Jusqu’à quelle taille maximale la Terre pourrait-elle grandir avant que les fusées ne cessent de fonctionner ?

Limites des fusées à propulsion chimique : possibilité de lancement depuis une planète plus grande que la Terre

• Réponse à la question de savoir si des fusées à propulsion chimique peuvent être lancées depuis une planète plus grande que la Terre, à densité égale.
• Exploration de la possibilité de lancement en augmentant le rayon et la masse de la Terre.
• Discussion des limites théoriques des fusées à propulsion chimique et des problèmes d’ingénierie réels.

Équation de la fusée et limites des fusées à propulsion chimique

• Selon l’équation de la fusée, une planète plus grande exige une vitesse plus élevée, ce qui implique une augmentation du rapport de masse de la fusée.
• La vitesse d’éjection des moteurs chimiques a ses limites, et le rapport de masse d’une fusée ne peut pas augmenter indéfiniment.
• Sur une planète plus grande que la Terre, le rapport poussée/poids de la fusée doit être plus élevé, ce qui augmente la masse à vide et réduit le Δv possible.

Limites pratiques des fusées à propulsion chimique

• Lorsque le rayon et la masse de la Terre augmentent, la masse totale de la fusée croît de manière exponentielle.
• Au-delà d’un certain niveau de gravité, même les moteurs les plus puissants ne peuvent plus soulever leur propre poids.
• Les exigences de Δv pour les fusées à propulsion chimique sont théoriquement infinies, mais deviennent en pratique impossibles à satisfaire à cause des contraintes structurelles et des limites de ressources.

Limites théoriques des fusées à propulsion chimique

• En théorie, des fusées à propulsion chimique peuvent être lancées depuis une planète de n’importe quelle taille, mais en pratique le rapport de masse augmente de manière exponentielle.
• Quand la fusée devient trop grande, des problèmes structurels apparaissent et les moteurs ne peuvent plus soulever leur propre poids.
• Si la masse de la planète devient très grande par rapport à celle de la fusée, la vitesse d’éjection de la fusée diminue et ne peut plus fournir le Δv nécessaire pour atteindre l’espace.

L’avis de GN⁺

• Cet article explore en profondeur les limites des fusées à propulsion chimique et souligne que la difficulté des lancements augmente de façon exponentielle à mesure que la taille de la planète grandit.
• En tenant compte du rapport de masse des fusées et des limites structurelles, il suggère que sur des planètes bien plus grandes que la Terre, un lancement avec des fusées à propulsion chimique pourrait devenir impossible.
• Cet article propose un sujet intéressant pour les personnes qui s’intéressent à l’exploration spatiale et à l’ingénierie des fusées, et peut nourrir la réflexion sur l’avenir des systèmes de lancement spatial.

[GN⁺]

Commentaire Hacker News

• L’un des problèmes ouverts des débuts de la science des fusées était de savoir s’il existait, pour des concepts de fusées théoriques, des combinaisons de propergols offrant une vitesse d’éjection suffisante. L’article de Goddard examinait de combien il faudrait agrandir la fusée pour obtenir des performances équivalentes en réduisant la vitesse du propergol. On en arrivait finalement à une situation où il faudrait brûler toute la poudre d’une montagne entière pour atteindre quelques dizaines de miles d’altitude. Pour les premiers pionniers des fusées, découvrir que nous vivons sur une planète où la gravité et la chimie rendent possibles les fusées orbitales a été une surprise heureuse et un grand soulagement. Le reste n’était qu’un problème d’ingénierie.
• Un point intéressant qui pourrait avoir un impact sur l’équation de Drake est qu’il suggère que la durée moyenne de survie d’une civilisation pourrait être plus courte sur une planète à forte gravité, car sa capacité à devenir multiplanétaire et à surmonter des catastrophes majeures pourrait être limitée.
• Cela soulève la question de savoir si, sur une planète de type géante gazeuse avec une atmosphère d’hydrogène entourant un noyau rocheux, un vaisseau spatial respirant l’hydrogène pourrait être possible jusqu’aux confins de l’espace, ou si, avec une atmosphère d’azote ou de dioxyde de carbone suffisamment épaisse, on pourrait voler aérodynamiquement, voire flotter, jusqu’à atteindre un point où la gravité serait nettement plus faible qu’au niveau de la surface.
• Quelqu’un suggère d’imaginer à quoi ressemblerait le défi d’atteindre la vitesse de libération depuis une planète océan.
• Avec un premier étage suffisamment haut et du hot staging, cela pourrait fonctionner même sur une Terre beaucoup plus grande. Le premier étage pourrait devoir s’étendre bien au-delà de l’atmosphère.
• Question sur l’existence d’une équation, analogue à l’équation de Drake, qui inclurait le facteur qu’une planète soit suffisamment petite pour qu’on puisse s’en échapper. Il est très déprimant de penser à la rareté possible d’une vie intelligente capable de voyager dans l’espace, mais il est aussi fascinant d’imaginer que, dans un petit coin de l’univers, plusieurs voyageurs spatiaux puissent vivre à la même époque à quelques années-lumière les uns des autres.
• Il y a eu très peu de mention des fusées nucléothermiques, alors que c’est une technologie qui mérite théoriquement d’être prise en compte.
• Question sur les progrès technologiques impossibles pour une civilisation incapable d’aller dans l’espace.
• L’article sur la planète de 1.55R⊕ suscite la curiosité et semble lancer une discussion intéressante.
• J’ai oublié les calculs pratiques liés aux ondes de choc, mais ce n’est pas un problème facile à calculer. D’après l’expérience sur Terre, les ondes de choc générées par les gaz d’échappement supersoniques des moteurs exercent une forte pression sur les structures, et à l’échelle évoquée, rien ne résisterait assez longtemps. Pour l’instant, on ne sait pas si des matériaux beaucoup plus résistants peuvent être fabriqués, et on ne peut pas le prédire. Le lancement au niveau de la mer est important, et pour l’instant je ne me souviens que de deux fusées spatiales lancées depuis des altitudes très différentes. Un lancement à haute altitude pourrait être une solution au problème des ondes de choc, mais il y a d’autres contraintes.