La vitesse limite n'est pas 'c', mais 114Km/sec...

[OrionRider]

Salut à tous,

 

Les amateurs de voyages interstellaires se plaignent de cette limite de 300.000 km/sec que nous impose la relativité. La simple mécanique newtonienne est bien plus contraignante:

 

Supposons qu'il soit possible de fabriquer un vaisseau spatial capable de résister à l'impact d'un obus d'artillerie supersonique de 100kg. Selon la formule Ek=1/2MV² cela représente une énergie de 360m/s x 360m/s x 100kg / 2 = 6.48 x 10^6 joules.

 

Lancé à plus de 114 km/sec ce même vaisseau ne résisterait pas à l'impact d'un météoroïde de seulement... un gramme!

 

114000m/s x 114000m/s x 0.001kg / 2 = 6.5 x 10^6 joules

 

Cette vitesse de 114km/sec est étonnament faible, sachant que le record de vitesse actuel est détenu par la sonde Hélios avec 70km/sec. On est bien loin des vitesses relativistes dont certains voudraient voir affublés les vaisseaux du futur.

 

Conclusion: sauf découverte 'exotique', les vols spatiaux ne dépasseront probablement jamais une vitesse de l'ordre de 114km/sec.

Cela place Mars à une dizaine de jours de voyage et Saturne à quelques mois, Proxima à... des milliers d'années!

 

Qu'en pensez-vous?

 

[Lasilla]

J'en pense qu'il faudra inventer un espère de champ de force/bouclier si on veut ça marche .

 

Mais sympa le calcul!

[sweet]

On verra bien par le futur, le futur nous réserve encore enormément de choses, on ne connait encore vraiment rien, meme si l'on croit connaitre beaucoup

[OrionRider]

Merci Lasilla

 

Un bouclier ne marche pas à ces vitesses, l'inertie est tout simplement trop énorme. Même chose pour un 'champ de force'. Celui-ci devrait développer une énergie du même ordre que l'impact lui-même. En outre, je ne vois pas comment un champ EM pourrait dévier une particule non chargée...

La notion familière de 'boucliers' issue de la science-fiction, c'est justement ça: de la science-fiction...

 

@sweet:

C'est justement le problème: on peut attendre beaucoup de choses de l'avenir, mais tant qu'on joue dans la cour de Newton et Galilée, la formule e=1/2mv² ne peut pas être battue... Tout déplacement à plus de quelques centaines de km/sec est et restera extrêmement risqué.

[jarnicoton]

Voir la réponse dans "Chants de la Terre lointaine".

[Leimury]

Faudrait voir les chances de rencontre de particules d'un gramme aussi.

 

Asimov avait réduit le problème à une proba de collision très très faible et fortement improbable quant il écrivait à propos de voyages spatiaux.

 

Dans ton calcul, tu pars d'une particule d'un gramme immobile.

Rien qu'à certaines orbites, on a des déchets qui passent à des vitesses de malades.

 

Faudrait voir à combien d'impacts les vaisseaux actuels ont déjà eu affaire.

L'espace c'est tout de même plutôt vide, non ?

Modifié 8 novembre 2010 par Leimury

[OrionRider]

Salut Leimury

 

Il faut distinguer plusieurs facteurs influençant la probabilité d'une collision:

 

1. La probabilité de toucher un objet potentiellement fatal croît avec la vitesse, au fur et à mesure que la masse requise pour détruire le vaisseau diminue.

Il y a plus de petits météoroïdes que de grands. Je ne connais pas la relation entre taille et quantité par km³ mais je suppose que c'est plus exponentiel que linéaire.

Dans mon exemple, à 2.500km/sec un milligramme possède la même énergie que l'obus de 100kg.

 

2. La probabilité d'un impact augmente avec la distance parcourue. Ce n'est pas directement lié à la vitesse mais il est clair que si on peut se déplacer plus vite on envisage aussi des voyages plus lointains.

 

3. La durée des voyages a aussi une influence. Elle découle des avancées technologiques, lesquelles déterminent aussi la vitesse des vaisseaux. Une sonde interstellaire voyagera des milliers d'années.

 

4. L'impossibilité d'éviter les obstacles. Il est beaucoup plus difficile de changer la trajectoire à 100km/sec qu'à 10km/sec. Sans parler de l'effet d'un virage sur l'équipage.

 

5. La probabilité d'un impact augmente avec la taille du vaisseau, laquelle augmentera probablement avec le progrès, la vitesse et la durée de mission.

 

Les sondes Voyager ne semblent pas avoir été touchées, mais ce sont de petits vaisseaux qui ne voyagent pas bien vite.

D'autres ont eu moins de chance:

http://www.universetoday.com/11645/sts-118-micrometeorite-dings-shuttle-windshield/

Le même impact à 100km/sec aurait probablement été fatal.

 

Enfin, l'effet d'un bombardement régulier par des particules microscopiques aurait à la longue un effet désastreux, en 'ponçant' littéralement la surface du vaisseau.

[OrionRider]

Intéressant:

 

http://analyst.gsfc.nasa.gov/ryan/misc/meteor.html

 

En gros résumé, cette étude estime la probabilité d'un impact par une météorite de 0,3 milligrammes à 1% au cours de la mission MOLA II en orbite de Mars. La surface prise en compte est celle du miroir principal de l'instrument (0,128m²).

 

Ramené à la surface totale d'un vaisseau, ça commence à compter. Bon, 1/3 de milligramme c'est pas grand-chose non plus...

[Alarcon yves]

Mode déconne on.

 

Peut être en mettant un balai devant le vaisseau

 

 

 

Mode déconne off.

 

Très intéressante réflexion OrionRider.

Yves.

[OrionRider]

Yves.

 

"Yves, reviens, on a les mêmes à la maison!"

[basque en balade]

on s'en fout de la vitesse : on passera par les "trous de ver" !! et hop 1000 années-lumieres en 1 seconde !

[OrionRider]

Peut être en mettant un balai devant le vaisseau

 

Certains ont pensé à un écran qui précède le vaisseau à quelques mètres. L'idée est qu'un caillou serait pulvérisé au contact de l'écran, chaque fragment étant plus petit et donc moins dangereux pour la coque.

Le problème, c'est qu'à partir d'une certaine vitesse peu importe si on heurte un gramme de fer, un gramme de poussière, un gros flocon de neige carbonique ou un nuage d'hydrogène. Seule la masse compte. Un peu comme l'eau devient du béton quand on tombe d'assez haut.

[Grub]

Il faut un vaisseau en alliage « poly-mimétique » , ça résout les problèmes de collisions, bon pour les passagers faudra trouver quelquechose, car du coup ça risque de faire du pâté

[OrionRider]

Pour faire du pâté, il y a plus simple: il suffit de relier le système anticollision au pilote automatique. Après le premier virage à 623G, on peut ramasser l'équipage sur les murs. Et les chiottes sont enfin débouchées...

[Invité Ortog]

Ne pourrait-on pas imaginer une "forme aéro" qui fasse glisser la météorite ?

 

Ne peut-on pas penser une technologie issue des chars qui explose une partie de sa protection afin de détruire ou détourner la charge adverse ?

 

J'ai dit deux phrases, peut être deux conneries, mais bon, pas grave.

 

Ortog

['Bruno]

1 gramme, c'est énorme, mais l'espace interstellaire est rempli de "poussières" et il y aura toujours une vitesse pour laquelle la moindre rencontre avec quelques molécules fera tout pêter, donc je pense moi aussi que c'est une objection majeure aux voyages interstellaires. (L'autre objection étant l'énergie nécessaire pour y parvenir.)

[dominique e]

Si le laser fait encore quelques progrès il suffira d"un simple système de surveillance avec tir automatique pour dégommer ce genre de poussières indésirables. Ce n'est qu'une solution mais soyons sûr qu'avec les immanquables progrès de la science il en existera bien d'autres.

 

N'oubliez pas non plus que pour pénétrer un bouclier c'est une question d'angle, les allemands lors de la deuxième guree mondiale en ont fait l'amère expérience (heureusement pour nous) sur le front russe avec le chars russes t34 qui grâce à un angle avant prononcé mettaient en échec les obus antichars allemands.

 

On peut également faire un parrallèle avec les blindage smilitaires modernes du type mille feuille bien plus résistants même sur des obus à charge creuse. Par ailleurs , bien plus simple mais très efficace le système de contre explosion qui rend inefficace les obus les plus perforants...

 

 

Bref pourquoi tant de pessimisme????

[SULREN]

Bonsoir,

Je ne voudrais pas polluer cette discussion par du hors sujet, mais juste signaler que les obus à charge creuse qui étaient si redoutables dans le passé ont deux point faibles majeurs qui les rendent désuets comme projectiles de perforation des blindages:

- Ils sont lourds, donc lents, et ils ricochent sur les blindages s’ils les frappent avec une grande incidence. Même si leur percuteur de culot fait exploser la charge sous l’effet du choc, le dard de celle-ci se perd dans l’air.

- Si l’obus ne ricoche pas, le dard de sa charge creuse est diffracté par les blindages de type mille-feuille et sa profondeur de pénétration est considérablement réduite, même si sa masse demeure inchangée comme cela a été dit. Sa surface ayant augmenté l’énergie cinétique se perd dans un volume beaucoup plus grand.

 

Voilà pourquoi depuis 20 à 30 ans les obus anti-char sont devenus des obus flèche, simple flèche en alliage très dur et très dense (carbure métallique + uranium appauvri, etc) sans aucune charge explosive, mais tirées avec une vitesse initiale très grande (relativement par rapport au spatial, car on parle ici de 1200 à 1500 m/s) par des canon lisses (eh oui, fini le canon rayé de grand papa). La flèche est fortement sous-calibrée par rapport au tube pour avoir une faible masse à propulser par rapport à la charge de poudre et l’étanchéité est assurée par un sabot en plastique qui se sépare de la flèche après la sortie du tube.

 

A cette vitesse la flèche pénètre dans le blindage même si elle le frappe sous incidence rasante (j’ai vu des essais à Satory), contrairement à l’obus à charge creuse. De plus, elle n’est pas diffractée (ou peu) par le blindage mille-feuilles. A sa sortie derrière le blindage le métal en fusion provoque une grande onde de choc en même temps que des effets thermiques dévastateurs.

Autre bénéfice de la grande vitesse initiale des obus flèches : le tir est très tendu et le risque de rater la cible par mauvais réglage de hausse est fortement réduit.

 

Je pense que le blindage mille-feuilles avec du vide ou de l’air entre les feuilles réduirait fortement, par effet de diffraction, la pénétration des petits objets venant frapper avec une grande vitesse relative les vaisseaux spatiaux, comparé à un blindage compact de même masse. Il faudrait cependant éloigner beaucoup les feuilles les unes des autres pour en tirer profit, car aux vitesses évoquées l’angle de diffraction serait faible. Ce n’est que mon point de vue.

 

PS : la charge creuse garde tout son intérêt pour percer le blindage latéral des chars avec des armes légères, ou percer des parois en béton.

Pendant mon service militaire la petite grenade à charge creuse que nous tirions avec nos fusils (MAS 49 – 56) et qui devait peser autour de 200 gr pouvait percer : 30 cm d’acier, 90 cm de béton ou 130 cm de terre battue (en tous cas c’est ce que disaient nos manuels d’instruction). Il vaut mieux ne pas en laisser trainer dans l’espace.

Modifié 8 novembre 2010 par SULREN

[jp-brahic]

mais pourquoi donc vous voulez tous vous barrer de la terre!!!!!!:be:

 

On est pas bien LAAAAAAAAAAAAaaaaaaaaàààààààà

[SULREN]

Bonjour,

 

Ils ont peut-être envie d'aller enlever les femmes des extraterrestres.

L'enlèvement des Sabines, cela ne vous dit rien?

 

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Cortona_Rape_of_the_Sabine_Women_01.jpg

 

Romulus entreprend la construction de sa ville, qu'il nomme Roma (Rome), d'après son propre nom, dit la légende. Mais la Ville, lieu de refuge pour les esclaves en fuite et les hommes libres souhaitant changer d'existence, manque singulièrement de femmes. Une pénurie qui condamne le projet à brève échéance. Comme les tentatives de mariage dans les « villes » avoisinantes trouvent toutes de méprisantes fins de non-recevoir, Romulus décide de voler des femmes[24]. Prétextant la découverte fortuite d'un autel consacré à une divinité, il instaure la fête de « Consualia » en l'honneur de Neptune[25] le 18 août[26],[27] et y convie les Sabins et les peuples de plusieurs « villes » alentour : Caenina, Crustumerium, Antemnae. Tandis que l'attention des hommes est détournée, les femmes sont enlevées par surprise.

 

 

[OrionRider]

@ ortog et dominique:

 

Le blindage réactif fait appel à des explosifs chimiques dont la vitesse de propagation est limitée à quelques km/sec. L'obstacle aurait traversé le vaisseau largement avant que la détonation ait lieu...

 

En ce qui concerne les blindages obliques, inutile à cette vitesse. L'obus de 100kg choisi pour ma comparaison dissipe son énergie sur une surface d'impact de ±100cm², bien plus grande que n'importe quel météoroïde de 1g.

L'effet d'un petit objet est concentré dans une zone d'impact minuscule, comme un obus-flèche, mais beaucoup plus rapide.

 

 

Si le laser fait encore quelques progrès il suffira d"un simple système de surveillance avec tir automatique

 

Là, il y a deux problèmes:

 

1. comment détecter une particule de quelques millimètres à des dizaines de km de distance alors que sa température est proche du zéro absolu et qu'elle ne reflète pas forcément les rayonnements EM...?

2. le laser va transformer le grain de poussière ou de glace en un plasma d'une masse identique (en fait, une masse un peu plus élevée si on compte le gain d'énergie)...

L'impact sera donc le même, sauf que l'objet sera déjà chaud au contact du vaisseau.

 

=> A 114km/sec, ça ne fait pas beaucoup de différence de heurter une plume de 1g, une bille de 1g, un flocon de 1g ou un caillou de 1g.

[SULREN]

Tout cela est théorique bien sûr, mais:

 

Supposons qu'on sache détecter de TRES LOIN un objet dont la trajectoire va couper celle du vaisseau.

La destruction de cet objet par un laser le transformerait en une multitude de corps plus petits, qui sous l'effet de l'explosion s'écarteraient les uns des autres.

Le centre de gravité de l'ensemble des débris suivrait la même trajectoire que l'objet initial, à la petite déviation près introduite par l'apport d'énergie du laser.

 

On peut espérer qu'une fois arrivé au niveau du vaisseau le nuage des débris ait pris une extension telle que seuls quelques uns d'entre eux frapperaient le vaisseau et que leur masse individuelle soit suffisamment faible pour n'entrainer que des dégâts mineurs.

Oui, non?

[OrionRider]

Oui et non, car si le laser est supposé avoir un faisceau cohérent, dans la pratique ce n'est pas le cas à cause des imperfections de son optique. Il ne peut donc pas détruire des objets à très grande distance.

Et bien sûr, reste le problème non seulement de la détection, mais aussi du pointage du laser sur une cible aussi minuscule se déplaçant à une vitesse relative aussi élevée.

 

En supposant que tout cela soit résolu, le laser causera l'échauffement de l'obstacle. Si l'énergie est suffisante, le météoroïde sera vaporisé ou transformé en plasma. Ce nuage de particules se dilatera rapidement, diminuant la pression à l'impact et les effets de celui-ci.

Une meilleure solution serait de vaporiser un côté seulement de l'obstacle, ce qui l'éjecterait de la trajectoire par réaction.

 

Enfin, je suppose...

[SULREN]

Dans tous les cas le centre de gravité des débris poursuivra sa route sur la trajectoire initiale, à la toute petite déviation près créée par l'impulsion de la pression de radiation du faisceau laser (sauf si le vaisseau à une vitesse propre très faible et qu'il se trouve quasiment sur la trajectoire de l'objet au moment du tir, car dans ce cas il n'y a pas d'impulsion radiale mais seulement une axiale).

On pourrait fendre l'objet en deux avec une faible vaporisation médiane qui amènerait les deux morceaux à s'écarter l'un de l'autre et passer de part et d'autre du vaisseau en ne laissant que peu de particules dans l'axe de la trajectoire.

Mais il est probable que cela n'apporte pas de gain par rapport à une vaporisation violente totale, au niveau de la masse des particules subsistant sur la trajectoire initiale.

 

Notre technologie n'est pas à la veille d'atteindre ce stade de précision de détection et de tir. Le plancher des vaches à encore un bel avenir.

[jerryaxe]

Ben pour ma part, je pensais qu'un objet accelere a la vitesse de la lumiere pouvait traverse un corps sans etre altere.

Pourquoi s'embeter avec cette vitesse de 114km/s?????

 

Jerry

['Bruno]

Si un vaisseau se déplace à 10.000 km/s (c'est très lent : à cette vitesse il faut 120 ans pour atteindre Proxima) et s'il faut un délai de 1 seconde entre la détection de la particule interstellaire et son annihilation (par je ne sais quel procédé : il faut tout nettoyer avant d'y arriver, 1 seconde est très court pour ça...), ça veut dire qu'il faut être capable de détecter une particule (noire) située à 10.000 km devant nous. Un détecteur capable d'une telle sensibilité risque d'être énorme, donc le vaisseau sera énorme et pour l'accélérer il faudra une énergie colossale.

 

Tous ces petits détails compliquent sérieusement la possibilité des voyages interstellaires (auxquels je ne crois pas principalement en raison des trop grandes distances et de la trop grande énergie nécessaire pour atteindre une vitesse relativiste).

[OrionRider]

Ben pour ma part, je pensais qu'un objet accelere a la vitesse de la lumiere pouvait traverse un corps sans etre altere.

Pourquoi s'embeter avec cette vitesse de 114km/s?????

 

Jerry

 

Salut Jerry.

Et bien non, ce que tu crois est faux. Aucun objet ne peut atteindre la vitesse de la lumière. Dans les films ils font semblant.

Et le coup de traverser sans altérer, c'était dans Harry Potter. A moins qu'on ne parle de neutrinos, mais ça c'est une autre histoire...

[OrionRider]

@Bruno

 

Tout à fait exact, avec cette difficulté supplémentaire: à la vitesse de 10.000 km/sec, une particule de 0,00013 grammes suffit à détruire le vaisseau (et il y en a beaucoup, des comme ça:().

Donc là, on parle de détecter un truc de moins d'un dixième de mm³.

 

La technologie radar est limitée aux ondes millimétriques. A ma connaissance, 325GHz est la fréquence la plus élevée qui marche. Après, on quitte la radio et on arrive dans l'infrarouge et le visible. Or, voir un machin de moins d'un millimètre à des kilomètres de distance, c'est pas gagné d'avance, même avec le dob de notre copain le Basque ...

[julon2000]

La technologie radar est limitée aux ondes millimétriques. A ma connaissance, 325GHz est la fréquence la plus élevée qui marche. Après, on quitte la radio et on arrive dans l'infrarouge et le visible. Or, voir un machin de moins d'un millimètre à des kilomètres de distance, c'est pas gagné d'avance, même avec le dob de notre copain le Basque ...

 

2 questions de béotien concernant cette limite à 325GHz: les ondes millimétriques ne sont-elles pas utilisées par les radars car elles sont peu influencées par la météo? Et qui plus est, pour détecter des bouts de machin inférieurs au millimètre, mieux vaut également avoir une longueur d'onde plus petite, non?

[OrionRider]

Bonsoir Julon,

 

Effectivement, pour détecter et surtout 'résoudre' un objet il faut utiliser une longueur d'onde plus petite que sa taille.

Par contre, pour la météo c'est l'inverse.

 

325GHz correspond en gros au millimètre. Sur Terre, les radars qui portent le plus loin sont les radars à longueurs d'ondes métriques. En effet, outre les problèmes de résonance, la présence de molécules diélectriques dans l'atmosphère (l'eau) réduit fortement la portée des radars de haute fréquence. Pour compenser, il faut augmenter la puissance d'émission mais les ondes centimétriques et millimétriques sont déjà tellement énergétiques que ça devient difficile. En outre, les ondes millimétriques ont du mal à traverser les nuages dont les gouttelettes sont plus grandes que la longueur d'onde...

 

Edit: en anglais, mais le graphique est assez parlant:

http://www.radartutorial.eu/18.explanations/ex07.en.html

 

Note comme l'atténuation du signal augmente avec la fréquence. Il y a des pics aux fréquences de résonance de l'eau (22GHz) et de l'O² (75GHz).

Au-delà de 325GHz on ne peut plus générer d'ondes radio, l'émetteur devient une... lampe infrarouge

 

Contrairement à la croyance populaire, les fours à micro-ondes n'exploitent pas la fréquence de résonance de l'eau, mais bien les propriétés diélectriques de l'eau, la graisse et le sucre. Ces matières chauffent à 2,45GHz dans les fours classiques, mais aussi à 915MHz (fours industriels) et en fait à pratiquement toutes les hautes fréquences.

Pour les radars, 22GHz et 75Ghz sont bien entendu inutilisables, le reste du spectre 'haut' convient uniquement pour de courtes portées.

Modifié 9 novembre 2010 par OrionRider