jackbauer 2

Falcon Heavy : l'Odysée de la Tesla dans l'espace

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Il y a 2 heures, George Black a dit :

car la rentrée est prévue comme pour une navette... au point que certains font remarquer...

 

Absolument pas : la navette revenait se poser comme un planeur, le Starship doit le faire comme la fusée du professeur Tournesol, droit comme un i, moteurs allumés.

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L'atterrissage est différent, mais la rentrée peut être semblable ;)

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Il y a 12 heures, Alain MOREAU a dit :

...les soudeurs mexicains se surpassent à chaque nouveau prototype (à moins que leur noble tâche ne soit désormais dévolue à des robots - une fourberie qui ne me surprendrait nullement venant de la part d’un dieu aussi humain et pressé que leur patron...

 

Evidemment, comme je l'avais signalé il y a quelque temps on ne rigole plus au niveau bricolage.

J'ajoute que le plus difficile pour Musk, ce n'est pas d'amener des tonnes de matériel à Boca Chica, c'est de convaincre ses employés à quitter Los Angelès ou autres villes pour un trou perdu au Texas à la frontière mexicaine...

 

 

 

Capture3.JPG

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il y a 41 minutes, jackbauer a dit :

le Starship doit le faire comme la fusée du professeur Tournesol, droit comme un i, moteurs allumés.

 

Oui, enfin le profil de vol est assez tarabiscoté vers la fin ^_^ :

 

 

Et comment on passe de Mach 22 minimum (rentrée depuis l’orbite basse) à Mach 2.5 sans se brûler les ailes comme Icare ?

Ça SpaceX se garde bien de nous l’expliquer...

Comme il n’est pas envisageable de blinder totalement le ventre et les bords d’attaque du Starship avec des protections thermiques aussi efficaces que sur les navettes ou le X37B (surtout que pour des raisons financières et d’opérabilité elles doivent résister à de multiples rentrées successives sans remplacement - le modèle économique en dépend) il va bien falloir trouver un autre moyen de dissiper une quantité effroyable d’énergie cinétique avant d’atteindre l’altitude et la vitesse qui figurent sur la petite animation gentillette ci-dessus.

À part mettre à feu les propulseurs principaux face à la trajectoire de rentrée, au moins pour abréger et diminuer fortement les contraintes aérodynamiques hypersoniques sur les surfaces exposées au vent relatif, je ne vois absolument pas comment faire. Et encore moins avec un équipage à bord, auquel on ne peut pas imposer de décélération trop brutale sous peine d’abréger définitivement ses souffrances !

Alors moi je vois mal comment concilier - pour la partie Starship du vaisseau, celle qui monte en orbite - la résistance durable des structures avec les impératifs de poids et de charge utile, sachant qu’il faudra une quantité résiduelle d’ergols assez considérable pour assurer la part non aérodynamique du freinage.

C’est la raison pour laquelle j’ai formulé précédemment les plus grands doutes sur les délais de résolution des phases les plus critiques du vol pour le Starship, qui me semblent totalement irréalistes, car on ne pourra les tester et les mettre au point qu’une fois le Super Heavy opérationnel, et l’ensemble de la BFR prête à être lancée.

Pourquoi ? 

Eh bien comme je l’ai déjà expliqué, le Starship n’est pas fait pour décoller du sol : avec la poussée de 3 Raptors atmosphériques, on ne peut pas le faire décoller avec plus d’une petite moitié du plein, dont une réserve destinée à son retour au sol. 

Donc on ne peut pas le tester sur les phases les plus critiques du vol, notamment tout ce qui concerne le domaine de vol hypersonique correspondant à la plus grande partie de sa rentrée.

Or c’est ce domaine de vol qui n’a encore jamais été exploré dans la perspective de la réutilisabilité, pas même par SpaceX.

Et c’est de très loin celui qui représente le plus grand défi, toutes problématiques confondues !

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il y a 18 minutes, Alain MOREAU a dit :

Ça SpaceX se garde bien de nous l’expliquer...

 

Erreur !

 

https://www.numerama.com/sciences/457566-starship-elon-musk-explique-pourquoi-il-a-choisi-lacier-inoxydable-pour-sa-nouvelle-fusee.html

 

Extraits :

 

 

Il peut sembler bien étrange de voir une entreprise comme SpaceX, pourtant en pointe dans l’industrie aérospatiale, opter pour un « banal » alliage de fer, de chrome et de carbone pour le fuselage de sa fusée. Surtout à l’heure où, justement, il existe sur le marché des combinaisons de matériaux beaucoup plus complexes. Mais il s’avère que ce choix de la vieille école a en réalité du sens.

Pourquoi un revirement aussi fondamental ? C’est au site Popular Mechanics qu’Elon Musk a bien voulu détailler les raisons de cette modification industrielle d’ampleur. Car il faut bien dire qu’au départ, le fondateur de SpaceX était un peu tout seul à aller dans cette direction. « C’est quelque peu contre-intuitif », a-t-il ainsi expliqué. «  Il m’a fallu pas mal d’efforts pour convaincre l’équipe  ».


(...)

 

Or, puisque la fusée résistera mieux à la chaleur et qu’un système ingénieux d’évacuation de la chaleur a été imaginé, il est possible de réduire l’épaisseur de ce bouclier thermique. « Ce que je veux, c’est le tout premier bouclier thermique régénérant. Une couche à double paroi en acier inoxydable, en forme de coquille », explique le chef d’entreprise. Et entre ces deux plaques agirait le liquide de refroidissement.
L’idée est de faire couler du liquide ou de l’eau entre les couches pour récupérer la chaleur et ensuite l’évacuer hors de la fusée via des micro-perforations sur la face extérieure. Ces micro-perforations ne seraient pas visibles à l’oeil nu, sauf à en se rapprochant beaucoup du fuselage. En somme, l’idée est de faire « transpirer » la fusée pendant les phases les plus décisives du vol.

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il y a 5 minutes, jackbauer a dit :

L’idée est de faire couler du liquide ou de l’eau entre les couches pour récupérer la chaleur et ensuite l’évacuer hors de la fusée via des micro-perforations sur la face extérieure.

Donc il va falloir emporter des tonnes de flotte en plus des ergols :)

il y a 26 minutes, Alain MOREAU a dit :

Or c’est ce domaine de vol qui n’a encore jamais été exploré dans la perspective de la réutilisabilité, pas même par SpaceX.

Alors . . . c'est pas pour demain le WE en amoureux sur la Lune :(

 

Bonne soirée à vous,

AG

Et on dort une heure de plus, c'est déjà ça :)

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Le méthane liquide est un fluide... ;)

 

Ceci dit il a peut-être déjà changé d'avis :

 

https://arstechnica.com/features/2019/09/after-starship-unveiling-mars-seems-a-little-closer/

 

extrait :

 

Au cours de la présentation, Musk a proposé plusieurs mises à jour sur les modifications apportées à la conception de Starship. Cependant, il a passé le plus de temps à discuter de l'utilisation de l'acier inoxydable comme revêtement du véhicule. «L'acier inoxydable est de loin la meilleure décision de conception que nous ayons prise», a-t-il déclaré.

Oui, a déclaré Musk, l'acier est plus lourd que les matériaux composites de carbone ou à base d'aluminium utilisés dans la plupart des engins spatiaux, mais il possède des propriétés thermiques exceptionnelles. Aux températures extrêmement froides, l'acier inoxydable 301 ne devient pas cassant; et aux températures très élevées de la rentrée atmosphérique, il ne fond pas avant d'atteindre 1 500 degrés centigrades. Starship, par conséquent, ne nécessite qu'un modeste bouclier thermique de carreaux thermiques en forme de verre.
Un autre avantage est le coût, qui compte pour une entreprise qui construit des vaisseaux à son propre compte, avec l'intention d'en construire beaucoup. Le matériau en fibre de carbone coûte environ 130 000 dollars la tonne, a-t-il déclaré. L'acier inoxydable se vend 2 500 $ la tonne.

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Au lieu d'apporter  de la flotte on peu apporter  du carburant  en plus , au lieu d'entrer comme une  brute dans l'atmosphère à  Mach 22 par exemple  on se satelise assez haut pour ne pas subir trop de frottement , on fait deux ou trois  tours de la planète  en réduisant  la vitesse  progressivement en faisant fonctionner les moteurs à  l'envers  et puis on rentre à  Mach 2 ou 3 sans aucune contrainte  pour l'inox  :(

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L’acier c’est pas cher c’est sûr. Mais c’est lourd alors il va falloir que le gain de masse apporté par ses propriétés mécaniques et thermiques l’emportent sur la surmasse engendrée par sa densité par rapport aux matériaux utilisés habituellement.

Sans parler de la dilatation aussi. Bref à voir...

 

Edited by JMBeraud
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il y a 15 minutes, barnabé a dit :

au lieu d'entrer comme une  brute dans l'atmosphère à  Mach 22 par exemple  on se satelise assez haut pour ne pas subir trop de frottement , on fait deux ou trois  tours de la planète  en réduisant  la vitesse  progressivement en faisant fonctionner les moteurs à  l'envers  et puis on rentre à  Mach 2 ou 3 sans aucune contrainte  pour l'inox  :(

Ça ne marche pas du tout comme ça hélas, ce que tu suggères là est totalement irréalisable pour des raisons physiques, sinon dès le début de l’aventure spatiale ça aurait été réalisé.

On ne peut pas attendre tranquillement en restant perché sur l’orbite, tout en freinant progressivement : c’est la vitesse qui maintient un vaisseau sur orbite. Dès qu’on freine on descend, et dès qu’on descend on frotte. Ensuite tout s’accélère très vite : c’est un effet d’avalanche, dû à la densification de l’atmosphère. Plus on descend plus l’aérofreinage est efficace et plus on décélère rapidement, le nombre de g encaissés étant une fonction de l’angle initial de rentrée, et de sa vitesse initiale évidemment.

Edited by Alain MOREAU
connard de correcteur, pour qui décélère = décolère !
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il y a 27 minutes, barnabé a dit :

en faisant fonctionner les moteurs à  l'envers 

Heu . . . ça marche comment un moteur de fusée à l'envers xD

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il y a 1 minute, ALAING a dit :

Heu . . . ça marche comment un moteur de fusée à l'envers

Faut tourner la manivelle dans le sens inverse Alain !!!!!!  xD

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Ouais bon, rien ne me semble bien clair dans cette phase de rentrée... Je suis peut-être gâteux mais je n'ai toujours pas d'explications claires, pas seulement sur l'usage exact de ces ailettes... Y compris cette histoire de refroidissement qui me semble hautement spéculative.

Et c'est pas les jolies vidéos 3D qui apportent une quelconque info supplémentaire, désolé. :|

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il y a 52 minutes, jackbauer a dit :

Erreur !

Ben non, j’avais entendu parler de ça mais je n’y ai jamais cru : trop complexe à mettre en œuvre, à maintenir, trop lourd, trop coûteux en pognon et en bilan énergétique (une masse terrible qui part vaporisée !)  Et dans l’hypothèse d’une circulation des ergols restants, rien à voir avec le refroidissement d’une tuyère à proximité immédiate des injecteurs (toujours nécessaire au demeurant, ce qui interdit cette double fonction : on fait comment ?)

Dans l’idée du : "simple à mettre en œuvre et économique à construire, réutilisable sans maintenance compliquée, ni longue, ni coûteuse"... on repassera !!!

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2 hours ago, Alain MOREAU said:

j’avais entendu parler de ça mais je n’y ai jamais cru : trop complexe à mettre en œuvre, à maintenir, trop lourd, trop coûteux en pognon et en bilan énergétique (une masse terrible qui part vaporisée !)

 

Enfin des questions d'ingéniérie interessantes, merci Alain, on sort du cadre du "c'est du fantasme, ça marchera jamais" .... Tu peux préciser en quoi cette solution d'évacuation des calories est si lourde, coûteuse et insuffisante en rapport masse/efficience calorifique  et efficacité/coût de conception/réalistion ? Evitons le "ça n'a jamais été fait donc ça ne vaut rien", la recherche en techno ne marche pas comme cela, fort heureusement. Nos prédécesseurs ne sont pas à l'abri d'avoir zappé une solution intéressante.

 

 

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Bonjour:

 

D'accord c'est en Anglais, mais le choix 

Il y a 7 heures, JMBeraud a dit :

 

L’acier c’est pas cher c’est sûr

 

Bonjour:

 

inoxidable

 

Ça a déjà été expliqué, mais c'est une question thermiique entre autre. Mais pas seulement pour le retour dans l'atmosphère.

 

Le nombre de sites et de  vidéos sont très nombreux. . . en Anglais! :-(

 

 

 

 

 

 

 

Et le pourquoi de l'acier:

 

 

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Il y a 9 heures, brizhell a dit :

Tu peux préciser en quoi cette solution d'évacuation des calories est si lourde, coûteuse et insuffisante en rapport masse/efficience calorifique  et efficacité/coût de conception/réalistion ?

 

Ok alors vite fait, car j’ai des clients sur ma via ferrata à midi ;):)

Juste des ordres de grandeur, pour prendre la mesure de l’énormité du défi !

D’ailleurs dans le détail, c’est un casse-tête chinois infernal : je n’ai pas les capacités de mettre tout ça en équations avec mes maigres connaissances générales, et encore moins sur un coin de table à la va-vite, il y a trop de paramètres à intégrer dont j’ignore tout !

Mais pas au point de perdre tout sens des dures réalités, j’espère ;)

Si on se contente de prendre comme base connue le Falcon 9 déjà bien optimisé, on constate qu’il lui faut un gros 10 % d’ergols en réserve pour revenir piano-sano jusqu’au sol.

Sur cette base il faudrait au Starship 120 t de réserve pour revenir se poser, s’ajoutant aux 120 t de sa masse à vide, soit au total 240 t. Et encore en admettant qu’il effectue la plus grande partie de sa rentrée en pur aérofreinage passif comme prévu.

Mais l’engin peut vaguement planer, avec une finesse probablement inférieure à 1 (qui était celle des navettes) et dispose d’une certaine manœuvrabilité, donc on va dire que ça marche et qu’il se retrouve à Mach 6, là où commence à être intéressante la petite animation postée plus haut, avec sa réserve d’ergols intacte pour se poser.

Soyons optimistes et considérons que le dieu Musk va encore faire des miracles : arrondissons, bon prince, à seulement 200 t la masse désorbitée à faire rentrer. Très fort !

Ces 200 t, si provenant d’orbite terrestre basse, rentrent à environ 7800 m/s. On peut grignoter 400m/s si on faisait déjà vraiment du rase-motte, mais dans l’ensemble c’est une valeur qu’on peut juger réaliste ; sachant que si on revient de la Lune, c’est plutôt un gros 10000 m/s, objectif du Starship prévu à court terme (ça presse pour faire la pige au SLS ! ;))

Cela nous donne une énergie cinétique Ek = 1/2 mv^2 de 6,84.10^12 J si je m’a pas gouré d’une poignée de zéros... et 40% de plus si on revient de la Lune : 10^13 J à dissiper, en gros, sur une petite dizaine de minutes, et une section d’interception du flux atmosphérique inférieure à 450 m^2, allez, disons 800 m^2 si on prend en compte la totalité des surfaces exposées au flux et revêtues de protections thermiques, en ajoutant les flaps mais sans compter l’angle d’incidence qui expose plus ou moins certaines parties (c’est du pif, j’ai pas vérifié les valeurs exactes, juste déroulé dans ma tête la tôle à la louche).

En ordre de grandeur, chaque m^2 exposé doit ainsi dissiper en moyenne quelque chose comme 8,55.10^9 J en 8-9 minutes seulement ? Voire 1,25.10^10 J s’il revient de Sélène ?

Pour vérifier jusqu’au bout mon intuition, j’ai eu la curiosité de vérifier l’enthalpie de vaporisation de l’eau (qui n’est dépendante que de la température) : 

 

image.png.2809f86e422609939b9f1ff2bb4567a1.png

 

La masse d’une mole d’eau étant d’environ 18 g, ça se passe de commentaires je pense...

À moins que je n’aie un vrai problème avec les ordres de grandeurs ce matin, je ne vois vraiment pas comment on pourrait dissiper autant d’énergie juste en faisant "transpirer" une fusée, du moins en embarquant une quantité d’eau compatible avec la fonction de l’objet ! xD

Edited by Alain MOREAU
Oubli valeur haute
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Merci pour ta vidéo, Roul, j'ai enfin compris à quoi servent ces ailettes ! :)

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Il y a 5 heures, roul a dit :

Et le pourquoi de l'acier:

Inox Roul.
 

Sinon je sais lire, merci tout de même.
 

L’inox c’est de l’acier, donc c’est lourd. Un beau challenge on va dire.

 

Wait and see.

Edited by JMBeraud

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@ALAING et  @rené astro se demandent  " ça  marche comment un moteur  de fusée a l'envers "  je vois ça  comme un inverseur  de poussée utilisé  sur les avions à  l'atterrissage, c'est à dire des volets placés  dans le flux et qui renvoient  celui-ci  en sens inverse ... bon mais @Alain MOREAU a  dit que mon  idée ne marchait pas , je ne vais donc pas insister:(

Edited by barnabé

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Il y a 4 heures, Alain MOREAU a dit :

je ne vois vraiment pas comment on pourrait dissiper autant d’énergie juste en faisant "transpirer" une fusée, du moins en embarquant une quantité d’eau compatible avec la fonction de l’objet !

 

A priori, d'après certaines données, seulement 10% de l'énergie cinétique de départ est convertie en énergie thermique au niveau du bouclier. Le reste est dissipé sous forme d'onde de choc dont l'énergie se dissipe principalement dans l'atmosphère. 

J'ai du mal à croire à une rentrée atmosphérique directe, sans mise en orbite préalable pour assurer différents checkpoints avant l'atterrissage. Une vitesse de 8 km/s comme point de départ parait plus raisonnable.

En conservant l''hypothèse d'un engin de 200 t, on arrive à 1012 J à dissiper en ordre de grandeur sur 10 minutes environ.

 

L'enthalpie de vaporisation de l'eau étant de 2 265 kJ/kg, il faudrait donc quelques 400 tonnes d'eau pour dissiper cette énergie ("quelques" selon la prise en compte de la capacité thermique et de la température de l'eau au départ). Donc on oublie par rapport à la masse initiale de l'engin.

 

Une autre option serait d'utiliser du lithium d'enthalpie de vaporisation de 21 000 kJ/kg. On serait alors sur quelques 45 tonnes de lithium à vaporiser pour évacuer totalement la chaleur. Si le dispositif vient en complément de tuiles thermiques, cette masse peut être abaissée. A comparer avec les 200 t de l'engin.

A titre de remarque, cette technologie par sudation de lithium a été envisagée dans les années 60-70.

 

Je passe sur la consommation en lithium, la pollution... et sur les jolis effets lors de la rentrée atmosphérique...

Edited by George Black
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Ça y est, j’ai survécu à ma rentrée à 15 m/s, vitesse moyenne sur les routes de mon île :D

Tu as tout à fait raison sur ce ratio de 10% maxi à charge des seules protections thermiques, mais après avoir évalué les ordres de grandeurs primaires un peu plus sérieusement qu’au pifomètre (la faute à Brizhell :D) pour moi c’était plié direct comme je l’avais intuité correctement concernant cette méthode ;)

Heureusement qu’en pratique, une sonde comme Stardust en 2006, qui rentre sur Terre à près de 13000 m/s, n’a pas à dissiper toute son énergie cinétique dans son bouclier même ablatif, car il ne retomberait d’elle au sol qu’une fine pluie de cendres !

Quant à vaporiser 40 t de lithium dans l’atmosphère à chaque vol, ce n’est peut-être pas indispensable pour ralentir le bestiau sans qu’il se désintègre ? ^_^

Un truc qui m’étonne par contre, c’est que Musk ait pu émettre publiquement cette idée avant d’avoir lui-même évalué sommairement sa pertinence (on n’est pas là dans une solution "limite" qui mériterait d’être creusée avant de trancher)

Ça dénote pour le moins une certaine improvisation, qui justifie qu’on prenne certaines de ses affirmations avec des pincettes...

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