FR3115769A1 - Spaceship equipped with antimatter thruster. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un vaisseau spatial de croisière comportant au moins un système de propulsion à antimatière permettant d'exercer sur l'engin une force d'intensité et d'orientation variables.The invention relates to a cruise spacecraft comprising at least one antimatter propulsion system making it possible to exert on the craft a force of variable intensity and orientation.
Description
L'invention concerne un vaisseau spatial de croisière comportant au moins un système de propulsion à antimatière permettant d'exercer sur l'engin une force d'intensité et d'orientation variables. Ce système de propulsion permet de mouvoir le vaisseau spatial dans l’espace à une vitesse proche de celle de la lumière et d’atteindre ainsi une cible déterminée pour un coût optimisé.The invention relates to a cruise spacecraft comprising at least one antimatter propulsion system making it possible to exert on the craft a force of variable intensity and orientation. This propulsion system makes it possible to move the spacecraft in space at a speed close to that of light and thus to reach a determined target at an optimized cost.
Avantageusement, le système de propulsion comporte au moins un propulseur à antimatière.Advantageously, the propulsion system comprises at least one antimatter thruster.
Avantageusement, le système de propulsion comporte au moins un propulseur électrique.Advantageously, the propulsion system comprises at least one electric thruster.
Avantageusement, le système de propulsion comporte au moins un support orientable sur lequel est disposé au moins un propulseur. L'orientation peut dépendre des coordonnées du vaisseau dans le repère de la cible.Advantageously, the propulsion system comprises at least one orientable support on which is placed at least one thruster. The orientation may depend on the coordinates of the ship in the target frame.
Avantageusement, le système de commande est agencé pour commander le système de propulsion en intensité et en orientation de manière à ce que le vaisseau spatial décrive une trajectoire optimum entre son point de départ et la cible considérée.Advantageously, the control system is arranged to control the propulsion system in intensity and in orientation so that the spacecraft describes an optimum trajectory between its starting point and the target considered.
Avantageusement, le vaisseau spatial comporte au moins un système de guidage et de mesure agencé pour déterminer la distance le séparant de la cible.Advantageously, the spacecraft comprises at least one guidance and measurement system arranged to determine the distance separating it from the target.
Avantageusement, le vaisseau spatial permet d’optimiser le temps de vol et de réduire la consommation de carburant embarqué, donc le coût de la mission.Advantageously, the spacecraft makes it possible to optimize flight time and reduce onboard fuel consumption, and therefore the cost of the mission.
Etat de l’art :State of the art :
Les véhicules spatiaux sont habituellement équipés de propulseurs permettant leur manœuvre dans l'espace. Ces derniers sont fréquemment des propulseurs chimiques à ergols liquides ou solides : ces propulseurs chimiques sont capables d'offrir des accélérations importantes de l'ordre de plusieurs dizaines de g mais souffrent d'une impulsion spécifique assez faible. L'impulsion spécifique traduit d'une certaine manière l'efficacité du propulseur. Les propulseurs électriques présentent quand à eux une impulsion spécifique bien meilleure, environ 5 à 10 fois plus grande que celle des propulseurs chimiques. Mais, ils fournissent des accélérations assez faibles.Space vehicles are usually equipped with thrusters allowing them to maneuver in space. The latter are frequently chemical thrusters with liquid or solid propellant: these chemical thrusters are capable of offering high accelerations of the order of several tens of g but suffer from a fairly low specific impulse. The specific impulse translates in a certain way the efficiency of the thruster. Electric thrusters have a much better specific impulse, about 5 to 10 times greater than that of chemical thrusters. But, they provide quite weak accelerations.
Les propulseurs chimiques s'utilisent lorsque les manœuvres doivent être rapidement exécutées. Par exemple, lorsqu’il s’agit d'une manœuvre de capture planétaire, ou d'une manœuvre de sortie d'un environnement néfaste ou d'une manœuvre d'urgence.Chemical thrusters are used when maneuvers must be executed quickly. For example, when it comes to a planetary capture maneuver, or an exit maneuver from a harmful environment or an emergency maneuver.
Dans cette catégorie, les propulseurs solides sont moins complexes et donc moins coûteux que leurs homologues liquides. Le stockage, notamment, d'un propergol solide est simplifié : en particulier, celui-ci ne nécessite pas de réservoirs pressurisés, de conduites d'amenée, ou de préchauffeur.In this category, solid propellants are less complex and therefore less expensive than their liquid counterparts. The storage, in particular, of a solid propellant is simplified: in particular, the latter does not require pressurized tanks, supply pipes, or a preheater.
Il n'impose pas non plus un stockage séparé de deux ergols, ni un dispositif permettant leur mélange avant la combustion. Outre une simplicité accrue, ces propulseurs réduisent la masse des équipements emportés augmentant d'autant la masse utile disponible du vaisseau, ce qui est un autre avantage important.Nor does it require separate storage of two propellants, nor a device allowing them to be mixed before combustion. In addition to increased simplicity, these thrusters reduce the mass of the equipment carried, increasing the available useful mass of the vessel by the same amount, which is another important advantage.
Les propulseurs électriques quant à eux se substituent avantageusement aux propulseurs chimiques pour des manœuvres peu contraintes en durée dans lesquelles le vaisseau spatial verra son vecteur vitesse altéré au bout d'une durée plus longue. Le propulseur électrique peut être par exemple un propulseur ionique à grille, un propulseur à plasma étagé de type coaxial, ou de tout autre propulseur dans lequel des particules chargées sont accélérées puis éjectées.Electric thrusters, for their part, advantageously replace chemical thrusters for maneuvers with little constraint in duration in which the spacecraft will see its velocity vector altered after a longer duration. The electric thruster may for example be a grid ion thruster, a coaxial-type stepped plasma thruster, or any other thruster in which charged particles are accelerated and then ejected.
Un vaisseau spatial qui combine les avantages des propulseurs chimiques et des propulseurs électriques tout en réduisant l'impact de leurs défauts respectifs tirera profit des spécificités des différentes manœuvres à exécuter. Cependant, le coût peut rester élevé.A spacecraft that combines the advantages of chemical thrusters and electric thrusters while reducing the impact of their respective shortcomings will take advantage of the specificities of the different maneuvers to be executed. However, the cost can remain high.
Le but de l’invention est donc de proposer un vaisseau spatial de croisière comportant au moins un système de propulsion à antimatière permettant d'exercer sur l'engin une force d'intensité et d'orientation variables et au moins un propulseur électrique pour faciliter les manœuvres. Ce système de propulsion permet de mouvoir le vaisseau spatial dans l’espace à une vitesse proche de celle de la lumière et d’atteindre ainsi une cible déterminée pour un coût optimisé.The object of the invention is therefore to propose a cruise spacecraft comprising at least one antimatter propulsion system making it possible to exert on the craft a force of variable intensity and orientation and at least one electric thruster to facilitate the maneuvers. This propulsion system makes it possible to move the spacecraft in space at a speed close to that of light and thus to reach a determined target at an optimized cost.
Description de l’invention :Description of the invention:
Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comprend au moins un propulseur principal à antimatière et une pluralité de petits propulseurs électriques de plus faible puissance. La puissance de ces petits propulseurs peut être de l'ordre de 1% de la puissance du propulseur principal. Ils peuvent être répartis en différents points du vaisseau spatial afin d'assurer un contrôle d'altitude trois axes du vaisseau.In some embodiments of the invention, the spacecraft includes at least one antimatter main thruster and a plurality of smaller, lower power electric thrusters. The power of these small thrusters can be of the order of 1% of the power of the main thruster. They can be distributed at different points on the spacecraft to provide three-axis altitude control of the spacecraft.
Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comprend au moins un propulseur principal à antimatière disposé sensiblement selon l’axe d'inertie principal du vaisseau, une pluralité de propulseurs électriques principaux disposés autour du propulseur principal, et au moins quatre petits propulseurs électriques orientés selon des directions non coplanaires.In some embodiments of the invention, the spacecraft includes at least one antimatter main thruster disposed substantially along the craft's main axis of inertia, a plurality of electric main thrusters disposed around the main thruster, and at least four small electric thrusters oriented in non-coplanar directions.
Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comprend un système mutualisé d'alimentation et de commande configuré pour alimenter en électricité et commander le propulseur à antimatière d'une part et le propulseur électrique d'autre part. Cette mutualisation permet une simplification des systèmes d'alimentation et de commande du système global.In some embodiments of the invention, the spacecraft includes a shared power and control system configured to supply electricity and control the antimatter thruster on the one hand and the electric thruster on the other hand. This pooling allows a simplification of the supply and control systems of the overall system.
Dans certains modes de réalisation de l’invention, le système mutualisé d'alimentation et de commande comprend un dispositif de distribution de puissance configuré pour fournir une alimentation électrique régulée à l’ensemble du vaisseau spatial.In some embodiments of the invention, the shared power and control system includes a power distribution device configured to provide regulated electrical power to the entire spacecraft.
Dans certains modes de réalisation de l’invention, la source d'énergie électrique comprend des batteries et/ou une pile à combustible et/ou un réacteur à fission et/ou un réacteur à fusion.In certain embodiments of the invention, the electrical energy source comprises batteries and/or a fuel cell and/or a fission reactor and/or a fusion reactor.
Dans certains modes de réalisation de l’invention, la télémétrie, la télécommande et la logique de pilotage sont mutualisées dans le dispositif d'alimentation et de contrôle.In certain embodiments of the invention, the telemetry, the remote control and the control logic are pooled in the power supply and control device.
Dans certains modes de réalisation de l’invention, le dispositif d'alimentation et de contrôle fournit au moins une alimentation principale et au moins une alimentation auxiliaire.In certain embodiments of the invention, the power supply and control device provides at least one main power supply and at least one auxiliary power supply.
Dans certains modes de réalisation de l’invention, l'alimentation principale fournit une tension variable qui peut être redressée avec une puissance maximale fonction de la puissance du réacteur (par exemple 100 MW).In some embodiments of the invention, the main power supply provides a variable voltage which can be rectified with a maximum power depending on the power of the reactor (for example 100 MW).
Dans certains modes de réalisation de l’invention, le redémarrage du système auxiliaire peut se faire en utilisant des panneaux solaires ou une pile à combustible.In some embodiments of the invention, the restart of the auxiliary system can be done using solar panels or a fuel cell.
Dans certains modes de réalisation de l’invention, la propulsion du vaisseau spatial est exclusivement réalisée à l'aide de propulseurs à antimatière.In certain embodiments of the invention, the propulsion of the spacecraft is exclusively carried out using antimatter thrusters.
Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comporte au moins un dispositif d'orientation de poussée permettant de contrôler l'orientation du vecteur poussée d'un propulseur à antimatière. Ce dispositif d'orientation comprend des vérins électriques.In some embodiments of the invention, the spacecraft includes at least one thrust steering device for controlling the thrust vector orientation of an antimatter thruster. This orientation device comprises electric actuators.
Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comporte au moins un dispositif d’inversion de poussée permettant de contrôler la diminution de vitesse du vaisseau.In some embodiments of the invention, the spacecraft includes at least one thrust reversal device for controlling the decrease in speed of the spacecraft.
Dans de tels modes de réalisation de l’invention, la commande et l'alimentation du dispositif d'orientation de poussée sont assurés par le système mutualisé d'alimentation et de commande électrique. Plus particulièrement, le dispositif d'alimentation et de contrôle fournit au moins une alimentation adaptée au fonctionnement du dispositif d'orientation de poussée.In such embodiments of the invention, the control and the power supply of the thrust orientation device are provided by the shared power supply and electrical control system. More particularly, the power supply and control device supplies at least one power supply adapted to the operation of the thrust orientation device.
Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comporte au moins un dispositif de décollage et d’atterrissage. Des patins activés par des vérins électriques permettent ainsi au vaisseau spatial de stationner lorsque sa vitesse est nulle.In certain embodiments of the invention, the spacecraft comprises at least one take-off and landing device. Skids activated by electric cylinders thus allow the spacecraft to park when its speed is zero.
Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comporte des lasers de puissance pour détruire tout objet se présentant sur sa trajectoire.In some embodiments of the invention, the spacecraft has powerful lasers to destroy any object that comes in its path.
Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comporte des canons à protons dirigés vers l’avant vaisseau ou à antiprotons dirigés vers l’arrière du vaisseau afin de contrer toute attaque pendant sa mission.In some embodiments of the invention, the spacecraft has proton guns directed towards the front of the spacecraft or antiprotons directed towards the rear of the spaceship in order to counter any attack during its mission.
Les dessins sont schématiques et visent à illustrer les principes de la présente invention.The drawings are schematic and are intended to illustrate the principles of the present invention.
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Dans cet exemple de réalisation, le vaisseau spatial (1000) est un engin de forme sensiblement longiforme.In this exemplary embodiment, the spacecraft (1000) is a device with a substantially longiform shape.
Le vaisseau spatial est piloté à partir du poste de pilotage (1010).The spacecraft is piloted from the flight deck (1010).
Le vaisseau spatial possède un système mutualisé d'alimentation et de commande (1020).The spacecraft has a shared power and control system (1020).
L'alimentation électrique est assurée par des batteries ou des piles à combustible ou un réacteur nucléaire (1030).Power is supplied by batteries or fuel cells or a nuclear reactor (1030).
Le vaisseau spatial comprend un propulseur principal à antimatière (1040) et des propulseurs électriques (1050).The spacecraft includes an antimatter main thruster (1040) and electric thrusters (1050).
Le vaisseau spatial comprend également de petits propulseurs électrique (non référencé).The spacecraft also includes small electric thrusters (not referenced).
Le vaisseau spatial peut être équipé de lasers de puissance (1060).The spacecraft can be equipped with power lasers (1060).
Le propulseur principal du vaisseau spatial est orienté selon l'axe d'inertie avant-arrière du vaisseau.The spacecraft's main thruster is oriented along the ship's fore-aft axis of inertia.
Les propulseurs électriques principaux (1050) sont disposés de manière symétrique de part et d'autre du propulseur principal (1040). Les petits propulseurs sont orientés de telle sorte que leurs directions ne soient pas toutes inclues dans un unique plan afin de permettre le contrôle d'attitude du vaisseau autour de son centre de gravité dans les trois directions de l'espace.The main electric thrusters (1050) are arranged symmetrically on either side of the main thruster (1040). The small thrusters are oriented so that their directions are not all included in a single plane to allow attitude control of the ship around its center of gravity in all three directions in space.
Le dispositif de distribution de puissance et de commande reçoit la puissance électrique provenant des systèmes de production et fournit une alimentation électrique régulée, sous la forme d'un bus de puissance, destinée aux autres modules.The power distribution and control device receives electrical power from the generating systems and provides regulated electrical power, in the form of a power bus, to the other modules.
L'ordinateur de bord (non référencé) échange des données avec le dispositif d'alimentation et de contrôle. Il transmet des consignes de poussée destinées aux propulseurs. A partir de ces consignes, le dispositif d'alimentation et de contrôle intègre la logique de commande des propulseurs, leur télémétrie et leur télécommande, puis module la puissance des alimentations concernées et transmets certains ordres ou réglages destinés aux propulseurs (1040, 1050).The on-board computer (not referenced) exchanges data with the power supply and control device. It transmits thrust instructions intended for the thrusters. Based on these instructions, the power supply and control device integrates the control logic of the thrusters, their telemetry and their remote control, then modulates the power of the power supplies concerned and transmits certain orders or settings intended for the thrusters (1040, 1050).
Les modes de réalisation décrits sont donnés à titre illustratif et non limitatif, l’homme de l’art pouvant facilement modifier ces modes de réalisation, en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention. Par ailleurs, les différentes caractéristiques de ces modes de réalisation peuvent être utilisées seuls ou être combinés. En particulier, sauf précision contraire, une caractéristique décrite en relation avec un mode ou exemple de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre mode ou exemple de réalisation.The embodiments described are given for illustrative and non-limiting purposes, the skilled person can easily modify these embodiments, consider others, while remaining within the scope of the invention. Furthermore, the different characteristics of these embodiments can be used alone or be combined. In particular, unless specified to the contrary, a characteristic described in relation to one embodiment or exemplary embodiment can be applied analogously to another embodiment or exemplary embodiment.
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