Retour vers le Passé:le canon de Jules Verne!

[Giwa]

Et si on revenait au canon de Jules Verne ?
…Ou presque !

Evidemment, il ne s’agit pas de revenir à ce canon… tant qu’on n’aura pas trouver le spationaute incassable, capable de supporter des milliers de G sans broncher … et aussi de trouver un revêtement ablatif antithermique pour le vaisseau- obus… et encore…de tenir compte de l’énorme résistance de l’air à la sortie (ce qui obligerait à dépasser largement la vitesse de libération de 11km/s au départ ) …« impossible » devient alors un mot français…

Et pourtant le canon a un avantage considérable par rapport à la fusée chimique en ce qui concerne le rapport de masse : plus besoin d’embarquer d’énormes quantités de propergols !
Qu’envisager pour essayer de passer du rêve au possible?
D’abord réduire l’accélération dans le canon a des valeurs raisonnables, mais alors ces dimensions deviennent très grandes puisque sa hauteur sera inversement proportionnelle à cette accélération. Même si on réduit ses prétentions à l’envoi de matériaux capables de supporter environ 1000g (104 m.s-2), on arrive pour une sortie d’environ 15 km. s –1 à une hauteur de canon d’environ 11km…pas mal…comme hauteur…à moins de penser au Nautilus du capitaine NÉMO pour aller l’immerger dans la fosse sous marine des Mariannes et de ne laisser que la bouche du canon émergée…pourquoi pas ! Et pour l’homme en tablant sur 4g , on atteindrait 11*1000/4 soit 2750 km de hauteur…dans ce cas la fosse des Mariannes ne sert plus à grand chose…par contre on supprimerait le problème de la résistance de l’air à la sortie tout en réalisant le mythe de la tour de Babel !…Le moyen propulsif dans ce cas?…Puisqu’on ait alors en pleine sciences-fictions : la catapulte électromagnétique !
…Moins sciences-fictions pour le voyage retour … «De la Terre de la Lune »
Comment alors être un peu moins mégalomane …ou plutôt ‘gigalomane’?
En réduisant la vitesse de sortie car la hauteur du canon est proportionnelle au carré de la vitesse .
Et en demandant au vaisseau –obus d’être lui même un lanceur spatial uniquement pour du matériel assez robuste capable de supporter de grandes accélérations
En quelque sorte le canon remplacerait alors le premier étage .
En tablant sur une vitesse de sortie de 3600 km/h ( 1 km/s) et une accélération supportable de 25 g ( 250 m.s-2 ), on obtient alors un canon de 2000m d’après h = ( v2 /2a) si h est la hauteur en m ; v, la vitesse en m.s-1 et a, l’accélération en m.s- 2
Plus besoin alors de rechercher la fosse des Mariannes pour immerger le canon et laisser juste sa sortie à l’air libre. On peut alors envisager un canon pneumatique avec un réservoir souple de gaz comprimé à 2000m de profondeur en profitant de la contre pression d’environ 200 bars à cette profondeur .L’ouverture de la communication entre le réservoir et la base du canon provoquerait l’expulsion du gaz comprimé et de l’obus.
Mais gagner 1km/s même en comparant à la vitesse approximative de satellisation de 8km/s…c’est peu ! …Pas tant que çà ! Prenons l’équation simplifiée qui donne l’accroissement ∆ V de la vitesse d’une fusée en fonction de la vitesse d’éjection des gaz W et de son rapport de masse R (si on ne tient pas compte du travail contre la gravité, ni de la résistance de l’air) soit : ∆ V = W ln R et prenons comme valeur approximative du rapport de masse R= 100. Notons alors par mi :la masse initiale et par mf : la masse finale. Alors :
R = mf / mi Pour un autre accroissement de vitesse ∆ V’,nous aurons : ∆ V’ = W ln R’ et en faisant le rapport avec ∆ V = W ln R, on obtient : ∆ V’ / ∆ V = ln R’/ ln R soit :
R’ = exp.[( ∆ V’ / ∆ V) ln R] Pour ∆ V’= 7 , ∆ V = 8 et R = 100, on obtient : R’ ≈ 56
On en conclut que pour une même masse initiale m'i = mi, la masse finale m'f a pratiquement doublée puisque : m' f /m f = R / R’≈ 100 / 56 ≈ 1, 8

Continuons à rêver un peu et ajoutons comme second étage , un scramjet ( super statoréacteur) portant la vitesse avant la mise en œuvre de la fusée du troisième étage à 2 km/s alors ∆ V’= 6 , R’ ≈ 32 et
m' f[/sub] /mf ≈ 3 …Le gain de masse utile triple…Mais ‘faut pas rêver ‘et je laisse çà à vos réflexions toujours constructives…même si elles peuvent être très critiques !

Giwa

[Patrick]

Et si on revenait au canon de Jules Verne ?
…Ou presque ! ...

Pour l'anecdote, en 1882 paraissait ce livre dans lequel des français rachetaient aux enchères tout le matériel de Jules Verne et, cette fois, le voyage était une réussite.

[lambda0]

Je m'étais dit qu'un canon électromagnétique placé en orbite basse pourrait accélérer un vaisseau habité de plusieurs km/s, pour le placer sur une trajectoire interplanétaire, tout en gardant une accélération supportable par des êtres vivants...
Mais on pourrait aussi faire la même chose pour des sondes spatiales.

A+

[SpaceNut]

Pierre de Sélènes, c'est le pseudo de quel écrivain ?

[Patrick]

Pierre de Sélènes, c'est le pseudo de quel écrivain ?

A. Bétolaud de la Drable.
Tu connais ?
;)
Pierre de Sélènes
Une des rares notes sur lui (page 31)

Par contre, au plan généalogique, la famille est connue sur Google

Pour la date, je suis en désaccord avec la BNF car j'ai une référence qui cite 1882 (réédition du voyage à la Lune de Verne, en 1960, aux Editions Rencontre de Lausanne) et le livre fait plusieurs fois référence à l'année "188."

[SpaceNut]

A. Bétolaud de la Drable.
Tu connais ?
;)
Pierre de Sélènes
Une des rares notes sur lui (page 31)

Non, je ne connaissais pas ! lol Un double pseudo ? Le document que tu proposes est excellent, merci !

[Giwa]

Bon , j'ai oublié un "petit"détail...hum !....L'onde de choc ne peut que se propager qu'à la vitesse du son...c'est bien sûr! Donc seul à la limite comme gaz froid: le dihydrogène ...ou le mieux revenir aux gaz très chauds produit par une explosion...Reste bien sûr la catapulte électromagnétique.
Giwa

[Giwa]

L'idée d'un canon à hydrogène a déjà été expérimenté(voir le document suivant)
Mais plutôt que de chercher à augmenter encore la vitesse d'éjection ne fraudrait -il pas plutôt réduire l'accélération à des valeurs que le matériel lancé pourrait supporter quitte à obtenir une vitesse de sortie plus faible. Dans ce cas ce canon servirait de premier étage (ou plutôt de rez de chaussée!)à un lanceur.Dans ce cas de l'hydrogène même à la
température ambiante des grands fonds marinspourrait convenir puisque
la célérité du son dans le dihydrogène est à 4°C de 1234m/s
Giwa

document:
Les chemins du Super Espace : de gigantesques canons ?
Arrive le moment ou la pression de l'hydrogène chaud est suffisante pour ... un mouvement continu dans l'espace, qui est de 24 fois la vitesse du son, ...
www.phy6.org/stargaze/FSHARP.htm

(30) De gigantesques canons ?
Un mode peu classique d'envoi vers l'espace lointain.


Le canon SHARP. L'hydrogène est comprimé au sommet du tube, la partie mise à feu est au fond.
Quand Jules Verne écrivait en 1865 "De la Terre à la Lune" il prévoyait un canon vertical géant, arrimé au sol pas trop loin de l' actuel Cap Canaveral. Dans son roman, les astronautes étés installés à l'intérieur d'un obus géant, qui a heureusement manqué la Lune et les a ramené sans problème à la Terre. Beaucoup de détails du livre de J. Verne contredisent la physique et aucun astronaute ne pourrait réchapper d'un tel lancement : mais atteindre l'espace avec ce genre de canon n'est pas impossible.
Supposons que l'obus, à l'intérieur du canon, accélère au taux constant de a mètres /seconde 2. D'après les équations sur les mouvements ou l'accélération a est constante, en particulier si elle égale g ≅ 10 m/sec2)(déjà développé dans la leçon sur la chute des objets ), si t (en secondes) est le temps ou il y a une accélération, la vitesse finale (en m/seconde) est
v = at
Et la distance couverte, en mètres
s = at2/2
D'après la première équation, t = v/a. En remplaçant t = v/a de la première équation dans la deuxième, on obtient, après quelques manipulations :
v2 = 2as
Supposons que la longueur du fût du canon soit de un mille ( ≅ 1600 mètres) et que la vitesse finale v, celle de l'obus à la sortie, corresponde à la vitesse d'évasion à la surface de la Terre
v = vesc. = 11,300 m/sec
v 2 ≈ 128,000,000 (m/sec)2
Un calcul rapide donne :
a ≈ 40,000 m/s2 ≈ 4000 g
La force qui s'exercerait sur l'obus et tous les passagers serait 4000 fois plus forte que la gravité ! Une personne convenablement attachée, comme un astronaute dans la navette spatiale, allongé, peut supporter des accélérations jusqu'à environ 6 g. Le doublement de ce chiffre peut faire perdre conscience et toute accélération plus importante peut rompre organes et vaisseaux sanguins. Non ! : un canon n'est pas le moyen raisonnable pour envoyer les gens dans l'espace. Par contre, des charges inertes (eau, alimentation, carburant etc.) pourraient en principe être envoyées dans l'espace par un énorme " super -canon ".
Mais l'obus du canon ne peut pas être plus rapide que les molécules du gaz qui le poussent dans le fût. La vitesse de ces molécules dépend de leur température et peut être calculée par les lois de la physique. Si on compare différents gaz, on constate que pour n'importe quelle température, l' énergie (1/2) mv2 de leurs molécules --pas leur vitesse! --est toujours la même. donc si, pour une température donnée, la masse m de la molécule d'un gaz est plus petite le déplacement est plus rapide .
Pour l'envoi de charge utiles dans l'espace, les molécules produites par la poudre sans fumée des canons militaires sont trop lourdes et donc, trop lentes. La molécule la plus légère et donc de meilleur rendement, celle qui (à une température donnée) a la vitesse la plus grande, est l' l'hydrogène. Malheureusement, aucun explosif ne peut être produit de façon pratique avec le gaz hydrogène.
La solution est de construire un canon à deux fûts, l'un auxiliaire et l'autre principal dans lequel la charge est accélérée (voir le dessin). Les deux fûts sont perpendiculaires et sont séparés par une paroi qui vole en éclats quand la pression exercée sur elle devient suffisamment importante.
A la place d'un obus, le fût auxiliaire comporte un lourd piston ; Le volume entre celui ci et la paroi de séparation est rempli d'hydrogène. Quand la charge explosive est mise à feu de l'autre côté du piston, celui ci parcourt le fût auxiliaire et comprime et chauffe l'hydrogène. Arrive le moment ou la pression de l'hydrogène chaud est suffisante pour briser la paroi.Il envahit alors le fût principal et propulse la charge qui y est placée. Celle ci n' est donc pas poussée par les gaz de l'explosion, mais par l'hydrogène chaud et comprimé, dont les molécules légères sont suffisamment rapides pour ce travail.
Un canon de ce type a été vraiment construit, nommé SHARP--HARP, pour "High Altitude Research Project", ( en fait un projet antérieur : voir la section #30a), et S pour "Super ". SHARP est utilisé par le laboratoire des armes de Livermore, près de San Francisco, pour étudier le vol des véhicules spatiaux et des projectiles, jusqu'à 8-9 fois la vitesse du son. Son piston est poussé non pas par l'explosion d'une poudre, mais par un mélange de méthane et d'air, comprimé à environ 55 fois la pression atmosphérique puis enflammé. Le piston pèse une tonne, le fût principal est long de 155 pieds (47 mètres) et le projectile apparaît dans une grande flamme d'hydrogène qui brûle dans l'atmosphère..
Si impressionnant que soit SHARP, ses projectiles n'iraient pas loin dans l'espace, même si son fût n'était pas horizontal, mais vertical, comme le canon de Jules Verne. Leur vitesse est insuffisante pour obtenir un mouvement continu dans l'espace, qui est de 24 fois la vitesse du son, en orbite circulaire à basse altitude, et 34 fois pour échapper complètement à la gravité de la Terre. John Hunter, le concepteur de SHARP rêve d'une beaucoup plus grande version, accrochée à un versant de montagne, et de charges tirées dans l'espace. Mais même avec un canon si gigantesque, les problèmes persisteraient : même au sommet de la plus haute montagne, la résistance de l'air, reste toujours assez forte pour amputer une partie de la vitesse du projectile, dont il faudrait équiper l'avant d'un bouclier thermique.
La charge comprend forcément une fusée. Mais atteindre la vitesse orbitale (avec une marge supplémentaire pour la résistance aérienne!) est difficile pour un canon seul. Et de plus, toute orbite est une ellipse, selon la première loi de Kepler, avec un des foyers au centre de la Terre.
Si la charge est lancée d'un point de la surface de la Terre, son orbite rencontre nécessairement de nouveau le sol à un point symétriquement placé B. Un réajustement de l'orbite est donc essentiel. Il reste qu'un canon capable de vitesses moindres serait un outil rentable pour étudier l'atmosphère supérieure, entre 50 et 130 km. Les scientifiques ont des difficultés à atteindre cette altitude, qui est trop haute pour les ballons, mais trop basse pour les satellites. Des fusées ont été employées à cette fin, mais un canon pourrait être meilleur marché, comme l'a démontré le projet HARP dans les années 1960.
Il y a aussi des projets pour accélérer une charge utile par des forces magnétiques sur un "canon à rails" construit avec des rails conducteurs parallèles, soumis à un très fort courant électrique. Les mêmes problèmes s'appliquent ici aussi, plus celui du stockage d'une grande quantité d'énergie électrique et de son impulsion soudaine. Cette technologie pourrait être appliquée à une utilisation sur la Lune, dans un avenir éloigné (comme Arthur Clarke l'a suggéré dans une de ses histoires), mais elle est encore moins au point que celle du canon spatial.
Sur ce sujet, l' accélération électromagnétique, un excellent site, ici .
Post-scriptum - Scramjets
L'oxygène liquide constitue la plus grande partie du poids du carburant liquide d'une fusée. Par exemple pour brûler entièrement un kilogramme d'hydrogène, il faut 8 kg d'oxygène. Ne serait ce pas plus simple d'extraire l'oxygène de l'air ?
Ce type de moteur existe, appelé "ramjets." Le problème (simplifié) est que l'énergie nécessaire à la production d'un atome d'oxygène, doit s'ajouter à celle nécessaire à obtenir la vitesse de la fusée, ce qui coûte de l'énergie supplémentaire. Les "scramjet"( ou ramjets supersoniques ) brûlent l'oxygène "sur place" et peuvent être utilisés jusqu'à environ 8-9 fois la vitesse du son, ce qui est assez correct pour la première étape d'une fusée. Mais comme cela ne fonctionne qu'après avoir atteint une très grande vitesse, comment fait on ?
"Aviation Week" (p. 40, 27 August 2001) explique comment "un canon à gaz léger", semblable à celui décrit ci-dessus, aide à résoudre ce problème. Ici, on utilise un canon de l'armée de l'air EU, avec un fût long de 120 pieds (36 mètres) et un calibre de 4 "(10 cm). Un petit modèle de scramjet, carburant à l'éthylène sous haute pression, est tiré à 7.1 fois la vitesse du son ( Mach 7.1) et est filmé en vol, avant de s'écraser sur un dispositif en acier plat au bout du laboratoire. Ainsi, ces canons à gaz aident au développement du matériel spatial, même si ce ne sont pas en eux même des instruments de lancement.

[Alpha]

OUF! Quel exposé, je suis rapidement largué avec autant de math.

Qu'arriverait il si une fusée muni d'un joint d'étanchéité était mit à feu dans un tube de quelques centaines de mêtres de haut? Serait elle plus rapide qu'a l'air libre? A part la construction d'un tube en pleine montagne, quel en serait les inconvénients?

[Giwa]

Il ne s'agirait pas de mettre à feu la fusée dans le canon à hydrogène, mais seulement après la traversée de la basse atmosphère ( l'efficacité d'une fusée s'amméliore avec la diminution de la pression atmosphérique).Pourquoi l'expression de canon "soft" ?Pour dire que ce ne canon ne devrait pas produire une accélération trop grande(pour éviter d'abimer l'engin lancé) comme les canons classiques à explosif .
Mais ceci oblige en contre partie à qu'il soit de très grande dimension pour obtenir une vitesse suffisante à la sortie pour atteindre la stratosphère ,mais tout de même suppotable pendant le passage des couches denses de la troposphère.
Dans un tel système une fusée doit prendre obligatoirement prendre le relai
afin de permette la satellisation.Lorque les scramjets seront au point, ils pourraient servir d'étage intermèdiaire à la sortie du canon.
Giwa

[Giwa]

De la Mer à l’Espace !
Esquisse naïve* d’une plate-forme marine avec canon à hydrogène
*naïve car certainement de nombreux problèmes techniques et de sécurité surgiraient si un tel système était mis en œuvre comme l’étanchéité sous haute pression avec le dihydrogène , la solidité des structures, la corrosion et les incrustations en milieu marin, les ballasts ou les lests , le positionnement de la plate-forme en zone équatoriale pour profiter de la rotation terrestre (toutefois ces zones sont plus calmes que les zones tropicales) , la coiffe ablative de protection thermique pour affronter les couches denses de l’atmosphère , les risques de déflagration non contrôlé du dihydrogène avec le dioxygène de l’air, le puissant bang sonique à la sortie , etc…mais il me semble pas avoir d’impossibilité théorique et c’est çà l’essentiel …et faisons confiance aux ingénieurs du futur !

J'ai des difficultés pour enregister le schéma;si vous souhaitez le recevoir ,envoyez moi un message,je vous l'enverrai en courriel.
giwa

[SpaceNut]

De la Mer à l’Espace !
Esquisse naïve* d’une plate-forme marine avec canon à hydrogène
*naïve car certainement de nombreux problèmes techniques et de sécurité surgiraient si un tel système était mis en œuvre comme l’étanchéité sous haute pression avec le dihydrogène , la solidité des structures, la corrosion et les incrustations en milieu marin, les ballasts ou les lests , le positionnement de la plate-forme en zone équatoriale pour profiter de la rotation terrestre (toutefois ces zones sont plus calmes que les zones tropicales) , la coiffe ablative de protection thermique pour affronter les couches denses de l’atmosphère , les risques de déflagration non contrôlé du dihydrogène avec le dioxygène de l’air, le puissant bang sonique à la sortie , etc…mais il me semble pas avoir d’impossibilité théorique et c’est çà l’essentiel …et faisons confiance aux ingénieurs du futur !

J'ai des difficultés pour enregister le schéma;si vous souhaitez le recevoir ,envoyez moi un message,je vous l'enverrai en courriel.
giwa

Voilà c'est fait !

[Giwa]

En regardant de nouveau le schéma de ce canon à hydrogène, je me demande si ce n'est pas un retour dans un passé plus lointain que celui du canon de Jules Verne.N'y-a-t-il pas une certaine ressemblance avec une des Techniques Premières de nos Ancètres pour la chasse: la Sarbacane ?
Qu'en pensez-vous ?
Giwa

[nyood]

Désolé de faire de l'archéologie en ressortant un vieux thread, mais je viens de tomber sur cette présentation, et je trouve que Jules Verne tient enfin son canon spatial !!




Au passage, par un heureux hasard, je suis justement en train de lire "De la Terre à la Lune" en ce moment (que j'avais lu quand j'avais une dizaine d'années), et la longueur de canon (une centaine de mètres) est très similaire à ce qu'avait imaginé notre visionnaire national. D'ailleurs, je trouve que de nombreuses idées énoncées dans le livre font écho à des concepts ou des événements qui se sont réellement passés dans l'histoire de l'exploration spatiale. (Le discours du président Barbiccane m'a étrangement fait penser au discours de 62 de JFK "We choose to go to the Moon").

[Giwa]

http://www.quicklaunchinc.com/google.html
Quicklaunch Project Phases & Frequently Asked Questions

Étapes du projet Quicklaunch («lancement rapide) et questions posées les plus fréquentes

Phases Etapes

1.) Launch projectile in excess of 200 kilometers altitude, breaking the existing world record.
(1 year, $2 M)

Lancement d'un projectile à plus de 200 km d'altitude, pulvérisant le record mondial actuel.
(1 an, 2 M $)

2.) Launch 2 pound satellite to orbit. (2 years, $10 M)

Lancement d’un satellite de 2 livres en orbite. (2 ans, 10 M $)

3.) Build larger systems and launch 100 pound propellant packages to depots for paying customers.
(2 years, $50 M). This may consist of multiple low cost launchers around the world.

Construire des systèmes plus importants permettant de lancer des colis de 100 livres de propergol vers des dépôts pour des clients payants.
(2 ans, 50 M $). Ceci pourrait être constitué de plusieurs lanceurs à faible coût tout autour du monde.

4.) Build kilometer long system to support significant manned space exploration included the moon and Mars. (2 years, $500 M)

Elaboration d'un système d'un kilomètre de long pour un soutien considérable à l’exploration habitée de l’Espace y compris la Lune et Mars. (2 ans, M 500 $)

Dans la discussion qui s’en suivit – que je vous livre directement en anglais avec seulement la traduction automatique brute – on peut retenir le dernier point :celui de l’abaissement du coût des lancements qui ne serait plus en moyenne que de 5% de ceux des lancements actuels.
Bien sûr il faut tout de même rappeler que de types de lancements ne seraient destinés qu’à des matériaux ou du matériel pouvant suppore des accélérations considérables … et évidemment pas à des astronautes …sauf à vouloir les transformer en bouillie. :affraid:


F.A.Q.'s
Q. When do investors start getting paid back?
A. We will start having income in Phase 2 but expect significant returns in Phase 3, followed by massive returns in Phase 4.
Q. At what time will the project demonstrate true orbital launch of the payload
A. Phase 2, after 3 years and 12 million dollars
Q. Popular Science referenced the $500 M launcher, aren't you making money long before that with smaller systems?
A. Yes, Phase 3 at $50 M starts to make significant return for investors. Phase 4, with its kilometer long $500 M launcher, will be the game changer for manned space exploration.
Q. Does Quicklaunch intend to get involved in weapons systems?
A. No. We intend only to supply propellant depots and deliver a special class of responsive launch satellites for legitimate customers.
Q. What's your current status?
A. We are shopping our business plan and building hardware for an aquatic demo in Feb 2010
Q. What is your primary mission?
A. To supply propellant to depots in orbit. These can ultimately be used to vastly augment manned space exploration. The costs will be 5% compared to current rocket delivery.

F.A.Q. 's
Q. Lorsque les investisseurs recevoir un salaire en arrière?
A. Nous allons commencer à avoir un revenu à la phase 2, mais s'attendent à des rendements importants dans la phase 3, suivie par des retours massifs dans la phase 4.
Q. A quelle heure le projet démontre lancement orbital vraie de la charge utile
A. Phase 2, après 3 ans et 12 millions de dollars
Q. Popular Science référencé le lanceur de 500 $ M, n'êtes-vous pas faire de l'argent bien avant cela avec des systèmes plus petits?
A. Oui, la phase 3 à 50 M $ commence à faire des retours importants pour les investisseurs. Phase 4, avec ses kilomètres de long de 500 $ lanceur M, sera le changeur de jeu pour vols habités d'exploration spatiale.
Q. Quicklaunch-t-elle l'intention de s'impliquer dans les systèmes d'armes?
A. No. Nous avons l'intention de fournir uniquement des dépôts de carburant et d'offrir une classe spéciale de lancement de satellites sensibles pour les clients légitimes.
Q. Quel est votre statut actuel?
A. Nous sommes Shopping notre plan d'affaires et quincailleries pour une démonstration aquatiques en février 2010
Q. Quelle est votre mission principale?
A. Pour alimenter en ergols pour les dépôts en orbite. Ceux-ci peuvent à terme être utilisés pour augmenter considérablement l'exploration spatiale habitée. Le coût sera de 5% par rapport à la livraison de fusées actuelles.