L’orbite géostationnaire <ul><li>Où est-ce ?   </li></ul><ul><li>Elle est à 35.785 Km du sol au-dessus de l’équateur. </li...
Le spatial, ça coûte cher <ul><li>Un kilo en orbite basse (500 km, LEO)  </li></ul><ul><li>4.000 à 20.000 €/Kg  suivant le...
Comment y aller ? <ul><li>En fusée ??? </li></ul><ul><li>Il y a beaucoup de clients qui attendent leur tour pour lancer qu...
1895 en Russie  : Konstantin Tsiolkovsy invente l’ascenseur spatial Notons qu’il avait d’abord inventé la fusée à combusti...
L’ascenseur spatial
<ul><li>L’intérêt de l’ascenseur spatial </li></ul><ul><ul><li>1Kg en orbite GEO coûte 40.000 € </li></ul></ul><ul><ul><li...
<ul><ul><li>Fabriquer le câble </li></ul></ul><ul><ul><li>Le lancer  </li></ul></ul><ul><ul><li>Le déployer  </li></ul></u...
<ul><ul><li>Il n’existe aucun câble sur terre qui soit assez solide et léger… </li></ul></ul><ul><ul><li>Les câbles en nan...
<ul><ul><li>Que lancer ?  </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Des bobines de câble </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Un contr...
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Défi n° 5 : éviter les risques   (4/5) <ul><li>Météorites et objets orbitaux imprévus </li></ul><ul><li>Solutions  :  empl...
Défi n° 5 : éviter les risques   (5/5) <ul><li>Autres risques </li></ul><ul><li>Oxydation par l’oxygène libre en haute atm...
Les cabines <ul><ul><li>Propulsion par moteur   électrique et chenilles </li></ul></ul><ul><ul><li>Cellules de captation d...
Le concept en une image
L’ascenseur spatial <ul><li>Délais </li></ul><ul><li>Quand toutes ces techniques seront-elles au point ? </li></ul><ul><li...
<ul><li>Le premier ascenseur spatial coûtera 10 Milliards  € </li></ul><ul><ul><li>C’est quand même 20 fois moins cher que...
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<ul><li>«Leaving the planet by space elevator» de B. Edwards </li></ul><ul><li>«The Space Elevator»  de B. Edwards </li></...
www.benoitmichel.be   Benoit MICHEL, Mars 2007 Images copyright Alan Chan & his space elevator visualisation group
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Ascenseur Spatial

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description en 31 dias du concept de l'ascenseur spatial comme présenté par Benoit Michel de l' UCL lors du printemps des sciences 2007. Mises à jour du concept disponibles sur www.benoitmichel.be.

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Ascenseur Spatial

  1. 2. L’orbite géostationnaire <ul><li>Où est-ce ? </li></ul><ul><li>Elle est à 35.785 Km du sol au-dessus de l’équateur. </li></ul><ul><li>Toutes les orbites plus basses ne sont pas stationnaires : plus on est bas, plus la gravité doit être compensée par une vitesse élevée. Sinon, on retombe sur le sol. </li></ul><ul><li>Les orbites plus hautes sont plus lentes. La lune tourne en 28 jours à 300.000 km de la terre. </li></ul><ul><li>Pourquoi est-elle si recherchée ? </li></ul><ul><li>Transmission TV, téléphone, Internet </li></ul><ul><li>Surveillance de la terre et de l’atmosphère </li></ul><ul><li>Mais… </li></ul><ul><li>Y aller coûte cher : 40.000 € pour 1 Kg en orbite GEO avec Ariane. ( Un vol Bruxelles-New York en avion coûte 4€/Kg, et c’est un aller-retour ) </li></ul><ul><li>C’est dangereux à cause des moteurs-fusée et des débris en orbite basse (LEO). </li></ul>
  2. 3. Le spatial, ça coûte cher <ul><li>Un kilo en orbite basse (500 km, LEO) </li></ul><ul><li>4.000 à 20.000 €/Kg suivant le transporteur : Atlas, Saturn, Delta, Soyouz, Ariane, Space Shuttle. </li></ul><ul><li>Un kilo en orbite haute (36000 km, GEO) </li></ul><ul><li>40.000 € à 50.000 €. </li></ul><ul><li>soit 250 Millions € pour un satellite de 5 tonnes. </li></ul><ul><li>Ici, un lancement d’Ariane 5 à Kourou. </li></ul>
  3. 4. Comment y aller ? <ul><li>En fusée ??? </li></ul><ul><li>Il y a beaucoup de clients qui attendent leur tour pour lancer quelque chose ou quelqu’un en orbite GEO. </li></ul><ul><li>Mais c’est cher… </li></ul><ul><li>et c’est dangereux ! </li></ul><ul><li>Ou bien … </li></ul><ul><li>… y aurait-il une autre façon d’agir que de lancer des fusées qui coûtent cher, qui explosent parfois, et qui polluent l’atmosphère et les orbites basses ? </li></ul>
  4. 5. 1895 en Russie : Konstantin Tsiolkovsy invente l’ascenseur spatial Notons qu’il avait d’abord inventé la fusée à combustible liquide… Mais l’idée d’une tour d’ascenseur haute de 144.000 Km ne l’effrayait pas plus que ça. Il a calculé l’énergie nécessaire à monter en orbite GEO : il y en a pour 2 € d’électricité par Kg. D’autres ont calculé combien d’acier il faudrait pour construire la tour, le câble et l’ascenseur. Problème : il n’y a pas assez de fer sur terre…
  5. 6. L’ascenseur spatial
  6. 7. <ul><li>L’intérêt de l’ascenseur spatial </li></ul><ul><ul><li>1Kg en orbite GEO coûte 40.000 € </li></ul></ul><ul><ul><li>L’énergie potentielle de ce Kilo est 14.8 KWh, soit environ 2€. </li></ul></ul><ul><ul><li>Même avec un rendement de 10%, une montée en ascenseur coûterait donc 20 €/Kg, soit 2.000 fois moins cher qu’en fusée ! </li></ul></ul>L’ascenseur spatial
  7. 8. <ul><ul><li>Fabriquer le câble </li></ul></ul><ul><ul><li>Le lancer </li></ul></ul><ul><ul><li>Le déployer </li></ul></ul><ul><ul><li>Alimenter les cabines en énergie </li></ul></ul><ul><ul><li>Eviter les catastrophes </li></ul></ul>Les défis de l’ascenseur spatial
  8. 9. <ul><ul><li>Il n’existe aucun câble sur terre qui soit assez solide et léger… </li></ul></ul><ul><ul><li>Les câbles en nanotubes de carbone (CNT) sont en cours de développement. Leurs performances doublent chaque année depuis 1993. (cf. Nanocyl) </li></ul></ul><ul><ul><li>Un CNT résiste en théorie à 30.000 Kg/mm 2 , contre seulement 420 Kg/mm 2 pour le meilleur acier. </li></ul></ul><ul><ul><li>Un CNT est 6 fois plus léger que de l’acier (1,3 contre 7,4 Kg/dm 3 ). On devrait pouvoir faire un câble avec ces propriétés: Dimensions : 100.000 Km x 100 mm x 0,001 mm Section nette : 2 mm 2 Volume et Poids du câble : 2.000 M3, 2.600 Tonnes Charge utile : 20 Tonnes </li></ul></ul>Défi n° 1 : le câble
  9. 10. <ul><ul><li>Que lancer ? </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Des bobines de câble </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Un contrepoids </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Un système de déroulement du câble. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Comment ? Avec des fusées ! </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Monter le matériel en LEO (500 km – en plusieurs trajets), </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Assemblage des éléments en LEO, </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Changement de plan orbital et montée jusqu’en GEO (36.000 km). </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>10 Milliards de dollars environ ! </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>De plus … </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>On ne lance pas le câble complet, mais seulement une ‘amorce’ de 260 tonnes. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>On se servira de l‘amorce pour hisser le reste du câble de 2600 tonnes. </li></ul></ul></ul>Défi n° 2 : le lancement
  10. 11. <ul><ul><li>On lance simultanément une extrémité vers le haut avec le contrepoids et l’autre vers le bas. </li></ul></ul><ul><ul><li>On attrape la base du câble et on la fixe solidement au sol. </li></ul></ul><ul><ul><li>Les premières cabines renfor- ceront le câble à chaque passe en y ajoutant des brins. </li></ul></ul><ul><ul><li>En 2 ans et 230 montées, on passera du câble initial de 0,2 mm 2 à un câble de 2 mm 2 capable d’enlever des charges de 20 tonnes. </li></ul></ul>Défi n° 3 : déployer le câble
  11. 12. <ul><ul><li>On lance simultanément une extrémité vers le haut avec le contrepoids et l’autre vers le bas. </li></ul></ul><ul><ul><li>On attrape la base du câble et on la fixe solidement au sol. </li></ul></ul><ul><ul><li>Les premières cabines renfor- ceront le câble à chaque passe en y ajoutant des brins. </li></ul></ul><ul><ul><li>En 2 ans et 230 montées, on passera du câble initial de 0,2 mm 2 à un câble de 2 mm 2 capable d’enlever des charges de 20 tonnes. </li></ul></ul>Défi n° 3 : déployer le câble
  12. 13. <ul><li>200 Km/h </li></ul><ul><li>200 KW pour monter en GEO, rien pour redescendre. </li></ul><ul><li>On transmet l’énergie par faisceaux lasers (Gigawatts) depuis le sol vers des cellules (50 M 2 environ) </li></ul><ul><li>Ne pas oublier des panneaux radiants pour se débarrasser de l’énergie en descente : le refroidissement par air n’est pas possible dans l’espace! </li></ul>Défi n° 4 : l’ énergie de propulsion
  13. 14. <ul><ul><li>Orages </li></ul></ul><ul><ul><li>Satellites LEO et débris connus </li></ul></ul><ul><ul><li>Météorites et débris orbitaux inconnus </li></ul></ul><ul><ul><li>Radiations, oxydation du câble </li></ul></ul><ul><ul><li>Vent, nuages créant des oscillations. </li></ul></ul>Défi n° 5 : éviter les risques (1/5)
  14. 15. <ul><ul><li>Risques météo et objets orbitaux connus </li></ul></ul><ul><ul><li>Solution : une base flottante sur l’équateur dans le Pacifique. </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Zone sans orages; peu de nuages, donc peu d’interruptions </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Mobilité, d’où possibilité d’éviter orages et débris en orbite. </li></ul></ul></ul>Défi n° 5 : éviter les risques (2/5)
  15. 16. <ul><ul><li>Satellites et débris connus </li></ul></ul><ul><ul><li>Solution : Une base mobile et un réseau de surveillance radar plus précis que ceux existant est indispensable. </li></ul></ul><ul><ul><li>On compte 9.000 satellites > 10 cm : des nouveaux, des vieux et des débris de satellites et autres fusées. Si on compte ceux de 1 cm de taille, on en recense plus de 100.000. </li></ul></ul><ul><ul><li>Une manoeuvre de 1 Km par jour suffira à éviter tout objet connu > 1cm . </li></ul></ul>Défi n° 5 : éviter les risques (3/5)
  16. 17. Défi n° 5 : éviter les risques (4/5) <ul><li>Météorites et objets orbitaux imprévus </li></ul><ul><li>Solutions : employer des câbles en forme de ruban, employer 2 câbles au lieu d’un, employer 2 ascenseurs au lieu d’un : Redondance à tous les niveaux ! </li></ul>
  17. 18. Défi n° 5 : éviter les risques (5/5) <ul><li>Autres risques </li></ul><ul><li>Oxydation par l’oxygène libre en haute atmosphère </li></ul><ul><li>Solution : un revêtement anti-corrosion </li></ul><ul><li>Usure due au passage des cabines </li></ul><ul><li>Solution : chaque cabine inspecte le câble au passage et le répare tout en se déplaçant. Les cabines sont aussi conçues pour ajouter des brins au câble pour le renforcer à chaque passage. </li></ul>
  18. 19. Les cabines <ul><ul><li>Propulsion par moteur électrique et chenilles </li></ul></ul><ul><ul><li>Cellules de captation d’énergie (20 à 50 m 2 ) </li></ul></ul><ul><ul><li>Télécommunications </li></ul></ul><ul><ul><li>Charge utile </li></ul></ul><ul><ul><li>Appareillage de maintenance du câble </li></ul></ul>
  19. 20. Le concept en une image
  20. 21. L’ascenseur spatial <ul><li>Délais </li></ul><ul><li>Quand toutes ces techniques seront-elles au point ? </li></ul><ul><li>Le 27 Octobre 2031, tout au moins d’après LiftPort Group - The Space Elevator Companies qui publie un calendrier de développement. </li></ul><ul><li>D’autres sources avancent des dates situées entre 20 et 50 ans, mais très peu d’entre elles croient que les fusées chimiques continueront à être notre voie vers l’espace d’ici un siècle. </li></ul>
  21. 22. <ul><li>Le premier ascenseur spatial coûtera 10 Milliards € </li></ul><ul><ul><li>C’est quand même 20 fois moins cher que le projet Apollo ! </li></ul></ul><ul><li>Ça sera très rentable </li></ul><ul><ul><li>Coût d’un jour d’exploitation : 1 Million € </li></ul></ul><ul><ul><li>1 trajet dure 1 semaine à 200 Km/H </li></ul></ul><ul><ul><li>3 cabines à la fois sur le câble, un départ tous les 3 jours </li></ul></ul><ul><ul><li>La plupart seront des cabines jetables ‘aller-simple’ </li></ul></ul><ul><ul><li>1 Kg en GEO reviendra à environ 400 à 500 € (contre 40.000 € maintenant!) </li></ul></ul>Les finances (1/2) Réduction -99%
  22. 23. <ul><li>Le premier ascenseur spatial aura coûté 10 Milliards € </li></ul><ul><li>Le deuxième 4 Milliards € </li></ul><ul><ul><li>Parce qu’on utilisera le premier comme moyen de transport. </li></ul></ul><ul><ul><li>Chaque câble sera utilisé dans un seul sens : montée ou descente. </li></ul></ul><ul><ul><li>Le prix du Kg en GEO tombe à 150 €, la fiabilité augmente. </li></ul></ul><ul><li>Les deux suivants coûteront 8 Milliards € </li></ul><ul><ul><li>Mais ils auront 200 Tonnes de capacité et plus seulement 20 Tonnes. </li></ul></ul><ul><ul><li>Avec 2 paires de câbles (les petits pour le personnel, les gros pour le matériel), le prix du Kg en GEO tombe à 50 €. </li></ul></ul><ul><ul><li>Le prix sera surtout dû aux installations fixes : lasers, logistique, etc. </li></ul></ul>Les finances (2/2)
  23. 24. <ul><li>Lancement et réparation de satellites en GEO </li></ul><ul><li>Lancement de satellites en LEO </li></ul>Les usages de l’ascenseur spatial (1/4)
  24. 25. <ul><li>Bases permanentes en GEO </li></ul><ul><li>La médecine en apesanteur </li></ul><ul><li>Le tourisme </li></ul><ul><li>Les hôtels à faible gravité </li></ul>Les usages de l’ascenseur spatial (2/4)
  25. 26. <ul><li>Usines spatiales </li></ul><ul><li>Centrales solaires en orbite renvoyant l’énergie au sol (et aussi vers les cabines qui montent) par laser. </li></ul>Les usages de l’ascenseur spatial (3/4)
  26. 27. <ul><li>Exploration spatiale </li></ul><ul><li>Lancement vers la lune et Mars (attention, les changements de plan orbital ne seront malgré tout pas gratuits) </li></ul><ul><li>Les ascenseurs spatiaux sur la lune et sur Mars (attention à Phobos et Deimos !!!) </li></ul><ul><li>La ceinture orbitale </li></ul><ul><li>Les vols interstellaires… </li></ul>Les usages de l’ascenseur spatial (4/4)
  27. 28. <ul><li>www.elevator2010.org organise chaque année un concours d’élévateurs prototypes et de câbles </li></ul><ul><li>La dernière date du 20 Octobre 2006 à Albuquerque, USA. Le but est d’être 50% meilleur chaque année. Les inscriptions 2007 sont ouvertes ! </li></ul>La competition
  28. 29. <ul><li>Les bénéfices potentiels sont importants </li></ul><ul><li>2 techniques-clé manquent : le câble et les lasers de puissance </li></ul><ul><li>Probablement accessible d’ici 30 à 50 ans </li></ul><ul><li>Une recherche à long terme, mais d’un intérêt exceptionnel </li></ul><ul><li>Rendez-vous au Liftport de l’ île de Pâques en Octobre 2037 ! </li></ul>Le futur de l’exploration spatiale ?
  29. 30. <ul><li>«Leaving the planet by space elevator» de B. Edwards </li></ul><ul><li>«The Space Elevator» de B. Edwards </li></ul><ul><li>«Liftport: Opening Space to Everyone» </li></ul>Références www.spaceelevator.com www.liftport.com www.isr.us www.elevator2010.org www.spaceward.org
  30. 31. www.benoitmichel.be Benoit MICHEL, Mars 2007 Images copyright Alan Chan & his space elevator visualisation group

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