[SpaceX] Programme Starship et autres innovations

[Shorr kan]

  Le 23/02/2019 à 11:06, Desty-N a dit :

Dans Popular Mechanics, E. Musk explique pourquoi il veut construire une fusée en acier:

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SpaceX fabrique donc une énorme fusée en acier inoxydable. À notre connaissance, il s'agit de la première utilisation de ce matériau dans la construction d'engins spatiaux depuis les premières tentatives malheureuses du programme Atlas à la fin des années 50. (...)
 Musk (...) s'est entretenu avec le rédacteur en chef de Popular Mechanics, Ryan D'Agostino, au siège de SpaceX à Hawthorne, en Californie, dans le cadre d'une interview exclusive dans laquelle il a exposé en détail la réflexion à l'origine de ce changement. Il a parlé de beaucoup plus que cela - nous vous en apporterons plus bientôt. Pour l'instant, voici ce qu'il a dit à propos du grand changement.

Ryan D'Agostino: Vous avez été en train de redessiner Starship.
Elon Musk: Oui. La conception de Starship et le propulseur de fusée Super Heavy, j’ai changé pour un alliage spécial d’acier inoxydable. Je contemplais cela pendant un moment. Et ceci est quelque peu contre-intuitif. Il m'a fallu pas mal d'efforts pour convaincre l'équipe d'aller dans cette direction. (...)
Mais maintenant, je crois qu'ils sont convaincus - eh bien, ils sont convaincus. Nous recherchions une structure avancée en fibre de carbone, mais les progrès étaient très lents et le coût par kilogramme de 135 dollars. Et puis il y a un taux de rebut d'environ 35%: vous coupez le tissu et vous ne pouvez pas en utiliser une partie. (...)

RD : Comment se compare l'acier inoxydable?
EM : Ce qui est contre-intuitif à propos de l'acier inoxydable, c'est que c'est évidemment bon marché, que c'est rapide, mais ce n'est évidemment pas le plus léger. Mais c'est en réalité le plus léger. Si vous examinez les propriétés d’un acier inoxydable de haute qualité, il n’est pas évident de noter qu’à des températures cryogéniques, la résistance est renforcée de 50%.
La plupart des aciers, à mesure que vous atteignez des températures cryogéniques, deviennent très fragiles. (...) C'est le cas de la plupart des aciers, mais pas de l'acier inoxydable à haute teneur en chrome-nickel. Cela augmente en fait la résistance et la ductilité est encore très élevée. Vous avez donc une ductilité de 12 à 18% à moins 330 degrés Fahrenheit. Très ductile, très dur. (...)

RD : Donc, certains matériaux peuvent arrêter leurs propres fissures.
EM : Oui, comme par exemple la céramique - comme une tasse de café - est mauvaise pour arrêter les fissures. Une fois que la fissure commence, c'est comme du verre. (...)
L'acier inoxydable était quelque chose qui était utilisé au début de l'Atlas. (...) Maintenant, le défaut (...) était que le matériau était si mince qu'il s'effondrerait sous son propre poids. (...)
Il y a cependant un truc ici qui, à mon avis, est assez important, quand vous considérez cela comme un véhicule de rentrée. Voici l’autre avantage de l’acier: son point de fusion est élevé. (...) Donc, typiquement en aluminium ou en fibre de carbone, pour une température de fonctionnement stable, vous êtes vraiment limité à environ 300 degrés Fahrenheit. (...)
Mais en acier, vous pouvez faire 1500, 1600 degrés Fahrenheit.

RD : Avez-vous toute une équipe de métallurgie ici?
EM : Nous avons un bon groupe de matériaux, mais au départ, nous allons simplement utiliser de l'acier inoxydable 301 de haute qualité. Il y a une autre chose importante qui fait une grande différence. Pour l'ascension, vous voulez quelque chose qui soit fort aux températures cryogéniques. Pour entrer, vous voulez quelque chose qui peut résister à une chaleur élevée. La masse de l’écran thermique est donc entraînée par la température à l’interface entre les carreaux de l’écran thermique et le cadre pneumatique. (...)
Avec l'acier, vous avez maintenant une solution qui vous permet d'être confortablement à une température d'interface de 1500 F au lieu, par exemple, de 300 F; vous avez donc une capacité de température cinq fois supérieure au point d'interface. Cela signifie que pour une structure en acier, le côté sous le vent de la coque arrière n'a pas besoin de protection thermique.
Du côté du vent, ce que je veux, c’est d’avoir le tout premier bouclier thermique régénératif. Coque en acier inoxydable à double paroi, comme un sandwich en acier inoxydable essentiellement composé de deux couches. Vous avez simplement besoin, essentiellement, de deux couches qui sont reliées par des longerons. Vous faites couler du carburant ou de l'eau entre la couche de sandwich, puis vous avez des micro-perforations à l'extérieur - de très petites perforations - et vous purgez essentiellement de l'eau, ou vous pouvez faire couler du carburant,à travers les micro-perforations à l'extérieur. (...) Mais vous utilisez le refroidissement par transpiration pour refroidir le côté au vent de la fusée. (...) Mais un côté sera à double paroi et cela sert un double objectif, qui est de rigidifier la structure du véhicule pour qu'il ne subisse pas le sort de l'Atlas. Vous avez un écran thermique qui sert à la fois de structure. (...)
À ma connaissance, cela n'a jamais été proposé auparavant. (...)

RD : D'où viendra l'acier?
EM : C'est juste 301 inoxydable. Permettez-moi de le dire ainsi: l’acier inoxydable 304 est ce qu’ils fabriquent avec des pots. Il y en a plein.

RD : Qu'est-ce que cela va faire à votre emploi du temps?
EM : Cela va l'accélérer.

RD : Parce que c'est plus facile de travailler?
EM : Oui Très facile de travailler avec l'acier. Oh, et j'ai oublié de mentionner: la fibre de carbone coûte 135 dollars le kilo, soit 35% de ferraille. Vous commencez donc à approcher les 200 dollars le kilogramme. L'acier coûte 3 dollars le kilogramme. (...)

https://www.popularmechanics.com/space/rockets/a25953663/elon-musk-spacex-bfr-stainless-steel/

Un point m'interpelle: je croyais que la future fusée de SpaceX utiliserait du méthane comme carburant. Ils pourraient aussi l'utiliser pour la refroidir?

Expand  

Si je me souviens bien, le système fonctionnera avec de l'eau qui sera aspergé sur la paroi surchauffé de l’engin ; et quoique l'idée de refroidissement actif/régénératif est ancienne, Space X s'est inspiré d'une technique testé récemment par l'agence spatiale allemande, Elon Musk étant très germanophile.

 

Sinon, l'utilisation de l'acier, même si c'est très contre-intuitif, est vraiment une très bonne idée !

Space X, en plus du prix, a eu du mal à se procurer les quantités nécessaires de fibres de carbone de qualité très élevé auprès de ses fournisseurs. La fibre de carbone en tant que matériau composite est un problème aussi, parce que son hétérogénéité rend difficile de prévoir/simuler son comportement dans des environnements aussi hostiles que l'espace et l’atmosphère de Mars, des années durant sans pouvoir inspecter la fusée. Plus spécifiquement, ce matériaux a une mauvaise résistance aux chocs sous lesquelles il "délamine" - en gros les fibres s'effilochent/se cisaillent dans l’épaisseur- et on peut penser aux impacts de micrométéorites. Tout ces paramètres liés à l'incertitude sur la tenu de la fibre de carbone et ses faiblesses, oblige les concepteurs à surdimensionner la taille des éléments, éliminant ainsi l’intérêt des gains en masse que son supposé apporter les composites, et la masse est quelque chose de critique sur une fusée -et à priori tout ce qui vole. Pour donner une idée, empiriquement, on estime qu'un surpoids de 1 kilo sur le 1er étage minore la charge utile de 100 gramme, et sur le second étage 1 kg de trop c'est 1 kg de perdu pour la charge utile.

 

Le second choix envisageable c'est naturellement  les alliages d'aluminium. Mais voilà, ces derniers on un gros problème qui est de facilement se fissurer lorsque la structure travaille. La structure du Starship sera inévitablement exposé à d'importants efforts en multipliant les rentrées dans les atmosphères martienne et terrienne, et à chaque décollage et atterrissage. Exit donc les alliages d'aluminium. 

 

On passera sur le titane qui est un must, mais fait un gros BOUM au contact avec l’oxygène liquide...

 

Il y a les superalliages à base de nickel et de chrome - d'où l'expression "c'est nickel chrome"- utilisé sur les parties chaudes des turbines. Les superalliages sont moins résistants à la chaleur que les céramiques ou les revêtements ablatifs genre PICA habituellement employés dans les bouclier thermiques ; mais ça reste suffisant pour ce cas-ci, et voilà pourquoi : le second étage de la BFR à vide sera très léger, ce qui lui permettra de commencer sa rentrée dans l'atmosphère plus tôt et plus haut avec un air moins dense qu'une capsule par exemple, plus dense et obligé donc de faire une rentrée dite "profonde". Cette rentrée précoce limite le flux thermique encaissé par la carlingue, et les températures sont d'autant plus limités que de par la forme arrondi de l'engin, il n'y a pas de point chaud où se concentre la chaleur qui est répartie de façon homogène sur la surface exposé.

Mais exit aussi les superalliages, car c'est hors de prix, mais surtout difficiles à mettre en oeuvre sur de grandes surfaces

 

Reste l'acier inoxydable. On pourrait penser que c'est trop lourds, mais même si c'est vrai qu'il est trois fois plus dense que l’aluminium il est aussi trois fois plus résistant aussi, donc c'est presque du pareil au même. L'aluminium garde un léger avantage pour de raison "géométrique" d'occupation de l’espace et de volume que je n'exposerais pas, mais sachez que vu qu'il faut en mettre plus - comme avec la fibre de carbone- pour compenser ses faiblesses, il perd ledit avantage face à l'acier.

Ce dernier est donc un choix logique de par sa très polyvalence, même si pas le plus évident. Il est pas cher, facile à manipuler, ne se fissure pas comme l'aluminium en travaillant, est assez ductile et tient mieux le choc que le carbone, et enfin il sert tout à la fois de structure que de barrière thermique (aidé de refroidissement actif). Quoi demander de plus ?

 

Juste pour dire à quel point ce choix astucieux (et audacieux) inspire mon respect. 

Modifié le 23 février 2019 par Shorr kan

[zx]

ca semble toujours bon pour le 2 mars

NASA, SpaceX clear Crew Dragon for critical March 2 test flight

https://spaceflightnow.com/2019/02/23/nasa-spacex-clear-crew-dragon-for-critical-march-2-test-flight/

[zx]

 

SpaceX’s Crew Dragon ready for first test flight

https://spaceflightnow.com/2019/02/28/spacexs-crew-dragon-rolls-out-for-test-flight/

[collectionneur]

Décollage réussi, en route vers l'ISS 

 

[zx]

yep, souhaitons lui bon vol

[zx]

Elle devrait accoster automatiquement l'ISS à 13h. ca sera une belle performance.

Live coverage: First Crew Dragon approaching space station for docking

https://spaceflightnow.com/2019/03/01/falcon-9-crew-dragon-demo-1-mission-status-center/

Modifié le 3 mars 2019 par zx

[TarpTent]

 

Pas sûr d’avoir compris la démarche de docking utilisée, mais bref, elle est amarrée.

 

EDIT : capture d’écran faite lors du live, avec le 1er astronaute mesurant la qualité de l’air au sein de la capsule Dragon pendant 3 minutes, avant d’aller plus avant.

Mesures indispensables pour valider la qualité de l’air au sein de la capsule avant d’y envoyer des astronautes.

Ripley est restée stoïque pendant tout le vol, et même maintenant.

 

 

La Planète Bleue continue de s’amuser comme une petite folle, même si elle a toujours un fil à la patte :

 

 

E. Musk a déclaré dans l’interview d’après décollage (interview très pénible à suivre au demeurant, tellement il paraissait psychologiquement épuisé - il le dit lui-même - et avait du mal à formuler ses phrases) que les 3 moments les plus stressants seraient le décollage, l’amarrage puis la rentrée dans l’atmosphère et l’ouverture des parachutes.

Le décollage parce que c’est toujours un moment sensible et que beaucoup de choses ont changé entre les capsules cargo et la Dragon, ainsi que pour les lanceurs, l’amarrage parce qu’il y a aussi l’intégrité de l’ISS en jeu, et la rentrée dans l’atmosphère parce que la manoeuvre en elle-même et le bouclier sont asymétriques, puis enfin les parachutes parce qu’ils sont entièrement nouveaux.

Et à bien y réfléchir, c’est vraiment la rentrée dans l’atmosphère qui lui paraissait la plus critique et le stressait le plus, du fait justement des solutions asymétriques retenues.

 

EDIT 2 : capture d’écran où l’on voit la capsule Dragon dockée (en haut, 2ième en partant de la gauche) :

eg

 

Modifié le 3 mars 2019 par TarpTent

[zx]

il a pas gardé les retro fusées comme système de secours, en cas que les parachutes lâchent

[TarpTent]

Le déroulement de la phase d'amarrage elle-même en quelques détails :

 

11:54

Contact and capture confirmed! Crew Dragon has arrived at the International Space Station at 5:51 a.m. EST (1051 GMT) at an altitude of 260 miles north of New Zealand

 

11:56

In the next few minutes, the International Docking Adapter will retract a contact ring to bring in Crew Dragon for a hard mate to the International Space Station.

 

12:02

The first set of 12 hooks are engaged, and the final hooks are now closing to make a hard mechanical connection with Crew Dragon and the space station. Two umbilicals will also be mated inside the docking adapter to route power and data between the space station and Crew Dragon.

 

12:04

Hard capture complete. Hooks have closed to make a firm mechanical connection between Crew Dragon and the International Space Station. Leak checks are planned in the next couple of hours before the station crew boards the capsule.

[zx]

 

[TarpTent]

Je viens de comprendre avec la vidéo complète la séquence d’amarrage.

En fait, il y a un premier amarrage de test sur un bras articulé, avant de réaliser la séquence complète et finale sur l’ISS, en automatique.

Aller directement à 7min40 pour le docking de test sur l’extension articulée, et 10min50 pour l’amarrage final :

 

 

  Le 03/03/2019 à 13:45, zx a dit :

il a pas gardé les retro fusées comme système de secours, en cas que les parachutes lâchent

Expand  

J’ai souvenir que les rétro-fusées ont été conservées simplement pour éjecter la capsule en cas d’incident sur le pas de tir (du coup, oui, ce ne sont plus des « rétro-fusées »...)

La fonction « atterrissage » a été supprimée, puisqu’elle demandait trop de redondances et de certifications pour pouvoir être utilisée comme telle.

Tout atterrissage se fait sous parachutes.

Modifié le 3 mars 2019 par TarpTent

[zx]

l'arrimage par bras articuler, n'est pas si bête, ca limite le risque de collision en cas d'anomalie d'approche. c'est bien d'avoir les deux modes.

Modifié le 3 mars 2019 par zx

[polo03]

  Le 03/03/2019 à 14:33, zx a dit :

l'arrimage par bras articuler, n'est pas si bête, ca limite le risque de collision en cas d'anomalie d'approche. c'est bien d'avoir les deux modes.

Expand  

Le problème du bras articulé, c'est que ça mobilise en gros 2 à 3 astronautes pendant un après midi, donc à chaque fois c'est du temps précieux perdu pour l'équipage. Donc si l'amarrage automatique est validé c'est tout bénef pour tout le monde ! 

[Atlantis]

  Le 03/03/2019 à 14:23, TarpTent a dit :

Je viens de comprendre avec la vidéo complète la séquence d’amarrage.

En fait, il y a un premier amarrage de test sur un bras articulé, avant de réaliser la séquence complète et finale sur l’ISS, en automatique.

Aller directement à 7min40 pour le docking de test sur l’extension articulée, et 10min50 pour l’amarrage final :

 

 

J’ai souvenir que les rétro-fusées ont été conservées simplement pour éjecter la capsule en cas d’incident sur le pas de tir (du coup, oui, ce ne sont plus des « rétro-fusées »...)

La fonction « atterrissage » a été supprimée, puisqu’elle demandait trop de redondances et de certifications pour pouvoir être utilisée comme telle.

Tout atterrissage se fait sous parachutes.

Expand  

Attention, il s'agit d'une illusion d'optique! A aucun moment la capsule touche le bras articulé de la station. La capsule est arrêtée à 20 m du point d'arrimage. Le bras articulé que l'on voit en avant plan n'a aucun rôle. D'ailleurs, c'est le "coude" de ce bras articulé avec notamment, l'articulation bien visible et qui semble touché l'avant de la capsule, mais il n'en ait rien. Il se trouve seulement devant la camera qui filme la scène, c'est tout.

[TarpTent]

Histoire d’être près pour demain vendredi 8, voici le programme des réjouissances :

« Crew Dragon is scheduled to leave the ISS on Friday at 2:31 a.m. EST (0731 GMT) and splash down around 8:45 a.m. EST (1345 GMT).  »

 

Le lien vers la page du direct en question :

https://www.space.com/17933-nasa-television-webcasts-live-space-tv.html

 

 

  Le 05/03/2019 à 04:10, Atlantis a dit :

Attention, il s'agit d'une illusion d'optique! A aucun moment la capsule touche le bras articulé de la station. La capsule est arrêtée à 20 m du point d'arrimage. Le bras articulé que l'on voit en avant plan n'a aucun rôle. D'ailleurs, c'est le "coude" de ce bras articulé avec notamment, l'articulation bien visible et qui semble touché l'avant de la capsule, mais il n'en ait rien. Il se trouve seulement devant la camera qui filme la scène, c'est tout.

Expand  

Merci pour ces précisions.

Quand je lisais les premières annonces en anglais, je ne comprenais pas au début si la capsule avait été attrapée par le bras robotique et amenée à l’amarrage (ils emploient souvent les termes « catch » et « capture » !) ou bien si la capsule s’amarrait en automatique.

Ces photos m’ont permis de comprendre le séquençage et le fait que la capsule est bien demeurée autonome pendant toutes les phases d’approche et d’amarrage, vos précisions m’apportent de nouveaux éléments de compréhension.

Modifié le 7 mars 2019 par TarpTent

[zx]

Live coverage: Crew Dragon capsule prepped for undocking and re-entry

https://spaceflightnow.com/2019/03/01/falcon-9-crew-dragon-demo-1-mission-status-center/

L'analyse des données qui vont suivre son retour sont très attendus.

Modifié le 8 mars 2019 par zx

[collectionneur]

Direct Live, rentré imminente :

https://www.nasa.gov/nasalive

[penaratahiti]

  Le 08/03/2019 à 13:31, collectionneur a dit :

Direct Live, rentré imminente :

https://www.nasa.gov/nasalive

Expand  

Amerissage réussi à l'instant !

[collectionneur]

Ouverture des parachutes a quel altitude ? S'ils l'ont dit, j'ai raté l'info.

[penaratahiti]

  Le 08/03/2019 à 13:55, collectionneur a dit :

Ouverture des parachutes a quel altitude ? S'ils l'ont dit, j'ai raté l'info.

Expand  

J'ai pas bien vu j'étais en réunion 

[collectionneur]

On verra cela sur les articles spécialisés tous a l'heure. Je coupe, boulot de nuit.

[zx]

 

Live coverage: Crew Dragon capsule returns to Earth

https://spaceflightnow.com/2019/03/01/falcon-9-crew-dragon-demo-1-mission-status-center/

si le debrieffing est bon et qu'ils n'ont pas d'effet pogo, on verra vite arriver le premier équipage.

Modifié le 8 mars 2019 par zx

[TarpTent]

  Le 08/03/2019 à 18:06, zx a dit :

 

Live coverage: Crew Dragon capsule returns to Earth

https://spaceflightnow.com/2019/03/01/falcon-9-crew-dragon-demo-1-mission-status-center/

si le debrieffing est bon et qu'ils n'ont pas d'effet pogo, on verra vite arriver le premier équipage.

Expand  

Il me semble qu’ils ont encore à faire en avril un test d’éjection en altitude, avant, ou plus exactement une démonstration en vol du système d'abandon de lancement, qui doit être réalisée à Max Q*. Mais effectivement, ils ne devraient pas trop traîner ensuite s’il n’y a pas de surprises.

Il est pour le moment toujours prévu pour juillet selon la Nasa.

 

*en détail pour ce test après environ 1min de vol, « le Falcon 9 arrêtera instantanément ses moteurs et les huit moteurs SuperDraco du Crew Dragon s'allumeront pour s'éloigner le plus rapidement possible du lanceur ».

La capsule finira sous parachutes. Il me semble d’ailleurs que SpaceX et la Nasa ont prévu quelques autres tests dédiés auxdits parachutes, mais sans utiliser la capsule.

 

https://www.futura-sciences.com/sciences/breves/spacex-retour-historique-crew-dragon-spacex-terre-images-463/

les parachutes ont été ouverts à moins d’1 kilomètre d’altitude.

L’amérissage a eu lieu à 14h45, et la récupération par le bateau Go Searcher a eu lieu vers 15h55.

Modifié le 8 mars 2019 par TarpTent

[TarpTent]

Un autre point intéressant est que la capsule Crew Dragon est aussi sensée être réutilisable.

Ils vont donc avoir avec celle-ci pour la première fois la possibilité d’analyser l'état réel de ladite capsule après un cycle de lancement avec retour sur Terre complet, et notamment une vraie et complète rentrée atmosphérique.

Modifié le 8 mars 2019 par TarpTent

[zx]

j'ai rien contre le fait qu'elle soit réutilisable pour des vols non habités en tant que cargo, mais quand il s'agit de vie humaine, je suis plus circonspect, c'est un peu comme le pentagone, qui est prêt à payer sans limite qui tique particulièrement sur le fait de réutiliser  les 1er étage F9/FH avec des charges utiles particulièrement onéreuses, sur ce point E.Musk à du mal à les convaincre.

Modifié le 10 mars 2019 par zx