Pour les passionnés d'espace et de science : fronde gravitationnelle

Salut

Hier je me suis fait la remarque suivante (je décompose en fait ça a été beaucoup plus rapide dans ma tête) :

- On se sert de ce qu'on appelle l'effet de "fronde gravitationnelle" pour accélérer certaines de nos sondes spatiales en économisant ainsi du carburant et donc en améliorant ainsi leur longévité dans l'espace.

- Évidemment l'on use ici des "puits gravitationnels" générés par des corps massifs que sont les planètes.

- Le principe : on envoi directement la sonde vers le champ gravitationnel de la planète pour qu'elle soit attirée et accélérée par cette chute ainsi on gagne de la vitesse sans user les propulseurs et le carburant, puis juste qu'en il faut on se dégage du champ avec une poussée adéquat et on profite de l’accélération gagner pour continuer la route.

- Les orbites plus ou moins hautes ou basses de la Terre sont de plus en plus encombrées (dangereusement encombrées) par le nombre des satellites moderne et actifs ou anciens et dérivant, inactifs, et par une foule de débris dont on suit plus ou moins la trajectoire. Et cela se bouche un peu plus chaque jour.

- Pourquoi ne pas coller sur les plus gros débris et les plus gros satellites actuels et anciens inactifs de petits transpondeurs afin de bien les suivre tous en temps réel, centraliser l'information et ce servir des micro-puits gravitationnels que ceux-ci génèrent pour accélérer d'autres objets ?

- Évidemment ces objets sont très petits par rapport à une planète, ils ne génèrent surement pas grand chose, en plus ils sont noyé dans le propre champ de gravité de la Terre, mais... ils doivent bien générer un peu d'attraction non ? Surtout si on passe très prêt.

- Je reconnais que cela nécessite aussi surement des calculs très précis, faire se frôler des engin ainsi c'est dangereux, mais....

- Je pense aussi au fait l'on s'emmerde à satellisé un réseau de GPS européen a grand frais alors que l'orbite terrestre pullule de de débris et cadavres de satellites qui ne demandent sans doute qu'a être recyclés, soit on les répare, modifie sur place et ils ont une seconde vie, soit on les capture, on les désosse et on récupère les matériaux précieux, c'est déjà cela de récupérer.

Qu'en pensez vous ?

Que éboueur de l'espace est un métier d'avenir.

Et sinon pour l’histoire des puits que je découvre : pour créer des "bases" permettant l’émergence d'un puits gravitationnel plus puissant on peut peut-être amalgamer les déchets on les recyclerait ainsi?

Ça c'est certain, le boulot d'éboueur de l'espace, je l'ai déjà vu dans Picsou dans les années 80 et dans un excellent manga appelé Planètes.

Pas con en effet l'idée d'amalgamer pour augmenter la masse.

@Carla : oui avec une masse importante tu généres un "puits" gravitationnel dans le sens la force d'attraction de l'objet attire les objets de moindre masse à lui. Non seulement cela attire mais cela déforme aussi l'espace ET le temps. Si on devait représenté l'espace en deux dimensions comme une toile cirée ou une nappe tendu, les objets suffisamment massifs comme les planètes, les géantes gazeuses, les étoiles (comme notre Soleil) sont des boules de pétanque qui creuse le tissu, le déforme "vers le bas" si tu veux.
Et comme le "tissu" est tendu, l'espace entre 2 points est plus court, donc on met moins de temps à le parcourir qu'ailleurs. Les distances et l'écoulement du temps ne sont donc pas les mêmes en fonction d’où tu te situe dans l'espace, prêt ou non d'une masse plus ou moins importante. L'extrême en la matière étant le trou noir, ou l'on spécule que la densité, la masse et donc la gravité générée tendent vers l'infini et donc aussi vers un arrêt de l'écoulement du temps en certains points au moins du "trou".

L'ensemble des satellites en orbite représente une masse de quelques milliers de tonnes au maximum. Même agglomérés en un seul corps, la force gravitationnelle qu'il exercerait sur un satellite pour réaliser une fronde gravitationnelle serait négligeable en comparaison de l'effet de la lune (7,3*10^22 kg) ou de Mars (6,4*10^23 kg).

Je m'en doute je n'espérais pas quelque chose d'énorme, de plus je n’inclus pas que les satellites en orbite mais tous les débris aussi de taille conséquente.
Maintenant que j'y pense pourquoi ne pas capturer un gros astéroïde, d'une masse suffisante pour que l'effet soit sensible et le satellisé en orbite de la Terre pour s'en servir d’accélérateur ?

Il y en a déjà un, la Lune ! Et puis placer un machin énorme en orbite autour d'une planète habitable c'est un coup à la rendre inhabitable (modification de l'orbite, du climat, des marées, sans compter l'impossibilité matérielle de déplacer un truc si lourd pour et de l’arrêter en orbite stable).

Je ne parle pas d'un truc de la taille de Lune mais plutôt un gros caillou mettons de quelques centaines de mètres, qu'on peu parfaitement équipé d'un poste de contrôle relié à des propulseurs en surface. Quand à déplacer un tel gros caillou on y réfléchi déjà sérieusement, primo pour exploiter la grande barrière d'astéroïde de nos système solaire : eau et minéraux, secondo pour dévier un éventuel astéroïde géant "tueur de planète" repéré à temps.

Les indiens viennent de mettre en orbite de Mars du premier coup un sonde "low cost" après 1 an de voyage et 1 mois d'accélération en orbite de la Terre en utilisant l'effet de fronde gravitationnelle pour acquérir la puissance nécessaire.
3 ans de mise au point, 75 millions de dollars de cout (moins que le budget du film Gravity) et dans la cible du premier coup là ou les chinois ont foiré en 2011. Chapeau.

HariSeldon a écrit:Quand à déplacer un tel gros caillou on y réfléchi déjà sérieusement

Oui, surtout si on peut mettre sur un gros dimant

Malheureusment, uil semble que la planète ne soit pas si précieuse.

Alors première question ... j'ai toujours pas compris l'effet de fronde gravitationnelle. Comment ça marche, qu'est ce que ça permet de faire, quelles sont les conditions d'applications, les outils mathématiques minimaux nécessaire à la compréhension du phénomène.

Ensuite bon ça a été dit, les déchets en orbites ne sont pas suffisamment massif pour avoir un effet gravitationnel. Et même s'ils l'étaient (un peu), il faudrait encore sans doute pouvoir appliquer des poussées aux différents objets, pour "profiter" des effets de frondes. Or une telle poussée, pourrait servir tout simplement à renvoyer l'objet vers le bas, en utilisant l'effet gravitationnel ... de la terre, et l'effet incinérateur de l’atmosphère.

Je ne suis pas expert en astrophysique mais voila ce que j'ai compris de l'effet de fronde gravitationnelle (on me dit si je me trompe) :

Plutôt que de devoir compter sur des propulseurs nécessitant une réserve de carburant volumineuse qui elle même représente une masse qu'il va falloir propulser, on économise en se servant de l'attraction gravitationnelle de corps massifs comme des planètes, pour non plus "pousser" une sonde vers quelque chose , mais lui faire approcher d'un corps massif, la laissé être attirée par la gravité, cela l’accélère et là on use juste d'une petite poussée de dégagement, de libération, pour qu'elle poursuive vers l'objectif.

Et apparemment plus on fait faire de rotation à une sonde autour d'une planète en gardant toujours une orbite stable, plus on l'accélère, plus on accumule de l'énergie que l'on a plus besoin de fournir via un propulseur : économie d'énergie, donc de carburant, donc de masse, donc un rayon d'action/autonomie de la sonde plus grand.

Dans une fronde le caillou acquière de l'énergie cinétique (force centripète ? centrifuge ?) du fait de la rotation dans la poche de cuir, et quand on lâche la pierre, cette énergie cinétique se libère en propulsant la pierre sur une certaine distance, l'énergie s'épuise, la pierre est vaincu par la gravité et tombe au sol si elle ne rencontre pas d'objet avant.

Et dans l'espace faute d'une gravité et d'une atmosphère je pense que l'énergie se conserve beaucoup plus longtemps. D'ailleurs actuellement on mise sur le propulseur ionique. Sa poussée est très faible mais il coute peu de carburant, il peut donc avoir un gros réservoir permettant une accélération très lente mais très longue. Résultant tu mets 6 mois a atteindre une vitesse de pointe mais ensuite tu as des années d'autonomie.  

C'est plus clair là ?

En fait on essai de résoudre toujours le même problème : plus on veut accélérer quelque chose plus il faut de la puissance et apparemment ce n'est pas proportionnel, dans l'espace en tout cas, pour faire aller un engin 2 fois plus vite il ne faut pas 2 fois plus d'énergie mais plus, et cela empire plus on va vite. On tombe su la fameuse limite qui nous empêche d'atteindre "c", pour atteindre la vitesse de la lumière le multiplicateur d'énergie nécessaire tend vers l'infini, d'autant que plus on va vite plus la masse augmente (me demande pas pourquoi mais apparemment c'est comme cela, et plus tu as de la masse plus tu as besoin d'énergie pour la propulser, et plus tu va vers "c" plus la masse tend vers l'infini, donc une énergie infinie... qui n'existe pas, même la fusion nucléaire - plus puissante que la fission - ou l'annihilation matière-anti-matière - ne suffiraient pas).

Bref si tu veux te propulser dans l'espace par toi même soit tu as une énorme poussée très couteuse en énergie et tu va passer de V 0 à V + 5 en 1h et après tes réservoirs sont vides et tu ne dépasse plus V + 5 (voir tu ne peux que ralentir ensuite si tu croises des corps massifs qui te ralentissent), soit tu passe de V 0 à V + 5 en 6 mois mais tu peux les 6 mois suivant continuer à accélérer et atteindre V + 8 etc....
Bref qui veut aller loin ménage sa monture : une sonde légère, accélérant lentement mais finissant en vitesse élevée et avec une grande autonomie.

Eagle, qui s'est posé sur la Lune avec Armstrong, était hyper léger, à certains endroit le fuselage avait l'épaisseur d'une feuille d'aluminium, et avec une équipage en combinaison spatiale, aucune atmosphère respirable à l'intérieur, juste pour alléger à fond l'engin, avoir le moins de masse possible, le moins de réserve de carburant possible. Et encore l'attraction lunaire est 6 fois moindre que sur Terre.

L'énergie nécessaire à de grosses fusées pour quitter le sol est monstrueuse, une débauche, un gaspillage énorme juste pour mettre en orbite 1 capsule ou un ou 2 satellite qui eux représentent un fraction de la masse totale du lanceur.

C'est pas pour rien que la NASA a sérieusement réfléchi dans les années 60/70 a des fusées à propulsion nucléaire, pour voir la poussée suffisante. L'énergie nucléaire était une solution tentante.
D'ailleurs les sondes spatiales a propulsion ionique sont équipées de petits réacteur nucléaire, une énergie énorme mais distillée tout doucement, comme dans une centrale. Un centrale nucléaire n'est ni plus ni moins qu'une bombe nucléaire que l'on fait exploser très très lentement, en confinant l'explosion et en évacuant lentement l'énergie.

HariSeldon a écrit:C'est plus clair là ?

Pas vraiment. Enfin ton exposé est clair, mais ne vient pas compléter mon ignorance sur les transferts exacts d'énergies qui s'opèrent lors du frondage gravitationnel. Note que techniquement, s'il y a accélération, ça veut dire que la planète qu'on utilise doit perdre de l’énergie. Comment on fait pour lui "piquer" cette énergie ? C'est pas évident pour moi.

Les écosystèmes sont grignotés, empoisonnés, dénaturés,
et la fronde c'est penser à voyager dans l'espace...
Si j'étais dieu je vous déchoirais de votre identité terrienne.

##### a écrit:
Si j'étais dieu je vous déchoirais de votre identité terrienne.

Si tu étais Dieu, l'enfer serait notre sanctuaire

Il l'est déjà, banane.

"""""""@ un rapport a été envoyé, ta remarque n'apporte rien au sujet et se montre désobligeante, merci de ne plus troller ce topic et de laisser le sujet suivre son cour auprès de ceux que cela intéresse.

##### a écrit:Les écosystèmes sont grignotés, empoisonnés, dénaturés,
et la fronde c'est penser à voyager dans l'espace...

L'espace est parsemé des ruines des civilisations qui ont pris la décision économique rationnelle de ne pas explorer l'espace

Ben ça m'a intéressé, la preuve.
Pffff..