.org/?p=1070 ;)

Merci ! L'auteur a signalé la parution de l'article sur le fil de discution de l'arche, et sinon j'ai son email. Je vais lui répondre, pour lui dire que nous sommes bien sur la même ligne de pensée et pour le remercier. Mais je n'ai pas lu les commentaires, j'y vais de ce pas ⭐ ;)
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Gilgamesh a écrit:
...
Maintenant il suffirait d'avoir des données sur la teneur en isotope de ces différents réservoirs pour faire quelques calculs élémentaires. L'intérêt a priori pour moi des petits corps, c'est que formés de la condensation d'un gaz à très basse température, ils concentrent naturellement les isotopes lourds, tandis que les planètes géantes sont formées du 'tout venant' et donc proches de la concentration originelle.
Si tu as des éléments plus factuels je suis, tu t'en doutes bien, très preneur :)
...
C'était simplement pour dire qu'on était peut-être allé un peu trop vite en concluant que tout devrait provenir des petits corps. Ca peut être pertinent pour certains matériaux, et moins pour d'autres.
Il y a ici un tableau donnant les concentrations de bore et de lithium dans l'eau de mer :
http://www.reefkeeping.com/issues/2005-11/rhf/index.php
L'eau de mer a dû être enrichie par l'érosion depuis des milliards d'années, ce qui n'est pas le cas de l'eau qu'on pourrait récupérer d'astéroides.

Par ailleurs, l'ensemble de l'industrie mondiale actuelle extrait, transporte, transforme, plus de 10 milliards de tonnes de matériaux divers par an (voir la production de pétrole, charbon, acier, etc.).
Alors extraire 1 milliard de tonnes de lithium ou de bore océanique sur une période de 1 siècle... Peut-être pas un effort invraisemblable, même avec les techniques actuelles.

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Salut

Deux excellentes page sur l'habitat en gravité dans l'espace avec toutes les formules kivombien :bave:

http://www.spacefuture.com/archive/artificial_gravity_and_the_architecture_of_orbital_habitats.shtml
http://www.spacefuture.com/archive/inhabiting_artificial_gravity.shtml

Pour le camps de base, on voit qu'on peut facilement réduire de moitié la gravité. Peut être pas plus car on parle d'y résider près d'un an...

g/g0 = 0,5
g= 4,9 m/s²
rayon (R) : 250m
vitesse angulaire (w) : 0,14 rad.s-1
période de révolution (30w/pi) : 1,33 rpm
gradient de gravité (1/R) : 0,004
vitesse tangentielle (v=w.R) : 35 m/s

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Un petit up sur ce bon vieux topic, juste pour publier le schéma des forces dans l'Arche :

Thème et variations sur les voyages interstellaires - Page 9 Archetensiongm9


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'core un petit up mais qui m'a demandé moults efforts :oops:. C'est dur de se remettre à la thermo :roll:

Copie de celui déposé sur strangepath
http://strangepaths.com/forum/viewtopic.php?t=38&start=15




On se propose de dimensionner le circuit de production d'énergie électrique de l'Arche.

On le fait classiquement, c'est la philosophie de ce projet : réacteur - vapeur - turbine - alternateur.



Tout d'abord, après réflexion, il n'y a aucun avantage substantiel à produire cette électricité dans la corole. On a vu qu'en câblerie, pour transporter ce courant vers l'habitacle cela représentait quelque chose, dans l'absolu, de pas négligeable.

Les besoins en Deuterium sont de 2,0 g/s dans l'hypothèse retenu, soit environ 500 m3/an. Mieux vaut transporter le combustible que le courant.

Ce n'est toutefois pas la principale raison de ce rapatriement : il s'agit surtout de valoriser l'eau de refroidissement. On va cogénérer de la vapeur basse pression avec cela. La cogénération sert ici-bas, sur Terre, à produire de l'eau tiède pour le chauffage. Mais le chauffage cela ne nous intéresse pas, on cherche au contraire à refroidir la structure. Par contre, de la vapeur en masse qui se condense nous intéresse pour... faire pleuvoir. Caramba, cette fois ci j'y arriverais. Mieux vaut s'en servir à cela que de la bazarder directement dans l'espace.

De la sorte on utilise le processus de refroidissement de la structure déja mis en place au lieu de construire des radiateurs supplémentaires dans le vide.

La centralisation d'une activité aussi stratégique dans le moyeu présente également un intérêt ; c'est si j'ose dire son emplacement naturel. On prévoit une unité de production par segment (l'Arche est bâtie sur une symétrie de 12 éléments). Chaque éléments représente la production d'une dizaine de centrale nucléaire. C'est une grosse activité et il vaut mieux en faciliter l'accès.

Un petit schéma pour visualiser les principes retenus :

Thème et variations sur les voyages interstellaires - Page 9 Circuithermojw3
Schéma de circulation des fluides liés à la production d'énergie.



Détaillons un peu, on cherche tout d'abord à minimiser les contraintes mécaniques vu qu'il s'agit d'un système destiné à fonctionner plusieurs siècles. Pour cela, on ne travaille pas à trop haute pression ou température. Soit 100 bars et 530°C à l'admission de la turbine.

La vapeur est surchauffée, c'est à dire qu'après une première détente en turbine haute pression, qui l'amène de 100 à 10 bars, elle reçoit à nouveau un coup de chauffe à 530°C pour se détendre dans une turbine basse pression.

Cette surchauffe permet d'éviter que le changement d'état se fasse dans la turbine (formation de goutelettes d'eau liquide), ce qui y libèrerait une chaleur de changement d'état dont on n'a que faire ici et abimerait les turbines. La surchauffe permet d'améliorer le rendement thermo sans travailler à haute température. En sortie, on récupère une vapeur basse température/basse pression. Vu que le circuit d'acheminement de la vapeur BP circule dans les parois, c'est plus sécurisant.

L'espace interparois est maintenu en vide permanent, à 0,02 bar qui est pression du point de rosée pour la température interne de l'Arche, 20°C.

On fonctionne en principe en cycle fermé ou plutot semi-fermé : océan | eau douce sinus | circuit de refroidissement. Cela évite à avoir à désaliniser en masse l'eau océanique. Je règle un vieux problème. On assure le transfert thermique océan-sinus avec des échangeur, de même entre les sinus et le circuit de refroidissement. Non représenté sur le schéma, le retour des précipitations dans les sinus. On cherche plutôt à éviter le mélange avec les eaux océaniques, même si cela va se produire à la marge.

On maintient le circuit de refroidissement en circuit fermé afin de ne pas le polluer avec des eaux chargées. La vapeur détendue qui sort de la turbine plonge dans l'eau des sinus où elle se condense. Se faisant elle transfert son énergie de changement d'état et cela provoque l'évaporation de la quantité équivalente d'eau dans l'interparois. On fonctionne ici au point d'équilibre liq/vap. Le différentiel de température est faible ~ 5°C. C'est un simple transfert de changement d'état d'un compartiment à l'autre.

On suppose que cette condensation se fait dès le contact avec l'eau sinusale et par ailleurs on fait circuler ensuite cette eau condensée au plus près de l'épiderme afin de le réchauffer et d'accélérer les échange radiatif avec l'espace. Par ailleurs l'eau des sinus est à l'équilibre de hauteur avec l'océan. La hauteur d'eau dans le bas du circuit est d'environ 40 m soit une pression de 4 bars. On place en bas de colonne une pompe haute pression qui va ramener l'eau vers le moyeu. La hauteur équivalente h', en terme gravité (rho.g.h) est égale à la moitié du rayon. L'accélération de la pesanteur est en effet progressive et intégrée sur le rayon, h'=h/2, soit 2500 m. La pompe doit fournir une pression de 250 bars.

Il s'agit là d'un circuit de grande dimension (5000 m) à haute pression. Un point critique.

Arrivé en haut a pression normale (1 bar) l'eau est recompressée à 100 bar pour alimenter le générateur de vapeur.

Quantitativement ça donne le tableau de données suivant :


Thème et variations sur les voyages interstellaires - Page 9 002ca600ac067746f50627d2e1d2e5056353b8b5

La turbine reçoit (en indice : les deux étages de détente, haute pression + basse pression après surchauffe)

W-[1'-1]+[2-1"] = 1680 kJ/kg

La chaleur reçue est (chauffe + surchauffe) est :

Q+[1-6]+[1"-1] = 4130 kJ/kg

Le travail reçu par le fluide (compression basse et haute) est :
W+[4-3]+[6-5] = 34 kJ/kg
Auquel s'ajoute le travail contre la pesanteur pour remonter l'eau vers le moyeu :
W+ = gh' = 25 kJ/kg, soit un W+ total de 59 kJ/kg

Le rendement mécanique est :

r = W-/(Q+ + W+) = 0,40




On veut 125 GW d'énergie lumineuse. L'énergie électrique nécessaire aux activité anthropique est négligeable, de l'ordre de 0,25% de ce total (6,1 kW/archonautes x 50 000 = 0,3 GW).

Les alternateurs ont un rendement de l'ordre de 0,95. De même, la transformation de l'énergie électrique en lumière dans des dispositif électroluminescent est excellent, disons à nouveau 0,95.

Le rendement total est donc de l'ordre de 0,36. Pour assurer la production de lumière, l'Arche doit produire une énergie primaire de 350 GW, soit 2g de Deuterium par seconde, comme déjà dit.

Le débit de vapeur correspondant est de 85 tonnes/s. Aux CNTP cela correspond au débit d'une rivière française de débit moyen. On peut donc alimenter un cours d'eau et même plusieurs. Et cela correspond aux volume des précipitations ! Moyenné sur les 314 km² de l'Arche, cela représente... 8500 mm/an ! Diluvien. C'est chouette. Cela veut dire qu'on a toute l'eau qu'on veut. Bien entendu on peut distribuer cette eau où l'on veut. Tout contraste en bon à prendre.


Bon maintenant... Tout ceci est-il correct ?

...


A l'attaque !


:)


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Thème et variations sur les voyages interstellaires - Page 9 Empty Deux petits problèmes...

Message Lun 14 Mai 2007 - 13:36


Henri a écrit:
Argyre a écrit:Bonjour,

je reprend ce vieux fil qui m'intéresse ...
lambda0 a écrit:Il me semble justement difficile d'anticiper des percées théoriques fondamentales, dans le sens d'une révolution de la physique comme il s'en est produit au début du 20ème siècle.
Je suis pleinement d'accord. En vérité, il y a quelques raisons de penser que dans certains domaines, nous avons atteint les limites de nos connaissances fondamentales, avec pour conséquences des limites technologiques infranchissables.

Il faut donc faire très attention quand on dit qu'il suffit d'attendre un siècle ou 2 pour qu'une solution soit trouvée, il se pourrait qu'elle ne vienne jamais !
Je partagais cette opinion il a 10 ans, depuis j'ai changé d'avis. Il y a ces dernières années un renouveau en physique théorique - encore très spéculatif certe - mais illustré par des centaines de travaux dont regorge

Pour mémoire toutes les grandes révolutions dans les domaines scientifiques et technologiques ont été en général totalement imprévue. Rappellons que vers la fin du XIXème siècle la physique croyait avoir tout découvert à part un ou deux petits problèmes (comme le corps noir par exemple) et quelques décimales. On déconseillait même aux étudiants de s'engager dans la discipline, mais depuis... Dans les années 30 un pannel de scientifiques convoqués par la Maison Blanche n'a rien vu venir (ni énergie nucléaire, ni radar, ni calculateurs électroniques). Quand à la stagnation technologique du moteur fusée, on pourait dire la même chose pour les aérostats.

Enfin comme dit le proverbe, on a vu des théories s'effondrer face à une expérience, mais jamais l'inverse...

Rajout : J'ai mis en ligne quelques documents utiles à ce sujet à :
http://minilien.com/?by6xycYu2B


Un ou deux petits problèmes.

Comme le rappelle justement Henri, vers la fin du XIX eme Siècle
Sir W.Thomson (alias Lord Kelvin) avait dans une célèbre réunion
de la Royal Society annoncé que pour l'essentiel les sciences
physiques étaient un sujet abouti. L'expression "pour l'essentiel"
faisait allusion à deux problèmes mineurs souleves par Rayleigh et
Jeans puis un autre par Michelson et Morley et concernant pour les
premiers le problème du corps noir et pour les autres le problème de
la vitesse de la lumière (dans l'esprit de l'éther).
Pour le reste avec l'unification : magnétisme, électricité, etc. de
Maxwell tout semblait dit, et nous n'aurions plus eu besoin que
d'ingénieurs pour faire tourner la boutique !

Les deux petits nuages ont enflés, ils ont fait exploser la physique
avec la théorie des quanta pour résoudre le problème du corp noir ou
comme on le disait à l'époque, "la catastrophe ultra violette" grâce
(M.Plank) et bien entendu la vitesse finie de la lumière ouvrant sur
la relativité restreinte puis par la suite générale (A.Enstein).

Je ne sais pas si l'actuelle théorie des cordes ou des banes vont
révolutionner notre physique, mais il commence à y avoir un peu de
contestation de certaines de ces théories non pas parcequ'elles sont
fausses, mais parceque l'on se sent un peu à l'étroit dans ces vieux
habits.

Mais vous savez, les faits sont têtus, avant de les déboulonner. Il
nous faudra une tout autre maturité, pour s'appercevoir que ces
théories sont certes toujours justes, mais qu'il y avait à côté
d'autres portes à ouvrir pour explorer plus loin, plus vite, bref
pour comprendre cet univers, s'en servir, et qui sait y croiser
d'autres intelligences (sans passer par la case soucoupe volante).

Ah, sujet passionnant que je partage avec vous.

:sage:
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Astro-notes a écrit:
Un ou deux petits problèmes.
Comme le rappelle justement Henri, vers la fin du XIX eme Siècle
Sir W.Thomson (alias Lord Kelvin) avait dans une célèbre réunion
de la Royal Society annoncé que pour l'essentiel les sciences
physiques étaient un sujet abouti...

Peut-être que si on arrive à élaborer une théorie quantique de la gravité, on en déduira un moyen de manipuler directement la structure de l'espace-temps pour créer la distorsion d'Alcubierre sans avoir besoin de l'énergie de quelques trillions de galaxies, mais il est tout aussi possible qu'une telle théorie n'existe pas, ou si elle existe, qu'elle ne mène à rien.
P'tet ben qu'oui, p'tet ben qu'non...

Je trouve plus intéressant, sur un forum dédié à la conquête spatiale, d'essayer de répondre à la question : les voyages interstellaires sont-ils possibles dans le cadre des lois physiques fondamentales connues actuellement, modulo des extrapolations technologiques ?
C'était simplement l'hypothèse de travail de cette discussion exploratoire.

Les solutions proposées par Gilgamesh ont parfois un petit parfum anachronique (cables, engrenages et machines à vapeur sur un vaisseau interstellaire du XXXVème siècle, ça a un petit côté artistique assez intéressant, dans le style baroque), mais il s'agit d'une tentative scientifique, dans le sens qu'on n'empile pas de la spéculation technologique sur des spéculations de physique théorique à peine réfutables.

Sinon, je suis parfaitement d'accord sur le fait qu'on n'a sûrement pas tout compris, et que la physique n'est pas "terminée", mais il s'agit d'une toute autre discussion, également très intéressante...
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Gilgamesh a écrit:'core un petit up mais qui m'a demandé moults efforts :oops:. C'est dur de se remettre à la thermo :roll:
Copie de celui déposé sur strangepath
http://strangepaths.com/forum/viewtopic.php?t=38&start=15

Gilgamesh a écrit:
...
Tu pensais à de l'hélium en coloporteur jusqu'à la turbine ? Ça serait intéressant à calculer aussi, mais je manque un peu de données (déjà pour trouver l'enthalpie de l'eau j'ai un peu lutté. Alors pour l'hélium...)
...

lambda0 a écrit:
Oui, par exemple.
Sinon, n'oublions pas que l'énergie des réactions de fusion utilisées est emportée essentiellement par des particules chargées (donc fondamentalement déjà un courant électrique). Il est un peu dommage de dégrader cette énergie par thermalisation pour ensuite régénérer de l'électricité par un cycle thermo alors qu'on pourrait récupérer directement l'énergie cinétique des produits de fusion par induction, avec un rendement bien meilleur (eh hop, pied de nez à Carnot!).
Dans le cas d'un générateur à fusion, les cycles thermo sont pertinents si on utilise des réactions libérant l'essentiel de l'énergie sous la forme de neutrons (encore que même dans ce cas, il y a aussi théoriquement des solutions "électromagnétiques").
A+

Gilgamesh a écrit:
Alors j'aimerais bien proposer ces 3 solutions quantifiées :
* tout vapeur (fait)
* hélium-vapeur : He4 en caloporteur + eau de refroidissement.
Inspiré de ça :
T ~ 1000°C
Il ne me manquent que les variables d'état de He4.
* induction !
Tu aurais un schéma de principe et une idée des rendements électriques ?
Avec probablement un mix : induction + He-vap, en fonction du combustible de fusion (selon qu'il génère des neutrons à thermaliser ou pas). Qu'en penses tu ?
a+

Ces considérations de tuyauterie doivent être assez ennuyeuses pour des théoriciens, mais ça peut éventuellement intéresser un ou deux ingénieurs, donc je réponds ici...
Comme indiqué plus haut, à partir du moment où les réactions de fusion produisent des particules chargées, donc un courant électrique, c'est un peu ballot de les thermaliser pour ensuite produire de l'électricité par un cycle thermodynamique. Mais en fait, même quand l'énergie est disponible sous forme thermique en sortie du réacteur, on peut faire bien mieux que ces 36% d'une machine à vapeur et utiliser une conversion MHD.
Dans le principe, on fait passer le flux (particules/caloporteur ionisé) dans un champ magnétique perpendiculaire, les électrodes étant disposées perpendiculaires à la fois au flux et au champ magnétique.
Exemple ici pour un réacteur à fission :
http://myfreefilehosting.com/f/1b73fa5571_0.46MB

Dans le cas d'un générateur à fusion, deux cas peuvent se présenter :
- L'énergie cinétique des produits de fusion est thermalisée, nécessaire si cette énergie est emportée par des neutrons, optionnel dans pour des particules chargées (protons ou alphas). Dans ce cas, le système est similaire à celui présenté dans le document, en remplaçant la fission par le générateur à fusion, l'énergie est transférée à un caloporteur, à haute température (ici 1800K), qui est ionisé, et injecté dans la tuyère MHD, et on ferme le cycle. Moyennant quoi on arrive à des rendements de l'ordre de 50 à 60%.
- L'énergie de fusion est emportée par des particules chargées. Dans ce cas, pas d'échangeur thermique, pas d'étage d'ionisation, le flux de particules peut passer directement par la conversion MHD, et on fait également l'économie d'une partie de la tuyauterie (cycle ouvert, on rejette un peu d'hélium ou d'hydrogène). Rendement théorique supérieur à 70%.

Tout ça pour dire que quand on sera à construire des grands vaisseaux spatiaux, il est quand même assez probable qu'on ait dépassé le stade de la machine à vapeur...

A+
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Astro-notes a écrit:

Mais vous savez, les faits sont têtus, avant de les déboulonner. Il
nous faudra une tout autre maturité, pour s'appercevoir que ces
théories sont certes toujours justes, mais qu'il y avait à côté
d'autres portes à ouvrir pour explorer plus loin, plus vite, bref
pour comprendre cet univers, s'en servir, et qui sait y croiser
d'autres intelligences (sans passer par la case soucoupe volante).

Bonjour,

pour moi, depuis Galilée, on ne peut pas parler d'une jeune et d'une vieille Physique. Ca n'a eu lieu que lors de la rupture avec l'aristotelicisme parce qu'il a fallu réellement tout balancer dans les orties. Mais depuis ça n'a jamais plus été le cas concernant les principes profonds. Il n'y a pas un cycle de vieillissement des fondement qui ferait qu'ils naissent, deviennent mâtures puis has been. Les fondements deviennent compréhensibles autrement, c'est plus ça. Et la compréhension plus profonde des fondements amène d'autres interdit, d'autres lois de conservation. Beaucoup de choses ont été ajoutées, mais très peu ont été retirées. Et c'est parce que les fondement étaient solides que les révolutions de la Relativité et de la MQ ont pu advenir.

C'est particulièrement vrai pour la Physique à notre échelle ! Le principe de conservation des masses a été élargi, mais à notre échelle, ça ne joue qu'à des millionièmes.

J'entends bien sinon l'argument de la "porte dérobée". A force de jouer sur les dimensions, on va bien trouver un chemin direct ! Seulement même en insistant ce n'est pas ce que promettent les théories naissantes actuelles.

Evidemment que les physiciens des années trente ne pouvaient pas rédiger dans un rapport : je prévois le radar et la bombe atomique. Mais on ne les interrogeait pas là dessus, j'imagine que le pensum était bien plus vague. Si on leur avait demandé (ou s'ils s'étaient demandé, si quelqu'un avait eu l'idée d'orienter la réflexion la dessus) : est il possible de détecter un corps à distance à l'aide de radiations électromagnétiques ou est il possible de concevoir un engin dégageant brutalement une énergie bien plus considérable qu'en faisant une oxydation chimique, les réponses existaient, car la physique n'a pas changé de nature sur ces points entre les années 30 et les années 50.

Or ici on se pose la question précisément et concrètement : est il possible de dépasser la vitesse de la lumière ?

L'avenir est ouvert ceci dit, mais c'est bien en fonction de l'état présent et à l'aide des leçon du passé qu'on se détermine. Il n'y a qu'en s'appuyant sur des hypothèses raisonnables que l'on agit, parce que l'action commence dans l'imagination. Peut on imaginer dans le cadre actuel un engin qui en dépensant une énergie à notre portée nous conduise vers les étoiles ? Oui, ça se raisonne. S'il y a quelque chose de caché (et il y a de façon certaine plein de choses qui nous échappent) alors par définition on ne peut fonder la moindre action la dessus, je veux dire : même en imagination.

Or par ailleurs, rien ne nous dit que parmi toutes les choses que l'on ignore, l'une enfin puisse nous permettre - dans une échéance de temps raisonnable, disons à l'horizon du millénaire - de dépasser c. Le projet d'Arche représente une démarche possible qui prétend ne pas abandonner le rêve de Tsiolkovski malgré cela.

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Une remarque : avec la chimie du 19ème siècle, il n'existait pas de moyens énergétiques connus pour voyager à plus de quelques km/s dans l'espace. Même en ignorant ce problème énergétique, avec la mécanique de Newton et de Galilée, la méconnaissance de la relativité restreinte interdisait la dilatation temporelle des voyages relativistes, et donc même à 1 g d'accéleration un voyage interstellaire ne pouvait se faire durant une vie humaine... Comme quoi des petites "corrections" peuvent avoir au final de grandes conséquences.


Dernière édition par le Jeu 17 Mai 2007 - 1:32, édité 1 fois

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