Brevet FR2774067A1 — publié le 19990730

DESCRIPTION: La satellisation de charges utiles de masse toujours croissantes autour de la terre en orbites basses ou en orbite de transfert géostationnaire mobilise des moyens énormes avec un rendement très médiocre. L'état de la technique actuelle consiste à utiliser les forces de réaction chimique de propulseurs par combinaison d'ergols stockables solides ou liguides ou d'ergols ciyotechniques comme l'oxygène et l'hydrogène liquides pour propulser ces masses dans l'espace. Le résultat bien que concret offre un rendement très bas, de l'ordre de 1% qui représente le rapport entre la masse satellisée et la masse totale du lanceur au décollage. En effet, il est très difficile de transférer une masse de 6 tonnes d'une plate-forme terrestre à une position dans l'espace ayant comme paramètres principales un périgée à 200 km et un apogée à 36.000 kni, c'est-à-dire en communiquant à cette masse une vitesse de l'ordre de 10 km/s à son périgée. Aucune autre technique jusqu'alors n'a été expérimentée pour se libérer de l'attraction terrestre qui est en fait l lln des facteurs principaux de la difficulté. Il existe, cependant, une technique tout-à-fait différente et appliquée avec succès dans l'infiniment petit. Il s'agit des forces d'attraction électrostatique qui s'appliquent aux masses chargécs soumises à un champ électrique uniforme. L'expérience des années 1900 de RA. Millikan (physicien américain) pour déterminer la charge d'un électron est en la matière fort concluante. En effet, on peut appliquer à une masse chargée des forces électriques directement proportionnelles au champ électrique dans lequel elle se trouve et directement proportionnelles à sa propre charge électrique. La relation s'exprime sous la forme F en Newton M en kilogramme Q en Coulomb y en m/s2 E en volùm Il vient donc à l'esprit et compte tenu des possibilités actuelles de mise en orbite circulaire bassc dc platc-formes dc masse importantes, la possibilité de créer entre un point de la terre et une tcllc plate-forme un champ électrique suffisant pour générer une force d'attraction appliquée à une masse chargée placée dans ce champ et orienté terre vers plate-forme propre à annuler d'une part la gravitation subit par cette masse et, d'autre part, lui appliquer une accélération importante pourvu qu'elle soit chargée suffisamment pour répondre à la sollicitation du champ électrique selon les formules citées plus haut. I1 s'agit donc, par ce moyen. de communiquer à cette masse une vitesse suffisante, de l'ordre de 7 km/s, à une altitude compatible à son injection sur une orbite de transfert géostationnaire. Un propulse . chimique parachevra la tâche par la suite en incrémantant cette vitesse à sa valeur fina' [,a figure 1, planche 1, illustre le moyen de créer ce couloir de champ électrique appliqué à la masse chargée. VI peut être à OV ou à quelques millions de volts ou inversement selon les possibilités de la technique actuelle, alors que V2 sera au potentiel opposé. La masse peut être ainsi chargée positivement ou négativement également selon les possibilités de la technique actuelle. Les ordres de grandeurs resient assez impressionnants mais cependant pas irréalistes. Par exemple : Une plate-forme orbitale à 500 km d'altitude et au potentiel de la terre (OV) vis-à-vis d'une plate-forme terrestre portée à un potentiel de 310 V génère un champ électrique de 6V/m pour appliquer à une masse M une force de 8.105 pourvu que cette masse soit chargée à Q= F/E = 8.10 = 1,33310 coulombs 6 Pour arriver à porter la charge de cette masse (au d'une de ses parties étudiée pour l'application) à ce niveau, il suffit d'extraire un flux d'électrons correspondant à un courant de Q=i.t.= 1,33310 C soit environ 12h d'extraction avec un courant de 3A. La même réflexion peut se faire en extrayant la même quantité d'électricité sous forme d'lons + selon l'application du sens du champ électrique. Ces techniques sont à définir. La figure 2, planche 2, donne une image de ce que pourrait être le réseau dc lancement. Il est évident que le temps d'application de cette force à cette masse doit être suffisant pour atteindra des vitesses significatives et que deux ou trois plate-formes en orbite scront nécessaires (cas du champ électrique dirigé vers la terre). Par contre, s'il était possible d'embarquer en orbite une plate-ibrine à un potentiel très élevé (310 V), la terre qui offre un potentiel continue à OV permcttrait une continuitc d'application de la force três intéressante. Par aillcurs, la direction du champ électrique étant variable. il est indispensable qu'un système de navigation ct de contrôle d'attitude maintiennc la masse chargée dans le champ. Plusieurs systèmes actucls peuvent répondrc à cette exigence. Enfin, des études et des sinlations, voire des essais à échelles réduites sont nécessaires pour connaître plus précisément les trajectoires en y intégrant l'influence des forces aérodynamiques lors dc la traversée de l'atmosphère. Le problème de charge de la masse propulsive et de la reprisc des cfforts pour communiquer aux charges utiles la vitesse requise est à étudier également (matériaux, extraction, isolation, liaisons, ...). Enfin. ceci constitue un bel espace de recherche et d'application nécessaire à l'évolution des techniques de propulsions utiles actuellement en panne. La résolution des problèmes attachés à cette technique meflrait (et pour des coûts certainement très inférieurs à ceux déjà dépensés pour de tels programmes) un accès à l'espace très amélioré par rapport à ce qu'il est aujourd'hui, tant pour les vols habités, que pour les vols automatiques. Les figures 1 et 2, planches 1 et 2 citées dans le texte ci-dessus. se déclinent de la façon suivante La figure 1, planche 1, montre le lanceur (1) constitué d'une charge utile, des éléments masse chargée et propulseur chimique et constituent le véhicule spatial de masse M chargé Q dans le champ électrique E soumis à la force F dirigée vers la plate-forme orbitale (2) dont un panneau est porté au potentiel V2=0 volt. Cette plate-forme de masse m est située sur une orbite circulaire à 500 km d'altitude (3), inclinée à 5 sur l'équateur, de façon à ce que sa trace au sol passe par la latitude de KOUROU (Guyane Française) où est située la base de lancement et représentée ici par la station terrestre (4) dont le panneau métallique est porté au potentiel de 3.10 volts, orienté et asservi aux mouvements du panneau de la plate-forme orbitale (2) afin de créer un faisceau de champ électrique quasi uniforme et de direction variable. La figure 2, planche 2, représente trois stations terrestres (4) (5) dénommées Si, S2, S3, parcourues par trois stations orbitales (3) dénommées Pi, P2, P3, afin de définir un réseau de champs continus vis-à-vis du lanceur (1). Des calculs approchés permettent d'évaluer les distances entre stations et les temps d'efficacité de chaque plate-forme orbitale, ainsi que la vitesse du lanceur (1) en fin de propulsion électrique, le temps TO étant le temps initial d'acquisition de la première plateforme orbitale en vue de la première station terrestre qui est située sur la base spatiale de KOUROU et qui produira le premier champ électrique efficace El. Ce champ sera appliqué au lanceur lorsque celui-ci sera positionné dans le faisceau. Les moyens de positionner le lanceur dans le champ sont multiples, mais il semble que la sotution d'un largage d'avion soit la plus appropriée. Après environ 70s, la seconde station prendra le relais pour 100s, puis ce sera autour de la troisième station de finaliser la tâche jusqu'à obtenir la vitesse de l'ordre de 7 km/s. A ce stade, l'action de la propulsion électrique est supprimée et est remplacée par la propulsion chimique d'un moteur classique embarqué. Selon le même principe, le véhicule devrait être en mesure de récupérer les champs de force nécessaires à son atterrissage en un lieu prédéterminé et aménagé à cet effet. Il s'agit alors d'un véhicule de transport caractérisé par sa vitesse de déplacement hypersonique améliorant au minimum d'un ordre de grandeur le rendement des véhicules actuellement en service. REVENDICATIONS 1) Procédé caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser la force électrostatique qui s exerce sur un dispositif(1) de masse (M) chargé (Q) et placé dans un champ électrique uniforme (E) pour attirer cette masse (M) vers un point dans l'espace et lui communiquer une vitesse suffisante à la satelliser autour de la terre. 2) Procédé caractérisé en ce qu'il consiste à créer des champs de force électrique à direction variable par la mise en regard de plusieurs plate-formes fixes et mobiles dont les unes seraient au sol et les autres en orbite terrestre basse et portées à des potentiels différents pour créer ledit champ nécessaire à la propulsion électrique du véhicule (1), (fig. 1 et 2). 3) Procédé caractérisé en ce qu'il consiste à créer un véhicule mixte composé de charges utiles, d'une masse chargée propulsive et d'un système d'attitude, de navigation et de propulsion chimique afin de maintenir ladite masse chargée et ses charges utiles dans le champ électrique du dispositif 2) pendant tout le temps nécessaire à l'obtention des paramètres d'orbite recherchés et à finaliser l'orbite afin d'obtenir que finalement les charges utiles de ce véhicule soient injectées sur une orbite de transfert géostationnaire ou tout autre orbite selon l'application spécifiée par les utilisateurs. 4) Procédé caractérisé en ce qu'il consiste à créer un véhicule mixte composé de charges utiles, d'une masse chargée propulsive et d'un système d'attitude. de navigation et de propulsion chimique afin de maintenir ladite masse chargée et ses charges utiles dans le champ électrique du dispositif 2) pendant tout le temps nécessaire à l'obtention des paramètres de trajectoire préalablement établis afin d-être en mesure de récupérer les champs de force selon 2) nécessaires à latterissage en un lieu prédéterminé et aménagé à cet effet. 5) Selon les revendications 1), 2), 3) et par l'association de leurs caractéristiques, moyen de transport de personnes ou de matériel caractérisé par sa vitesse de déplacement hypersonique améliorant au minimum d'un ordre de grandeur le rendement des véhicules actuellement en service.