Ascenseur spatial

Ascenseur spatial !

L’ascenseur spatial…

L’autre façon d’aller dans l’espace

Introduction 

Depuis le mythe d’Icare, on a appris à voler avec l’aide d’un certain nombre de machines qui s’améliorèrent un peu avec le temps. Toutefois, depuis les années 50, la méthode utilisée pour nous rendre dans l’espace n’a guère changé et plus ça va, plus le système semble être dépassé pour répondre aux besoins d’aujourd’hui et de demain. 

Petit historique 

En gros, on doit aux Allemands et plus particulièrement à Wernher von Braun la réalisation des premières fusées appelées V2 A la fin de la seconde guerre mondiale, beaucoup de scientifiques nazis sont « récupérés » par la Russie, les USA et même la France. Certains, comme Wernher von Braun, auront des responsabilités énormes puisque ce dernier sera nommé directeur du centre de vol spatial de la NASA. Il sera également le père des programmes Gemini et ApolloLes missions Apollo permettront notamment aux USA de poser les premiers hommes sur la Lune en 1969. En résumé, les Américains auront les fusées Saturn et les Soviétiques SoyuzComme on peut le voir, l’histoire des lanceurs civils et militaires est étroitement liée. On a d’abord voulu tuer à distance au travers de missiles balistiques et ensuite, on a cherché à se rendre dans l’espace avec des objectifs avant tout patriotiques. Aujourd’hui, la situation n’est pas très différente. L’Inde et la Chine ont aussi des ambitions spatiales et sacrifient une bonne partie de leurs budgets pour maîtriser les vols spatiaux. 

Situation actuelle 

Actuellement, les trois principaux pays qui maîtrisent les vols spatiaux sont : les USA au travers de leur Space Transportation System (STS) ou Space Shuttle, les Russes grâce aux lanceurs Soyuz et enfin, l’Europe grâce à Ariane


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Space Shuttle, le lanceur américain (charge utile: 24 tonnes)

- Soyuz, le lanceur russe (charge utile: 8.5 tonnes pour la version 2)

Ariane 5, le lanceur européen (charge utile: 9.6 tonnes) 

La première chose que l’on constate, c’est la différence d’architecture entre le lanceur américain et les autres. D’abord devisé à 5 millions de dollars par vol, le lanceur américain finit par coûter à chaque vol 380 millions de dollars. On ne rêve pas et la preuve est apportée qu’on peut être nul en math et tout de même avoir un chouette job à la NASA puisque le budget a été dépassé de 76 fois! De plus, le dernier accident de Columbia en 2003 a sérieusement remis en question ce type de lanceur et la NASA a annoncé pour 2020 deux nouveaux lanceurs: Ares V et I

Les lanceurs Ares V et I 

Fondamentalement, le lanceur Ares V sera en mesure de propulser 129 tonnes de matériels en orbite basse alors que Ares I propulsera ses astronautes et autres équipements légers jusqu’à 25 tonnes. A la lecture de ces chiffres, on se rend compte que le projet est ambitieux puisque c’est bien au-delà de tout ce qui se fait aujourd’hui.  Comme on peut le voir, on quitte donc la notion de navette qui permet un retour sur Terre en planant pour un modèle plus classique de lanceur. Un retour en arrière en quelque sorte puisque les coûts et les complications du Space Shuttle ont démontré que ce n’était pas une solution viable. Bref, tout ce que les ingénieurs ont pensé jusqu’à maintenant dans le cadre de lanceurs spatiaux, ce sont des fusées avec des pétards qui, au travers d’explosions contrôlées et continues, arrivent à nous arracher de notre petite planète bleue. Quelques entreprises privées comme Virgin Galactic (propriété du troublion Richard Branson), SpaceX, ou encore Blue Origin (propriété de Jeff Bezos, fondateur et CEO d’Amazon) essaient de développer d’autres moyens de transport très proches des gros lanceurs, mais l’objectif est tout autre. En effet, ces sociétés cherchent avant tout à développer le tourisme spatial et non le transport de satellites. 

Les limites du système 

Pour le moment, plus on veut propulser une lourde charge en orbite basse ou géostationnaire, plus le lanceur doit être grand. De plus, les volumes à respecter sont importants puisque dans le cadre d’Ariane ou du Space Shuttle, un diamètre maximum de 4 à 4.5 mètres est à disposition. Dans le cadre du lanceur Ares I, cette capacité sera portée à un diamètre de 5.5 mètres et pour Ares V, un diamètre de 8.4 mètres sur 22 de longueur sera disponible! En d’autres mots et pour mieux se rendre compte de quoi on parle, une illustration est bien plus explicite:  Principaux lanceurs actuels et futurs En résumé, on insiste sur le seul modèle connu, à savoir un lanceur classique qui repose sur une propulsion solide et/ou liquide. 

Une autre approche pour « monter » dans l’espace 

Dans le fond, tout commença très tôt. Dès 236 avant Jésus-Christ, Archimède inventa ce qui pouvait s’apparenter au premier ascenseur avec des poulies et un treuil. Plus tard, dès 1800, différents mécanismes virent le jour dans le but de monter des charges ou extraire des matériaux dans les mines. Il faudra attendre 1852 pour qu’Elisha Otis (oui, le fondateur des ascenseurs Otis) invente ce qui s’apparente le plus à l’ascenseur moderne. C’est aussi un ascenseur de cette marque qui fut installé dans la tour Eiffel en 1889. Cette formidable invention capta l’attention de Constantin Edouardovitch Tsiolkovski. Ce professeur et auteur de romans de science-fiction affirma en 1885 qu’il faudrait aller dans l’espace avec l’aide d’un ascenseur.  Puis, en 1903, à la lumière des difficultés qu’il fallait dépasser pour concrétiser cette idée, il publia un livre qui définissait ce que serait l’exploration spatiale avec des engins à réaction. Aujourd’hui encore, cet homme est considéré comme le père de l’astronautique moderne. Depuis un peu plus de 100 ans, on a donc développé la même idée et franchement, je vois mal comment on pourrait réaliser des projets d’envergure avec ce système qui me semble de plus en plus archaïque. Toutefois, depuis quelques années, des scientifiques un peu fous et avec la tête dans les étoiles ont réveillé cette idée de science-fiction. Ils ont développé un concept crédible même si certaines technologies ne sont pas encore au point. C’est sous le patronyme LiftPort Group que ces scientifiques espèrent faire fonctionner en 2031 cet ascenseur spatial! Bon, à raison, certains peuvent se demander à quoi va ressembler ce truc. Y aura-t-il une cage d’ascenseur? Des freins? Et où sera le moteur? Bon, il faut un peu oublier les concepts standards d’ascenseur.

Pour mieux vous aider, voici une illustration réalisée par Wikipedia qui a un article sur le sujetSchéma de principe (l’échelle n’est pas respectée) 

Le principe est tout simple: on fixe un câble sur Terre et à son extrémité, au-delà de l’orbite géosynchrone, on fixe un contrepoids. Grâce la force centrifuge de la Terre et à l’attraction du vide spatial, le câble reste tendu et l’ascenseur peut se mouvoir tout le long du câble de bas en haut. Bon, maintenant, si on parle un peu des échelles, plusieurs projets sont à l’étude mais le plus ambitieux projet est assurément celui qui fera tenir le contrepoids à 100’000 kilomètres au-dessus de nos têtes! Pour mieux se rendre compte, il faut savoir que c’est pratiquement le tiers de la distance Terre-Lune. 

Quels seraient les avantages par rapport à une solution classique? 

On pourrait en citer des centaines mais le premier avantage se situe au niveau des coûts! Tout d’abord, le prix actuel pour placer une charge en orbite basse se situe entre $1’000 et $6’000 dollars alors que pour atteindre une orbite géostationnaire, on se situe plutôt entre $20’000 et $40’000 dollars le kilo. 

Pour l’ascenseur spatial, on évalue ce coût à $1.50 dollar le kilo! 

Il n’y a pas d’erreurs de frappe. Alors qu’aujourd’hui un voyage dans l’espace avec nos camarades russes vous est facturé $20 millions de dollars, demain (enfin dans 25 ans), vous pourrez partir avec vos bagages pour $150 dollars! Comment est-ce possible? Et bien pour le moment, ça ne l’est pas encore puisque un grand nombre de problèmes sont encore à résoudre. Toutefois, petit à petit, les barrières tombent et chaque année qui passe apporte son lot de solutions. Ci-dessous, quelques illustrations des trois principales pièces de ce projet futuriste (les images sont tirées du site de LiftPort Group): Le contrepoids est situé à pratiquement 100’000 kilomètres au-dessus de l’équateur L’ascenseur monte ou descend à environ 2.5 mètres/seconde  La station de base pourra se déplacer sur les océans au niveau de l’équateur A l’heure actuelle, on estime à environ $10 milliards de dollars l’ensemble de ce projet. Bien sûr, il y a fort à parier qu’on sera bien au-delà de ce montant une fois le projet terminé. Toutefois, vu que le budget des nouveaux lanceurs Ares et de la capsule Orion se situe entre $80 et $115 milliards de dollars, il y a de la marge! Un des défits majeurs qui devra être résolu est de fabriquer le câble qui reliera la Terre à l’espace. La solution n’est apparue qu’en 1991 grâce à la découverte des nanotubes. D’après les premières études, ce câble aura une largeur de 91 centimètres pour une épaisseur de 1 micromètre… le tout tendu sur 100’000 kilomètres.  Pour mieux se rendre compte de l’exploit, il faut imaginer que ce « ruban » de nanotubes pèsera 200 grammes par kilomètre alors qu’un simple câble de téléphone (les fils uniquement) pèsent 4 kilos par kilomètre. Le problème? Et bien se « ruban » serait très sensible à l’air et pourrait se corroder sans parler de sa fragilité en cas d’incident. 

Conclusion 

Je vous l’accorde, pour l’heure, il reste encore des problèmes gigantesques à régler mais l’idée est là et elle commence à prendre forme.  Néanmoins, ce projet me fait plus rêver que le développement de gros pétards liquides ou solides qui sont censés nous propulser dans la « conquête spatiale ». Attention, je ne vois pas dans cet ascenseur spatial une façon de conquérir l’espace à moindre coût puisque ce but me paraît bien futile en regard des problèmes que nous avons sur Terre. Pour moi, si ce projet prend forme et qu’il se montre beaucoup plus sûr et économique que les « transporteurs » classiques, j’y vois une solution à long terme pour nos déchets, même les plus dangereux comme les déchets nucléaires. Enfin, j’y vois aussi une façon de construire à moindre coût un anneau photovoltaïque autour de la Terre qui sera en mesure de subvenir à tous nos besoins électriques actuels et futurs. 

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