L’étude : la conception de la jet-set des années 1960 pour les voyages interstellaires – un élément essentiel de la science-fiction – n’est pas possible

Zoom / Vue d’artiste du système de propulsion statoréacteur proposé par le physicien Robert W. Bussard en 1960

Nasa

Dans le roman de Paul Anderson en 1970 nombre zéroL’équipage d’un vaisseau spatial cherche à se rendre à l’étoile Beta Virginis dans l’espoir de coloniser une nouvelle planète. La méthode de propulsion du navire était la soi-disant “Busard Ramjet,Un moyen de propulsion réel (quoique hypothétique) proposé par le physicien Robert W Bossard Il y a tout juste une décennie. Maintenant, les physiciens ont reconsidéré ce mécanisme inhabituel de voyage interstellaire dans nouveau papier Il a été publié dans le magazine Acta Astronautica, et malheureusement, ils ont découvert que le statoréacteur en voulait. Les auteurs concluent que c’est possible d’un point de vue purement physique, mais les défis d’ingénierie qui y sont associés sont actuellement insurmontables.

Un moteur à réaction est essentiellement un moteur à réaction qui « respire » de l’air. La meilleure contrepartie du mécanisme de base est qu’il exploite le mouvement vers l’avant du moteur pour comprimer l’air entrant sans avoir besoin de compresseurs, ce qui rend les moteurs à réaction plus légers et plus simples que leurs homologues turbocompressés. L’inventeur français René Lorraine a breveté en 1913 son concept de moteur à réaction (également connu sous le nom de cheminée volante), bien qu’il n’ait pas réussi à construire un prototype viable. Deux ans plus tard, Albert Fono a proposé une unité de propulsion à réaction pour augmenter la portée des projectiles tirés du canon et a finalement reçu un brevet allemand en 1932.

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Un moteur à réaction de base se compose de trois éléments : une entrée d’air, une postcombustion et une tuyère. Les gaz d’échappement chauds de la combustion du carburant s’écoulent à travers la buse. La pression de combustion doit être supérieure à la pression à la sortie de la tuyère afin de maintenir un débit constant, ce que le moteur à réaction réalise en “éperonnant” l’air extérieur dans la chambre de combustion à la vitesse d’avancement de tout véhicule à moteur. Il n’est pas nécessaire de transporter de l’oxygène à bord. L’inconvénient est que les moteurs à réaction ne peuvent produire de la poussée que si la voiture est réellement en mouvement, ce qui nécessite un décollage assisté par fusée. En tant que tels, les jets sont plus utiles comme moyen d’accélération, comme pour les missiles propulsés par des jets ou pour augmenter la portée des obus d’artillerie.

Fonctionnement simple du jet stream, avec le nombre de Mach affiché pour le débit.
Zoom / Fonctionnement simple du jet stream, avec le nombre de Mach affiché pour le débit.

Robert Boussard pensait que le concept pouvait être modifié comme moyen de propulsion interstellaire. Le principe de base décrit dans Son mémoire de recherche en 1960 Il s’agit de la collection de protons interstellaires (hydrogène ionisé) utilisant d’énormes champs magnétiques comme une « écope de bélier ». Les protons seraient comprimés pour produire la fusion thermonucléaire, puis les champs magnétiques canaliseraient cette énergie dans les gaz d’échappement de la fusée pour produire une poussée. Plus le navire se déplace rapidement, plus le flux de protons est important et plus la poussée est importante.

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Mais ensuite, les scientifiques ont découvert que la densité de l’hydrogène est beaucoup plus faible dans les régions de l’espace en dehors de notre système solaire. Pour cette raison, Dans un article de 1969, suggéré par John F. Fishback (John F.

En particulier, Fishback a calculé la vitesse de coupe. “Plus la cuve est rapide, plus elle se concentre sur les lignes de champ magnétique dans le réacteur à fusion”, ont expliqué les auteurs de ce dernier article de recherche. “Un champ plus fort conduit à des contraintes mécaniques plus élevées.” Fishback a conclu que le jet interstellaire ne pouvait accélérer en continu qu’à une certaine vitesse seuil, à laquelle il devrait faire demi-tour, de peur que la source magnétique n’atteigne son point de rupture.

C’est la solution Fishback examinée dans ce dernier article. L’idée vaut vraiment la peine d’être recherchée. Le co-auteur Peter Schachnider a déclaré :, auteur de science-fiction et physicien à l’Université de technologie de Vienne (TU Wien). “Dans l’espace interstellaire, il y a un gaz très dilué, principalement de l’hydrogène – environ un atome par centimètre cube. Si vous deviez collecter de l’hydrogène devant le vaisseau spatial, comme dans un entonnoir magnétique, à l’aide d’énormes champs magnétiques, vous pourriez utilisez-le pour alimenter un réacteur à fusion et accélérer le vaisseau spatial. . »

Lui et son co-auteur, Albert Jackson de Triton Systems aux États-Unis, se sont appuyés sur un logiciel développé à TU Wien pour calculer les champs électromagnétiques dans un microscope électronique. Leurs calculs ont montré que la proposition de poche magnétique (ou de piégeage de particules) de Fishback pour un moteur à réaction Bussard était réalisable. Les particules peuvent en effet être collectées par un champ magnétique et dirigées dans le réacteur de fusion, obtenant une accélération jusqu’à des vitesses relatives.

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Cependant, les auteurs ont également constaté que des bobines magnétiques absurdement longues seraient nécessaires pour la trajectoire afin d’atteindre une poussée de 10 millions de newtons (deux fois la poussée de la navette spatiale). Et le diamètre de cet entonnoir devrait être de 4000 km. Ainsi, visiter le centre galactique dans un vaisseau spatial à statoréacteur Bussard au cours d’une vie est impossible. En fait, « Il est hautement improbable que cela se produise civilisations Kardashev du deuxième type Il pourrait construire des jets magnétiques avec des solénoïdes axiaux. » (Pour référence, les humains sur Terre n’ont pas encore atteint une civilisation de type I).

Deuxièmement : Loi sur l’astronautique, 2021. 10.1016 / j.actaastro.2021.10.039 (À propos des DOI).

Jacinthe Poulin

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