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L’orbite géostationnaire. Où est-ce ? Elle est à 35.785 Km du sol au-dessus de l’équateur. Toutes les orbites plus basses ne sont pas stationnaires : plus on est bas, plus la gravité doit être compensée par une vitesse élevée. Sinon, on retombe sur le sol. - PowerPoint PPT Presentation
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L’orbite géostationnaireL’orbite géostationnaire
Où est-ce ? • Elle est à 35.785 Km du sol au-dessus de l’équateur.
• Toutes les orbites plus basses ne sont pas stationnaires : plus on est bas, plus la gravité doit être compensée par une vitesse élevée. Sinon, on retombe sur le sol.
• Les orbites plus hautes sont plus lentes. La lune tourne en 28 jours à 300.000 km de la terre.
Pourquoi est-elle si recherchée ?• Transmission TV, téléphone, Internet
• Surveillance de la terre et de l’atmosphère
Mais…•Y aller coûte cher : 40.000 € pour 1 Kg en orbite GEO avec Ariane. (Un vol Bruxelles-New York en avion coûte 4€/Kg, et c’est un aller-retour)
•C’est dangereux à cause des moteurs-fusée et des débris en orbite basse (LEO).
Le spatial, ça coûte cherLe spatial, ça coûte cher
•Un kilo en orbite basse (500 km, LEO)
4.000 à 20.000 €/Kg
suivant le transporteur : Atlas, Saturn, Delta, Soyouz, Ariane, Space Shuttle.
•Un kilo en orbite haute (36000 km, GEO)
40.000 € à 50.000 €.
soit 250 Millions € pour un satellite de 5 tonnes.
Ici, un lancement d’Ariane 5 à Kourou.
En fusée ???
• Il y a beaucoup de clients qui attendent leur tour pour lancer quelque chose ou quelqu’un en orbite GEO.
• Mais c’est cher…
• et c’est dangereux !
Ou bien …
…y aurait-il une autre façon d’agir que de lancer des fusées qui coûtent cher, qui explosent parfois, et qui polluent l’atmosphère et les orbites basses ?
Comment y aller ?Comment y aller ?
1895 en Russie : Konstantin Tsiolkovsy1895 en Russie : Konstantin Tsiolkovsyinvente l’ascenseur spatialinvente l’ascenseur spatial
Notons qu’il avait d’abord inventé la fusée à combustible liquide…
Mais l’idée d’une tour d’ascenseur haute de 144.000 Km ne l’effrayait pas plus que ça. Il a calculé l’énergie nécessaire à monter en orbite GEO : il y en a pour 2 € d’électricité par Kg.
D’autres ont calculé combien d’acier il faudrait pour construire la tour, le câble et l’ascenseur.
Problème : il n’y a pas assez de fer sur terre…
L’ascenseur spatialL’ascenseur spatial
L’intérêt de l’ascenseur spatial
o 1Kg en orbite GEO coûte 40.000 €
o L’énergie potentielle de ceKilo est 14.8 KWh,soit environ 2€.
o Même avec un rendement de 10%, une montée en ascenseur coûterait donc 20 €/Kg, soit 2.000 fois moins cher qu’en fusée !
L’ascenseur spatialL’ascenseur spatial
o Fabriquer le câbleo Le lancer o Le déployer o Alimenter les cabines en énergieo Eviter les catastrophes
Les défis de l’ascenseur spatialLes défis de l’ascenseur spatial
o Il n’existe aucun câble sur terre qui soit assez solide et léger…
o Les câbles en nanotubes de carbone (CNT) sont en cours de développement. Leurs performances doublent chaque année depuis 1993. (cf. Nanocyl)
o Un CNT résiste en théorie à 30.000 Kg/mm2, contre seulement 420 Kg/mm2 pour le meilleur acier.
o Un CNT est 6 fois plus léger que de l’acier (1,3 contre 7,4 Kg/dm3).
On devrait pouvoir faire un câble avec ces propriétés:
Dimensions : 100.000 Km x 100 mm x 0,001 mm Section nette : 2 mm2
Volume et Poids du câble : 2.000 M3, 2.600 Tonnes Charge utile : 20 Tonnes
Défi n° 1 : le câbleDéfi n° 1 : le câble
o Que lancer ? o Des bobines de câbleo Un contrepoidso Un système de déroulement du câble.
o Comment ? Avec des fusées ! o Monter le matériel en LEO (500 km – en plusieurs trajets),o Assemblage des éléments en LEO,o Changement de plan orbital et montée jusqu’en GEO (36.000 km).o 10 Milliards de dollars environ !
o De plus …
o On ne lance pas le câble complet, mais seulement une ‘amorce’ de 260 tonnes.
o On se servira de l‘amorce pour hisser le reste du câble de 2600 tonnes.
Défi n° 2 : le lancement Défi n° 2 : le lancement
o On lance simultanément une extrémité vers le haut avec le contrepoids et l’autre vers le bas.
o On attrape la base du câble et on la fixe solidement au sol.
o Les premières cabines renfor- ceront le câble à chaque passe en y ajoutant des brins.
o En 2 ans et 230 montées, on passera du câble initial de 0,2 mm2 à un câble de 2 mm2 capable d’enlever des charges de 20 tonnes.
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Défi n° 3 : déployer le câbleDéfi n° 3 : déployer le câble
o On lance simultanément une extrémité vers le haut avec le contrepoids et l’autre vers le bas.
o On attrape la base du câble et on la fixe solidement au sol.
o Les premières cabines renfor- ceront le câble à chaque passe en y ajoutant des brins.
o En 2 ans et 230 montées, on passera du câble initial de 0,2 mm2 à un câble de 2 mm2 capable d’enlever des charges de 20 tonnes.
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Défi n° 3 : déployer le câbleDéfi n° 3 : déployer le câble
o 200 Km/h
o 200 KW pour monter en GEO, rien pour redescendre.
o On transmet l’énergie par faisceaux lasers (Gigawatts) depuis le sol vers des cellules (50 M2 environ)
o Ne pas oublier des panneaux radiants pour se débarrasser de l’énergie en descente : le refroidissement par air n’est pas possible dans l’espace!
Défi n° 4 : l’ énergie de propulsionDéfi n° 4 : l’ énergie de propulsion
o Orageso Satellites LEO et débris connuso Météorites et débris orbitaux
inconnuso Radiations, oxydation du câbleo Vent, nuages créant des oscillations.
Défi n° 5 : éviter les risquesDéfi n° 5 : éviter les risques (1/5) (1/5)
Risques météo et objets orbitaux connusRisques météo et objets orbitaux connus
o Solution Solution : une base flottante sur l’équateur dans le Pacifique. : une base flottante sur l’équateur dans le Pacifique. o Zone sans orages; peu de nuages, donc peu d’interruptionsZone sans orages; peu de nuages, donc peu d’interruptionso Mobilité, d’où possibilité d’éviter orages et débris en orbite.Mobilité, d’où possibilité d’éviter orages et débris en orbite.
Défi n° 5 : éviter les risquesDéfi n° 5 : éviter les risques (2/5) (2/5)
Satellites et débris connuso Solution : Une base mobile et un réseau de surveillance
radar plus précis que ceux existant est indispensable.
o On compte 9.000 satellites > 10 cm : des nouveaux, des vieux et des débris de satelliteset autres fusées. Si on compte ceuxde 1 cm de taille, on en recenseplus de 100.000.
Une manoeuvre de 1 Kmpar jour suffira à éviter
tout objet connu > 1cm.
Défi n° 5 : éviter les risquesDéfi n° 5 : éviter les risques (3/5) (3/5)
Défi n° 5 : éviter les risquesDéfi n° 5 : éviter les risques (4/5) (4/5)
Météorites et objets orbitaux imprévusMétéorites et objets orbitaux imprévus
•SolutionsSolutions : : employer des câbles en forme de ruban, employer 2 employer des câbles en forme de ruban, employer 2 câbles au lieu d’un, employer 2 ascenseurs au lieu d’un : Redondance câbles au lieu d’un, employer 2 ascenseurs au lieu d’un : Redondance à tous les niveaux !à tous les niveaux !
Défi n° 5 : éviter les risquesDéfi n° 5 : éviter les risques (5/5) (5/5)
Autres risques
Oxydation par l’oxygène libre en haute atmosphère
o Solution : un revêtement anti-corrosion
Usure due au passage des cabines
o Solution : chaque cabine inspecte le câble au passage et le répare tout en se déplaçant. Les cabines sont aussi conçues pour ajouter des brins au câble pour le renforcer à chaque passage.
Les cabinesLes cabines
o Propulsion par moteur électrique et chenilles
o Cellules de captation d’énergie(20 à 50 m2)
o Télécommunications
o Charge utile
o Appareillage de maintenance du câble
Le concept en une imageLe concept en une image
L’ascenseur spatialL’ascenseur spatial
Délais
Quand toutes ces techniques seront-elles au point ?
o Le 27 Octobre 2031, tout au moins d’après LiftPort Group - The Space Elevator Companies qui publie un calendrier de développement.
o D’autres sources avancent des dates situées entre 20 et 50 ans, mais très peu d’entre elles croient que les fusées chimiques continueront à être notre voie vers l’espace d’ici un siècle.
Le premier ascenseur spatial coûtera 10 Milliards €C’est quand même 20 fois moins cher que le projet Apollo !
o Ça sera très rentable
o Coût d’un jour d’exploitation : 1 Million €
o 1 trajet dure 1 semaine à 200 Km/H
o 3 cabines à la fois sur le câble, un départ tous les 3 jours
o La plupart seront des cabines jetables ‘aller-simple’
o 1 Kg en GEO reviendra à environ 400 à 500 € (contre 40.000 € maintenant!)
Les finances Les finances (1/2)(1/2)
Réduction -99%
o Le premier ascenseur spatial aura coûté 10 Milliards €
o Le deuxième 4 Milliards €o Parce qu’on utilisera le premier comme moyen de transport.
o Chaque câble sera utilisé dans un seul sens : montée ou descente.
o Le prix du Kg en GEO tombe à 150 €, la fiabilité augmente.
o Les deux suivants coûteront 8 Milliards €o Mais ils auront 200 Tonnes de capacité et plus seulement 20 Tonnes.
o Avec 2 paires de câbles (les petits pour le personnel, les gros pour le matériel), le prix du Kg en GEO tombe à 50 €.
o Le prix sera surtout dû aux installations fixes : lasers, logistique, etc.
Les finances Les finances (2/2)(2/2)
o Lancement et réparation de satellites en Lancement et réparation de satellites en GEOGEO
o Lancement de satellites en LEOLancement de satellites en LEO
Les usages de l’ascenseur spatial Les usages de l’ascenseur spatial (1/4)(1/4)
o Bases permanentes en GEOBases permanentes en GEOo La médecine en apesanteurLa médecine en apesanteuro Le tourismeLe tourismeo Les hôtels à faible gravitéLes hôtels à faible gravité
Les usages de l’ascenseur spatial Les usages de l’ascenseur spatial (2/4)(2/4)
Usines spatialesUsines spatiales
o Centrales solaires en orbite renvoyantCentrales solaires en orbite renvoyantl’énergie au sol l’énergie au sol (et aussi vers les cabines qui montent)(et aussi vers les cabines qui montent)
par laser.par laser.
Les usages de l’ascenseur spatial Les usages de l’ascenseur spatial (3/4)(3/4)
Exploration spatialeExploration spatiale
o Lancement vers la lune et MarsLancement vers la lune et Mars (attention, les changements de plan (attention, les changements de plan orbital ne seront malgré tout pas gratuits) orbital ne seront malgré tout pas gratuits)
o Les ascenseurs spatiaux surLes ascenseurs spatiaux sur la lune et sur Mars la lune et sur Mars (attention à Phobos et Deimos !!!) (attention à Phobos et Deimos !!!)
o La ceinture orbitaleLa ceinture orbitaleo Les vols interstellaires…Les vols interstellaires…
Les usages de l’ascenseur spatial Les usages de l’ascenseur spatial (4/4)(4/4)
www.spaceward.org organise chaque année un concours d’élévateurs prototypes et de câbles
La dernière date du 15 octobre 2007 à Farmington, USA.Le prix non remporté en 2007 est remis en jeu: 2 Millions de$ ! Les inscriptions 2008 sont ouvertes !
La competition (1/2)La competition (1/2)
Le concours 2008 est prévu avec un câble de 1 Km suspendu à un ballon au dessus de Meteor Crater en Arizona (Octobre 2008)
Ci-dessus le site de 60 mde haut du concours 2007.
La competition (2/2)La competition (2/2)
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o Les bénéfices potentiels sont importantsLes bénéfices potentiels sont importants
o 2 techniques-clé manquent : le câble et les lasers de puissance2 techniques-clé manquent : le câble et les lasers de puissance
o Probablement accessible d’ici 30 à 50 ansProbablement accessible d’ici 30 à 50 ans
o Une recherche à long terme, mais d’un intérêt exceptionnelUne recherche à long terme, mais d’un intérêt exceptionnel
Rendez-vous au Liftport de l’ île de Pâques en Octobre Rendez-vous au Liftport de l’ île de Pâques en Octobre 2037 !2037 !
Le futur de l’exploration spatiale ?Le futur de l’exploration spatiale ?
«Leaving the planet by space elevator» de B. Edwards«The Space Elevator» de B. Edwards«Liftport: Opening Space to Everyone»
RéférencesRéférenceswww.spaceelevator.com www.liftport.comwww.isr.us www.spaceward.orgwww.eurospaceward.org
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Résumé Résumé vidéovidéo
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www.benoitmichel.bewww.benoitmichel.be
Benoit MICHEL, Mars 2008Benoit MICHEL, Mars 2008
