Catapulte électromagnétique

 

Catapulte électromagnétique

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Une catapulte électromagnétique sur la Lune (vue d'artiste)
Une catapulte électromagnétique sur la Lune (vue d'artiste)

Une catapulte électromagnétique est une méthode de propulsion spatiale qui utilise un moteur linéaire pour accélérer des charges à haute vitesse.
Sur son principe, elle s'inspire de la catapulte utilisée sur les porte-avions.

Toutes les catapultes existantes, ou en projet, utilisent des bobines de câble chargées en électricité pour créer des électroaimants. L'allumage séquentiel d'un rang d'électroaimants accélère la charge le long de la voie. Après avoir quitté la voie, la charge continue sur sa lancée grâce à l'inertie.

Sommaire

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Généralités [modifier]

Une catapulte électromagnétique est essentiellement un canon magnétique qui accélère un projectile composé d'un support magnétisable et d'une charge utile. Une fois la charge utile accélérée, les deux se séparent, le support est ralenti et réutilisé pour une autre charge utile.

La première catapulte électromagnétique apparue dans les documents écrits s'appelait « le canon électrique ». Il était décrit en détail dans un roman de science-fiction paru en 1897, A Trip to Venus ("Un Voyage vers Vénus"), par John Munro, éd. Jorrold & Sons, Londres. Il se présentait comme un moyen de lancer des véhicules dans l'espace à partir du sol. Le livre est maintenant exempt de droits d'auteurs et est librement accessible sur //www.gutenberg.org/etext/13716.

John Munro est également l'auteur de The Wire and the Wave ("Le Fil et la Vague"), The Story of Electricity ("L'Histoire de l'électricité"), etc.

Dans le livre, John Munro décrit en détail des bobines électriques alimentées par des solénoïdes, avec une synchronisation calculée pour éviter aux passagers une trop forte accélération. Le canon serait au besoin incliné en l'installant sur le flanc d'une colline. Ce livre décrit également en détail des choses étonnantes : des systèmes pour augmenter la vitesse et changer de direction à partir de fusées, de jets de gaz comprimé et même de balles qu'on tire à partir de la capsule, ainsi qu'un système d'aérofreinage pour l'arrivée dans l'atmosphère et des parachutes pour l'atterrissage.

Des prototypes de catapultes électroniques existent depuis 1976 (Mass Driver 1). La plupart ont été construites par le Space Studies Institute américain afin de prouver leurs propriétés et leur caractère pratique. Les catapultes électroniques peuvent être employées pour propulser des vaisseaux spatiaux de deux manières différentes : une grande catapulte électronique au sol pourrait être employée pour lancer le vaisseau spatial à partir de la Terre ou d'une autre planète, et un vaisseau spatial pourrait en avoir à bord pour projeter des grands morceaux de matière dans l'espace pour se propulser. Une conception hybride est également possible (voir le canon magnétique, le canon électrique, ou le canon électrique hélicoïdal).

Catapultes fixes [modifier]

En règle générale, les catapultes électroniques ne fonctionnent bien que sur des petits objets, et à quelques kilomètres par seconde ; par exemple 1 kg à 2,5 km/s. Plus lourds, ils vont proportionnellement plus lentement ; et des objets plus légers peuvent être projetés à 20 km/s ou davantage. Les limites sont généralement le coût du silicium pour commuter le courant et le coût de l'alimentation et du stockage de l'énergie provisoire. Installer des catapultes électroniques pour propulser des véhicules d'une tonne sur orbite sont peu susceptibles d'être rentables dans un avenir proche.

La forte pesanteur et l'épaisseur de l'atmosphère de la terre rendent une telle installation difficile. Aussi, des propositions ont été faites pour installer des catapultes électroniques sur la Lune où la pesanteur plus faible et l'absence d'atmosphère réduiraient de manière significative les coûts.

Les catapultes électromagnétiques réelles emploient en général des bobines supraconductrices qui fournissent une bonne efficacité énergique (environ 50%). La meilleure performance connue est obtenue avec une catapulte dont la charge utile est une bobine en aluminium. Les bobines de la catapulte induisent des courants de Foucault (paramagnétisme) dans la bobine du projectile, puis agissent sur le champ magnétique résultant. La catapulte est composée de deux sections. Dans la partie accélération, les bobines sont disposées à intervalles réguliers et synchronisent les courants de la bobine de la cuillère. Dans cette section, l'accélération augmente au fur et à mesure que la vitesse augmente, jusqu'à un certain maximum. Après cela, elle arrive dans une région d'accélération constante. Dans cette partie-là, les bobines sont disposées à distances croissantes, ce qui permet de fournir une augmentation régulière de la vitesse par unité de temps.

Dans les prototypes, la charge utile est posée dans une cuillère, puis libérée, pour que la cuillère puisse être ralentie et réutilisée.

Avec ce système, on pourrait envisager des catapultes électromagnétiques pour transporter du matériel, à partir de la lune, pour l'habitat dans l'espace, et ce, en utilisant l'énergie solaire. Le Space Studies Institute (Institut d'Études de l'Espace) a prouvé que cette application pourrait fonctionner.

Pour construire une catapulte électromagnétique sur terre, on pourrait envisager un compromis : la catapulte accélérerait la charge utile jusqu'à une certaine vitesse, puis la libérerait, et la charge utile compléterait la poussée par ses propres moyens. Cela réduirait fortement la poussée nécessaire à un lancement, et permettrait de profiter des avancées technologiques des composants des trains à sustentation magnétique.

Catapultes montées sur engins spatiaux [modifier]

Un vaisseau spatial pourrait se servir d'une catapulte électromagnétique comme moteur primaire. Avec une source appropriée de courant électrique (par exemple un réacteur nucléaire), la catapulte pourrait accélérer n'importe quel type de matière (ou presque) dans une certaine direction, ce qui projetterait le vaisseau dans la direction opposée.

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Catapultes hybrides [modifier]

Catapultes utilisées comme armes [modifier]

Les militaires effectuent des recherches à propos des moteurs linéaires à grande accélération. Ceux-ci pourraient être utilisés afin depercer les blindages. Comme ces catapultes électromagnétiques nécessitent de grandes dimensions, elles pourraient être utilisées sur de grandes armes, soit pour tirer directement sur des cibles dans l'espace, soit pour bombarder la surface d'une planète depuis une orbite. Il est même possible d'envisager des tirs "au-delà de l'horizon" (tirs indirects) ou depuis une planète proche, telle qu'une lune.

Liens externes [modifier]



11/11/2007
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