Voyage interplanétaire & Vraissemblance

[Shidorian]

Bonjour à tous,

Je suis actuellement en train de travailler sur un scénario SF et j'aimerais le rendre aussi réaliste que possible. C'est pour cela que je vous sollicite car mes connaissances en physique et en mathématique sont visiblement un peu faiblarde pour réaliser proprement les calculs du voyage spatial que j'envisage. J'ai essayé autant que possible de mon coté de m'y atteler mais je bute sur quelques points et réclame vos correction sur le reste !

Contexte: faire voyager un vaisseau-arche de l'orbite terrestre à un système stellaire éloigné de 100AL environ. La distance n'importe pas beaucoup pour le scénario, c'est la durée du voyage qui nécessite d'être longue, de l'ordre de 400 ans +/- 50ans.

Données brutes:
Le vaisseaux fait dans les 400.000t (donc 400.000.000 kg). Poids adaptable en fonction de résultats obtenus !
La propulsion est assurée par annihilation matière/antimatière ( j'envisage deux plasmas proton/antiproton afin de les rendre confinables avec un champ magnétique)
Pour les calculs de base sur lesquels je vous propose de m'aider j'envisage une accélération à 1G depuis l'orbite terrestre jusqu'à atteindre 0,25c, puis le temps du trajet en conservant cette vitesse, puis une décélération à 1G pour entrer dans le système cible, orbite autour de l'étoile, fronde (il me semble que ça s’appelle comme ça), orbite autour de la planète cible.

Mes (piètres ! ) calculs:
Merci de votre indulgence, je ne suis formé qu'à l'agriculture et aux soins médicaux !

1G= 9,82 m/s2
déjà je ne comprend pas exactement le "seconde carré" mais en tâtonnant je trouve que 9,89*7776000s (soit 90jours) = 76.360.320 m/s soit 0,25c

D'après les bribes de ce que je comprends en faisant 9,89* 90j *90j j'obtiens la distance parcourue soit beaucoup trop de mètres et de km ! Mais 3969,1 UA (0,06 AL)

Ensuite on se fait 400ans de trajet à 0,25c pour faire 100AL (ça c'est la partie fastoche ! Enfin j'espère...)

Puis on retourne le vaisseau et on décélère à 1G comme au départ.

Si mes calculs sont justes jusque là (j'ai quelques doutes ...), j'ai par contre des résultats assez improbables lorsque je calcule la masse d'antimatière à embarquer.

Je pose E(j) nécessaire = masse du vaisseaux en kg*accélération*durée
et je trouve donc 400Mkg*9,82* 7776000s = 3,05*10e16 J soit 6,11*10e16J (le double) pour produire la force nécessaire pour l'accélération et la décélération...
Or avec E=mc2 je trouve que 1*c*c = 8,99*10e16J
Il ne faudrait donc qu'un seul gramme de mélange (p+/p-) pour faire toute l'opération (avec un moteur convertissant parfaitement l'énergie en poussée ce qui est évidement impossible, j'envisage un ratio de 90%). Ok je suis certain d'avoir raté un truc mais je trouve pas où ! Ces ordres de grandeur n'évoquent rien d’intuitif pour moi...

Merci par avance pour toute aide,
N'hésitez pas à me faire part de vos remarques sur la faisabilité (science fictionnelle bien sûr !) de l'entreprise et à me pointer les difficultés techniques auxquelles s'attendre. Je pourrais vous faire part de ce que j'ai déjà envisagé comme solutions, sinon cela stimulera ma créativité !
-----

[JPL]

Correction faite.

[Ernum]

Salut et bienvenue,

...

1G= 9,82 m/s2
déjà je ne comprend pas exactement le "seconde carré" ...

...

c'est simple, ça traduit une accélération, en décomposant ça va mieux:

les m/s c'est une vitesse, les m/s² ( c'est pareil que d'écrire m/s/s) veut dire que chaque seconde qui passe tu augmente ta vitesse de la valeur indiquée. Ici il s'agit de la force de gravité à la surface de la Terre, en négligeant les frottements, si tu laisse tomber un objet d'un immeuble, la première seconde sa vitesse sera de 9.82m/s, une seconde plus tard de 19.64 m/s, etc.

[Shidorian]

c'est simple, ça traduit une accélération, en décomposant ça va mieux:

les m/s c'est une vitesse, les m/s² ( c'est pareil que d'écrire m/s/s) veut dire que chaque seconde qui passe tu augmente ta vitesse de la valeur indiquée. Ici il s'agit de la force de gravité à la surface de la Terre, en négligeant les frottements, si tu laisse tomber un objet d'un immeuble, la première seconde sa vitesse sera de 9.82m/s, une seconde plus tard de 19.64 m/s, etc.

Ahh merci ! en effet je comprend bien mieux en décomposant ainsi !

[A voir en vidéo sur Futura]

[noureddine2]

Je pose E(j) nécessaire = masse du vaisseaux en kg*accélération*durée
et je trouve donc 400Mkg*9,82* 7776000s = 3,05*10e16 J soit 6,11*10e16J (le double) pour produire la force nécessaire pour l'accélération et la décélération...

E ce n'est pas M.G.t c'est M.G.D c'est force x distance

[Anathorn]

Une suggestion qui pourrait apporter du peps au récit, en respectant scrupuleusement les lois de la physique : Utiliser l'effet Oberth avec le Soleil.
Si tu utilises l'effet Oberth avec ton moteur à anti matière, tu peux obtenir une célérité de sortie de système solaire plusieurs fois plus importante que sans l'utiliser.
L'idéal étant, je pense : se créer une orbite de périhélie 5 rayons solaires et d'aphélie Jupiter.
Avec une orbite comme ça, si tu utilises l'effet Oberth, ton engin va pouvoir obtenir une vitesse absolument prodigieuse à son aphélie et produire une accélération démentielle en utilisant l'effet Oberth.
une référence : Parker probe, atteindra sa vitesse la plus importante d'ici peu (si ce n'est déjà fait, je ne crois pas).
Elle sera de... 191 km/s !
Son orbite a un aphélie à l'altitude de Vénus "seulement", alors avec Jupiter, ça va être plusieurs fois plus vite que ça.
Plusieurs centaines de km/s.
La vitesse se compterait alors en millions de km/h !
Parker Probe, son pic c'est déjà 690 000 km/h.
Rien que l'élaboration de l'orbite très excentrée d’aphélie Jupiter et de périhélie 5 rayon solaire pourrait faire l'objet d'un chapitre entier qui pourrait être passionnant et plein de rebondissements.
Car ce serait une mission de plusieurs dizaines d'années, avec pourquoi pas des équipages qui se succèdent en rotation, avant d'avoir la configuration idéale prête a quitter le système solaire.
Je parle de Jupiter et du soleil car ce sont de très loin les plus grosses masses du système et Jupiter sera très utile pour courber l'orbite progressivement afin de la rendre très excentrée, avec plusieurs frondes gravitationnelles majeures possibles au cours des orbites grâce à l'énorme masse jupitérienne.

Et ensuite, chapitre 2 : "le voyage", après la fameuse accélération au périhélie solaire, où la chaleur sera considérable (on ne sera pas loin de la dizaine de milliers de degrés, mais pendant seulement un temps court, quelques minutes, ou dizaines de minutes au maximum, a cause de la vitesse prodigieuse qu'on a à cet endroit !).
Là, il y a vraiment de la matière pour faire de la SF réaliste tout en ayant plein d'endroits ou insérer du "suspens" ou des incidents qui nécessitent des opérations intéressantes techniquement et scénaristiquement.

Techniquement, je n'imagine pas un jour un (très) improbable voyage d'un engin habité vers d'autres étoiles sans qu'il soit fait usage de cet effet Oberth, car il divise le temps de voyage par rapport au fait de ne pas l'employer, avec le même engin.
Donc indispensable, même incontournable dans l'hypothèse de l'utilisation d'un engin à motorisation propulsive (on ne parle pas de plier l'espace temps) pour partir vers une autre étoile.
Même avec une propulsion AM.
On peut faire un roman de SF tout a fait crédible scientifiquement (je fais abstraction de la santé humaine, je ne parle que de technique spatiale) en utilisant ce moyen pour voyager entre les étoiles.
Ça reste long quand même, entre des (beaucoup de) siècles et des milliers d'années pour les plus proches étoiles...
Et plusieurs décennies de calibrage d'orbite avant de pouvoir tirer l'engin vers d'autres systèmes.
Avec un moteur AM très performant, on peut envisager peut être de tomber sous le siècle pour la plus proche étoile avec des vitesses qui pourraient tourner autour de la (ou des) dizaine(s) de millier(s) de km/s, à la toute fin d'impulsion.
Avec un moteur AM très performant...
Mais sachant que de toute façon, l’accélération ne se fera qu'au périhélie (dans son périmètre proche) et pas ailleurs, car le rendement de l'impulsion sera considérablement plus efficace a cet endroit que pendant tout le reste du trajet.
Et ça colle avec un moteur qui a une durée d'utilisation réaliste.

[Anathorn]

il va sans dire qu'a l'arrivée, il faudra faire la même chose dans l'autre sens, donc il faudra garder le bouclier solaire tout le voyage.
Si on ne fait pas la même chose, c'est très simple : aucune chance de pouvoir s'arrêter.

[noureddine2]

E ce n'est pas M.G.t c'est M.G.D c'est force x distance

Je te montre un calcul plus simple avec l'énergie cinétique
Ec = 1/2 mv^2 donc pour atteindre
v= 0.25 c = 1c/4
Ec sera 1/2 m(vaisseau )x (c/4)^2
et pour freiner il faut dépenser la même énergie ,
Donc l'enegie pour atteinte l'autre planète est
E = 2xEc = 1/16xM(vaisseau ).c^2
Et pour le carburant anti-matiere va donner
E = M(anti-matiere)xc^2
en comparant l'énergie cinétique et l'enegie anti-matiere
on aura M(anti-matiere) = M(vaisseau)/16
Donc beaucoup de carburant d'anti-matiere .

[yves95210]

Salut,

Une suggestion qui pourrait apporter du peps au récit, en respectant scrupuleusement les lois de la physique : Utiliser l'effet Oberth avec le Soleil.

Déjà vu dans un (excellent) roman de SF (Aurora de Kim Stanley Robinson), pour une phase de retour sur Terre et donc de nécessaire ralentissement, pas prévue initialement et presque à court de carburant.
La phase de ralentissement décrite dure une douzaine d'années et demande au total une trentaine de "flybys" à proximité du Soleil et de plusieurs de ses planètes (3 à proximité du Soleil), pour une vitesse d'entrée dans le système solaire valant 3,2% de c (environ 10000 km/s), le tout calculé en fonction de la quantité de carburant disponible et de l'accélération maximale que le vaisseau et ses passagers sont capables de supporter.
Elle occupe une centaine de pages du bouquin : K.S. Robinson ne prend pas la science à la légère et ne néglige aucune explication (au risque de décourager certains de ses lecteurs)...

[Anathorn]

Merci pour la référence, je me doutais évidemment que je n'était pas le seul a y avoir pensé, vu que je ne suis qu'un modeste amateur de ces questions.
Ce qui m’intéresse dans cette idée c'est qu'elle a un fondement vraiment réaliste, du point de vue astrodynamique (donc du point de vue des plans de vols et trajectoires astronautiques).
Ravi de voir que certains l'ont déjà romancé et pas surpris que ça décourage le lecteur.
Je sais pertinemment que l'important, dans un roman de SF, ce ne sont pas les détails techniques mais la trame de l'histoire.
Et que du coup, quand on cherche a être vraiment réaliste, on se fait beaucoup suer... pour le résultat de perdre des lecteurs, qui décrochent !
... ou éventuellement de créer un roman mythique qui ne sera reconnu qu'après sa mort

En tout cas, l'épisode entre le début du projet et le tir vers une autre étoile a déjà un contenu romancé potentiel absolument phénoménal.
On a ici une matière scénaristique très féconde.

En comparaison, le voyage en lui même semblerait assez ennuyeux.
Sauf quand on s'appelle R. Heinlein, qui a fait une nouvelle (dont je ne me souviens plus le nom) dans laquelle les humains ont perdu la connaissance qu'ils voyagent, dans un vaisseau gigantesque en rotation, et que l'évolution naturelle (couplée au rayonnements mutagènes, externes et internes) a séparé la branche humaine en diverses composantes dont certaines se sont habituées a l'impesanteur (ceux près du centre).
Nouvelle que j'ai dévoré il y a longtemps (au moins 30 ans ^^) et que j'avais adoré.
Le moment ou l'expédition des "gens normaux" de l’extérieur, après une expédition épique vers des endroits où il y a de moins en moins de gravité et de plus en plus de dangers (surtout les autochtones qui n'ont plus rien d'humain), arrivent enfin à la porte du cockpit de pilotage qui n'a pas été ouverte depuis des milliers d'années... séquence émotion : immense moment de littérature SF ^^

[noureddine2]

1G= 9,82 m/s2
déjà je ne comprend pas exactement le "seconde carré" mais en tâtonnant je trouve que 9,89*7776000s (soit 90jours) = 76.360.320 m/s soit 0,25c

D'après les bribes de ce que je comprends en faisant 9,89* 90j *90j j'obtiens la distance parcourue soit beaucoup trop de mètres et de km ! Mais 3969,1 UA (0,06 AL)

je verifie le temps pour atteindre la vitesse 0.25 c = 0.25x3x10⁸ m/s = 75x10⁶ m/s
on a v=G.t donc t= v/G = (75.10⁶ m/s) / 9.81 m/s² = 7.645 x 10⁶ s
t = 127416 min = 2123 heures = 89 jours
je vois une remarque : le voyage doit durer 400 ans avec une gravitation de 1 G , alors qu'ici le vaisseau aura une gravitation 1 G seulement pendant 89 jours d'accélération et 89 jours du freinage et entre les 2 périodes le moteur est éteint , donc doit avoir une autre gravitation artificielle par force centrifuge .

[yves95210]

Merci pour la référence, je me doutais évidemment que je n'était pas le seul a y avoir pensé, vu que je ne suis qu'un modeste amateur de ces questions.
Ce qui m’intéresse dans cette idée c'est qu'elle a un fondement vraiment réaliste, du point de vue astrodynamique (donc du point de vue des plans de vols et trajectoires astronautiques).
Ravi de voir que certains l'ont déjà romancé et pas surpris que ça décourage le lecteur.
Je sais pertinemment que l'important, dans un roman de SF, ce ne sont pas les détails techniques mais la trame de l'histoire.
Et que du coup, quand on cherche a être vraiment réaliste, on se fait beaucoup suer... pour le résultat de perdre des lecteurs, qui décrochent !
... ou éventuellement de créer un roman mythique qui ne sera reconnu qu'après sa mort

Vu tes goûts, je te conseille vivement la lecture d'Aurora. Il n'y a pas que dans le domaine cité que Robinson fait preuve de "réalisme scientifique". Mais il n'y est pas question que de science (ou de "sciences dures"), et ça se dévore quand-même comme le (gros) roman que c'est censé être. En voici une critique qui en parle bien mieux que je le pourrais.

Et pour en revenir au projet de Shidorian ("Je suis actuellement en train de travailler sur un scénario SF et j'aimerais le rendre aussi réaliste que possible. [...] Contexte: faire voyager un vaisseau-arche de l'orbite terrestre à un système stellaire éloigné de 100AL environ. La distance n'importe pas beaucoup pour le scénario, c'est la durée du voyage qui nécessite d'être longue, de l'ordre de 400 ans"), on est en plein dedans, à ça près que Aurora se concentre plutôt sur la fin du voyage, alors que l'équipage est confronté aux problèmes de vieillissement de l'arche et aux problèmes de l'insularité, et - après des déboires dont je ne parlerai pas ici histoire de ne pas spoiler les futurs lecteurs - à un voyage de retour vers la Terre qui n'était absolument pas prévu et qui s'en trouve d'autant plus compliqué par l'usure des systèmes et par la pénurie de ressources (d'où la nécessité d'utiliser abondamment l'assistance gravitationnelle pour ralentir le vaisseau).

[Shidorian]

Bonsoir,

Un grand merci à vous pour vos réponses éclairantes ! Je vais modifier mon scénario car cela fait immensément trop d'énergie consommé dans un contexte de voyage "plausible" (avec de gros guillemets !). Je vais ralentir à 0.1c et intégrer ce mécanisme de gravity well (enfin je vais essayé si je suis en capacité de ne pas trop raconter des aberrations plus grosses que moi !). Pour anecdote le scénario se concentre surtout sur une évolution atypique de l'espèce humaine et de sa psychologie et la rencontre avec une conscience E.T. La technologie et l'astronautique servent seulement de toile de fond. L'action débute à la fin du voyage aller et je ne prévois pas de retour.
Merci pour les références je ne connaissais pas Kim S Robinson: j'ai commandé le cycle des martiens et Aurora qui m'ont l'air fort intéressants sur le papier !

A bientôt peut-être

[Ernum]

...
A bientôt peut-être

Bah, n'oublie pas de donner des nouvelles de l'avancée de ton projet..

[Tawahi-Kiwi]

Sauf quand on s'appelle R. Heinlein, qui a fait une nouvelle (dont je ne me souviens plus le nom) dans laquelle les humains ont perdu la connaissance qu'ils voyagent, dans un vaisseau gigantesque en rotation,...

Orphans of the Sky (Les Orphelins du Ciel)

Stephen Baxter dans le cycle des Xeelees a aussi plusieurs romans ou l'humanité tres lointaine a évolué dans des directions un peu(beaucoup) originales (y compris dans des univers avec des constantes cosmologiques differentes ).

T-K

[Anathorn]

Merci pour le rappel, T.K, un court roman sublime.
Je l'ai dévoré.

Je suis un tout petit lecteur de SF, qui lisait d'ailleurs beaucoup plus de bouquins (de toutes sortes) avant internet (donc il y a 25 ans...).
Mais dans mes lectures de SF, l'auteur qui m'a le plus fasciné, c'est Cordwainer Smith.
Ses seigneurs de l'instrumentalité m'ont marqué au fer rouge ^^
Ce qui est marrant, c'est quand même que je suis plutôt un "réaliste" de base, alors que C.S., c'est l'exact opposé : on est au delà de toutes les normes réelles.
Le fil a crancher (Scanners Live in Vain - 1950), ça aussi ça m'a choqué.
Mais je suis loin d'avoir tout lu de lui.
D'où peut-on arriver à avoir des idées aussi immatérielles en leur donnant autant de sens ?
Lorsqu'on fait l'effort de rentrer dans son récit, c'est éblouissant.
Mais le réel est pourtant totalement absent de ses récits.
Auteur fascinant.