Gilgamesh a écrit:Hello
Ici une idée de disposition de voile solaire en anneaux :
diamètre : 400 km (500 000 km²)
Pour calculer la contribution à la poussée j'ai essayé d'intégrer la poussée depuis x0 (disons 1 UA) jusqu'à l'infini.
(...)
Salut
J'étais bien tombé sur cette équation, mais en faisant un calcul d'ordre de grandeur, il me semblait que le flux solaire était toujours insuffisant.
Le flux serait plutôt produit par un laser stationné dans le système solaire.
La faisabilité d'une sonde interstellaire accélérée de cette façon a été étudiée par Forward vers 1984, et plus tard par Landis (NASA, Ohio).
Voir :
http://www.qedcorp.com/pcr/pcr/starflt.html
http://www.niac.usra.edu/files/library/meetings/annual/mar99/4Landis.pdf
Comme on cherche à minimiser la dimension de la voile, celà revient à concentrer le flux, et comme la voile n'est pas parfaitement réfléchissante, une partie de l'énergie est absorbée et la densité d'éclairement est limitée par le point de fusion du matériau dont est constitué la voile.
Forward considérait une voile en aluminium de 10 km², d'une épaisseur de 16 nm, avec une réflectivité de 82%, portant une sonde d'environ 300 kg. La voile était accélérée par un laser de 65 GW jusqu'à 11% de la vitesse de la lumière en quelques semaines, ce qui permet d'atteindre Alpha Centauri en moins de 50 ans. On a aussi considéré une voile en niobium, dont le point de fusion est plus élevé, ce qui permet d'augmenter la densité d'éclairement et de diminuer la taille de la voile, et donc sa masse.
Tous ces paramètres ont aussi une incidence sur la puissance du laser : le faisceau a une divergence, et si l'accélération est de la voile est trop faible, du fait de la limite thermique (qui impose d'augmenter la dimension, et donc la masse), le laser doit avoir une portée supérieure, ce qui revient ici à augmenter sa puissance. Landis a remplacé l'aluminium par des couches minces diélectriques dont l'absorption est très faible, ce qui permet de diminuer la dimension de la voile. Un film d'Al2O3 d'une épaisseur de 57 nm a une masse spécifique de 226 kg/km² et peut supporter 34 MW/m², ce qui correspond à une poussée maximale de 224400 N/km² pour un flux incident de 34000 GW.
Regardons maintenant ce que ça donne avec notre vaisseau, en ordre de grandeur.
On prend M=50 Gt, et on recherche une accélération a=0.01 m/s².
Si l'accélération est constante, celà correspond à delta(V)=315 km/s/an
Une phase d'accélération de 10 ou 20 ans par ce moyen produit donc déjà une vitesse respectable.
Pour cette accélération, il faut une poussée F=5.10^11 N
Soit une surface de voile S=2,23.10^6 km², ce qui correspond à une voile carré d'environ 1500 km de côté. Cette voile pèserait environ 700000 t, ce qui est négligeable devant la masse du vaisseau.
La puissance requise est alors de P=7,6.10^19 W.
Ce qui correspond à l'énergie libérée par la fusion de plusieurs tonnes de deutérium par seconde...
On retrouve donc au niveau de la centrale énergétique alimentant le laser les ordres de grandeur de débit de fusion que l'on avait au niveau de la propulsion dans le cas des moteurs à fusion.
A une différence près : il fallait se restreindre à des réactions aneutroniques, ce qui limitait les réactions possibles, alors qu'une centrale énergétique basée dans le système solaire peut bien utiliser la réaction D+D (produisant des neutrons), ce qui est intéressant car le deutérium est bien plus abondant.
Le principe du voilier photonique permet de déporter la production d'énergie et de relacher certaines contraintes.
Cependant, il en introduit d'autres :
- Le vaisseau n'est plus autonome et dépend d'une source d'énergie distante
- On peut accélérer, mais il est difficile de freiner avec un tel système
- Ce qui implique que le vaisseau doit de toute façon posséder son système de propulsion
- Toutes les contraintes liées au laser : précision de pointé, divergence, etc.
En résumé :
- Le principe du voilier photonique est tout à fait adapté au lancement de petites sondes interstellaires de survol, de quelques dizaines à quelques centaines de kg. Les technologies requises semblent même accessibles à l'échelle de quelques dizaines d'années, le principal coût est celui de l'assemblage en orbite d'une structure de 20000 à 50000t, correspondant au laser, à sa centrale énergétique, et à la lentille de focalisation
- La généralisation à des vaisseaux plus importants est bien plus hasardeuse, même à très longue échéance, celà devrait plutôt être considéré comme un système d'appoint pour un vaisseau qui a de toute façon besoin d'une propulsion autonome.
A+