Comment cela fonctionne
Éléments principaux
GATES — Comment le tunnel, la passerelle, les portes, le système d'alimentation et la navette AstroLiner sont disposés.
- Longueur. ~2050 km.
- Section transversale. Ellipsoïdale (~17.5 × 12.5 m), optimisée pour la forme aérodynamique de la navette et l’organisation d’une lévitation magnétique stable.
- Profondeur d’implantation du tunnel. Jusqu’à ~8 km. Une implantation plus profonde est également possible si les conditions géologiques et thermiques le permettent. La profondeur admissible du tunnel d’accélération ne pourra être déterminée précisément qu’après une reconnaissance géologique détaillée : forages le long du tracé, établissement du profil thermique, évaluation de l’état de contrainte du massif rocheux, de la fracturation et de l’hydrogéologie. Plus la température et le flux thermique des couches profondes sont faibles (environ jusqu’à ~200–250 °C), plus la plage de profondeurs techniquement réalisables est large et plus la géométrie du tracé peut être optimisée librement (rayons de courbure et sections de transition), ce qui permet de réduire les surcharges maximales et les charges dynamiques dans le tunnel tout en conservant les vitesses cibles.
- Construction. Combinée. La section initiale (~330 km) est une ligne droite souterraine à faible pente qui descend en ligne droite vers le portail afin de simplifier l’accélération. La partie principale est un tunnel enterré ou souterrain assurant la stabilité thermique, l’isolation du vide et la sécurité.
- La géométrie de la route. Une arc en forme de S sur le parcours après ~330 km.
- L'arc descendant. Le rayon ~6300 km, conduit le tunnel vers la profondeur pour créer l'angle nécessaire.
- Arc ascendant. D’un rayon de 2500–3500 km, il amène le tunnel au portail sous un angle de ~5–6° par rapport à l’horizon. Les rayons sont calculés de façon que l’accélération centripète à vitesse hypersonique ne dépasse pas 4g.
- Système de vide. Segmenté. Chaque segment (~50 km) est autonome et dispose de ses propres pompes à vide, capteurs et vannes d’urgence.
Le système d' accélération
L’accélération et la stabilisation de la navette sont assurées par l’interaction de ses aimants supraconducteurs embarqués avec des actionneurs électromagnétiques linéaires répartis (bobinages) installés dans le tunnel. Ces actionneurs sont des bobinages passifs segmentés réalisés en conducteurs conventionnels (cuivre, aluminium) et ne nécessitent aucun refroidissement cryogénique.
- Dans la partie initiale du tunnel (0-330 km). Les actionneurs sont placés principalement sous la voie et créent le champ magnétique nécessaire à la sustentation, à l’accélération initiale à 4g ainsi qu’à la compensation active de la pesanteur.
- Dans la partie médiane du tunnel (330-2000 km), notamment dans l’arc en S . Les actionneurs entourent le tunnel sur toute sa périphérie, assurant une accélération précise, le maintien forcé de la navette au centre du tunnel à vitesse hypersonique et la stabilisation de la trajectoire dans les courbes. Dans la partie terminale du tunnel, où les accélérations radiales sont élevées, des matériaux de bobinage renforcés et structurellement redondants sont utilisés au niveau du plancher. Sur la section 330-2000 km, l’accélération décroît suivant une courbe de 4g au début à 0g à la fin, la vitesse finale atteignant ~11 km/s à l’extrémité de la trajectoire.
- Dans la partie finale (2000-2050 km). Les derniers 50 km servent à la stabilisation et au centrage avant l’entrée dans l’atmosphère par le portail atmosphérique. Il n’y a aucune accélération sur cette section.
L’énergie pulsée provenant des sous-stations GATES est envoyée vers des segments précis des bobinages, en synchronisation stricte avec la position de la navette, afin de créer un champ magnétique progressif qui interagit avec le champ des aimants embarqués et accélère la navette. Cette architecture réduit au minimum la complexité du tunnel, facilite sa maintenance et concentre les éléments de haute technologie sur la navette réutilisable.
Il élimine le problème du dernier kilomètre.
L'emplacement et la construction
Le complexe de sas est installé sur le plateau sommital du mont Mohi (~3400 m), en République démocratique du Congo. Un vaste plateau méridional (16 km plus au sud) est réservé à l'extension future et peut accueillir des dizaines de sas parallèles. L'installation est une structure massive dotée d'un obturateur mécanique principal et de systèmes de création d'une barrière gazodynamique. En pratique, elle s'apparente à un turboréacteur fixe au sol muni d'une triple tuyère annulaire orientée vers le ciel, mais sa fonction n'est pas d'accélérer un corps : elle sert à repousser l'atmosphère et à créer une zone tampon lors de l'entrée de la navette dans l'atmosphère.
Barrière gazodynamique
Élément de travail principal. À l'approche de la navette, la formation d'un écoulement gazeux supersonique conique, dirigé vers l'extérieur le long de l'axe du tunnel, est déclenchée plusieurs secondes à l'avance.
- Source et configuration. La barrière gazodynamique est créée par trois moteurs à réaction annulaires concentriques indépendants (anneaux), ou par des statoréacteurs hypersoniques analogues suivant une architecture similaire à trois anneaux, installés autour du plan de sortie du sas et fonctionnant avec un mélange air-hydrogène. L'hydrogène est produit sur place par électrolyse. Cette triple redondance assure la tolérance aux pannes : le fonctionnement de deux anneaux quelconques suffit à créer une barrière efficace, de sorte que le système reste opérationnel en cas de défaillance de l'un des trois. Chaque anneau possède son propre système d'alimentation en carburant, de commande et d'allumage. Les anneaux sont disposés autour de la partie extérieure du sas, décalés en gradins vers l'arrière du plus petit au plus grand ; la porte mécanique se trouve à l'intérieur du sas, derrière la cascade d'anneaux. Cette disposition permet de démarrer les anneaux sans ouvrir au préalable la porte mécanique.
- Les fonctions clés.
1) Création d’une pression dirigée vers l’extérieur afin de protéger le vide du tunnel pendant le passage de la navette ;
2) Déplacement préalable et chauffage de l’air atmosphérique dans la zone de sortie en amont du sas, afin de créer un gradient à l’interface entre le vide du tunnel et l’atmosphère et de former ainsi une transition progressive entre les deux milieux.
La barrière gazodynamique n’est pas une protection aérodynamique de la navette et ne l’isole pas de l’atmosphère. Sa fonction est d’étaler dans le temps la transition entre les deux milieux, en transformant la charge de choc quasi instantanée (de l’ordre de la microseconde) due au contact avec de l’air froid et immobile en une charge répartie sur des millisecondes lors du contact avec un écoulement chauffé et codirectionnel. Cela ne réduit pas les forces aérodynamiques intégrales, mais diminue fortement le jerk et la composante haute fréquence des charges, réduisant ainsi le risque de dommages locaux et de choc thermique de la structure.
- Forme de l’écoulement. Un cône de section elliptique correspondant aux sections du tunnel et de la navette. Il s’étend vers l’extérieur sur plusieurs dizaines à plusieurs centaines de mètres à partir de trois rangées de tuyères annulaires des ceintures réactives du sas atmosphérique.
La barrière gazodynamique du sas atmosphérique n’exige pas la formation d’un cône géométriquement parfait, stationnaire ou strictement axisymétrique. Son régime de fonctionnement est intrinsèquement dynamique et admet des fluctuations temporelles et spatiales de la forme, de la densité et de la vitesse de l’écoulement.
La condition critique et unique strictement nécessaire au fonctionnement du sas est de maintenir, pendant toute la sortie de la navette, un gradient positif (dirigé vers l’extérieur) de pression et de quantité de mouvement empêchant totalement l’air atmosphérique de pénétrer dans le tunnel, ainsi qu’une préparation gazodynamique et thermique préalable de l’atmosphère dans la zone de sortie. Cela accroît sensiblement la fiabilité et la faisabilité pratique du système.
Ainsi, la forme de l’écoulement est traitée comme un paramètre adaptatif et non comme une valeur cible, et elle est optimisée en temps réel selon des caractéristiques intégrales (pression, débit massique et quantité de mouvement), plutôt qu’en fonction d’une géométrie rigide prédéfinie.
- Évolutivité et essais. Contrairement à l’accélérateur long d’un millier de kilomètres, la structure du sas est modulaire et facilement extensible. Les technologies clés — création d’un cône gazodynamique supersonique stable, synchronisation et fonctionnement des ceintures réactives — peuvent être entièrement mises au point sur des bancs d’essai physiques pleinement fonctionnels à l’échelle 1:5 ou 1:10, ce qui permet de réduire les principaux risques techniques du projet avant le début de la construction à pleine échelle de la voie principale.
Le système de sécurité
L’utilisation de l’hydrogène impose des exigences renforcées en matière de sécurité contre l’explosion et l’incendie. Toute l’infrastructure du sas est conçue en conséquence : systèmes redondants de détection des fuites d’hydrogène, purge inerte des conduites à l’azote, équipements antidéflagrants, séparation physique des unités d’électrolyse, des installations de stockage et des couronnes motrices, ainsi que des conduits de ventilation dirigés permettant d’évacuer en sécurité d’éventuels rejets vers l’atmosphère, à distance du personnel de maintenance et des infrastructures critiques.
Dimensions et masse au lancement
Longueur ~150 m, section elliptique ~10x15 m. La forme est un coin hypersonique optimisé pour minimiser la traînée et les charges thermiques lors de la traversée de l’atmosphère.
- Masse optimale au lancement. ~15 000 tonnes.
La masse de la navette, soit 15 000 tonnes, résulte de la recherche d’un optimum technico-économique situé dans le « juste milieu » entre les contraintes physiques et les possibilités de réalisation.
| Critère | La limite inférieure (< 8 000 – 10 000 t) | Optimum (15 000 t) | La limite supérieure (> 20 000 – 25 000 t) |
|---|---|---|---|
| Aérodynamique et surcharges | La force de résistance Fd = ρ·A·v2 crée des surcharges élevées a = Fd/m, nécessitant une stabilisation active complexe et entraînant des charges thermiques de pointe. | L'inertie domine. La résistance atmosphérique provoque des surcharges de courte durée (jusqu'à 5 sec) initiales (~3-6g), ce qui permet d'utiliser des systèmes d'amortissement et de protection thermique plus simples. | Les surcharges sont légèrement réduites, mais les avantages sont niveaux par d'autres facteurs. |
| Le régime chaud | La faible masse m conduit à une augmentation rapide de la température ΔT = Q·t / (m·c), nécessitant des systèmes extrêmes de refroidissement actif. | Une construction massive absorbe et dissipe la chaleur de pointe d'une pénétration de l'atmosphère à court terme, permettant d'utiliser une combinaison de protection thermique passive et active. | La capacité thermique augmente, mais le dégagement de la chaleur de la construction massive devient un problème particulier. |
| L'énergie du démarrage | L'énergie requise E = ½·m·v² est acceptable, mais ne compense pas les inconvénients. | GATES — L'énergie de détente jusqu'à 11 km/s est ~9×10¹⁴ J (~252 GWt·h), ce qui correspond aux capacités du système distribué de l'ATÉS et des accumulateurs. | Les coûts d'énergie augmentent de façon linéaire, ce qui nécessite une augmentation disproportionnée de la capacité et de la puissance des écouteurs, ce qui est économiquement inefficace. |
| La construction et la logistique | C'est réalisable, mais il ne donne pas l'avantage clé de la tarane inertielle. | Les gabarits et la masse correspondent aux capacités des docks de construction navale modernes, des méthodes de soudage et de transport. | La construction perd sa rigidité, il y a des problèmes de fluctuation, de montage, de livraison au point de départ, et les coûts augmentent de manière super-linéaire. |
| La philosophie de StarRoad | Il reste dans le paradigme d'un appareil léger, vulnérable à l'atmosphère. | Il réalise le paradigme du tharan inertiel: l'atmosphère n'est pas un obstacle, mais une révolte à court terme, surmontée au prix de la masse et de la résistance. | Il devient un défi insupportable pour l'industrie, réduisant les économies d'échelle. |
- Physiquement est au-dessus du seuil (~10 000 t), après quoi l'inertie commence à dominer l'effet aérodynamique.
- En énergie ne conduit pas à une augmentation exponentielle des exigences en matière d'infrastructure.
- Technologieusement reste dans le cadre des pratiques industrielles à grande échelle (construction de navires, construction de machines lourdes).
- Économiquement équilibre entre réduire le coût de la déduction à cause de l'échelle et limiter les coûts de capital.
Ainsi, ce paramètre est un calcul optimal qui rend le concept de StarRoad physiquement réalisable et économiquement justifié.
Composition et système
Toute l'architecture intérieure est conçue comme une structure longitudinale à plusieurs niveaux avec une division fonctionnelle par la hauteur du bâtiment.
- Le bas et la partie arrière du corps sont entièrement dédiés aux systèmes énergétiques et de puissance: réacteur à bord, échangeurs de chaleur, contours de refroidissement actif, transformateurs de puissance, accumulateurs d'énergie, les lignes de chauffage et les éléments de l'installation de force maritime. Cette position réduit le centre de masse du vaisseau, améliore la stabilité lors du vol hypersonique, de la planification et de l'alignement, et simplifie la protection thermique et radiologique des sections supérieures.
- Le surconducteur système de lévitation et de stabilisation intégré le long des bords du navette et partiellement au fond. Les modules superconducteurs sont fixés directement derrière la couture extérieure et la couche thermique, ce qui réduit le fossé entre le champ magnétique et les coutures passives du tunnel.
- le long des bords sur toute la longueur du corps, y compris la zone supérieure et la zone moyenne jusqu'à la ligne des barres démovables;
- dans la partie moyenne et arrière du fond;
- à l'exception des zones de sortie des ailes principales et des niches mécaniques.
Cette répartition assure un champ magnétique uniforme, une forte résistance aux vitesses hypersonores et une résistance aux pannes lors de dommages locaux.
- La partie moyenne du corps Les ailes principales sont retirées de l'intérieur du corps et isolées des sections énergétiques et de la charge. La partie avant de la zone moyenne du nez est utilisée pour placer de petites ailes de commande émouvrées, utilisées pour corriger la trajectoire et stabiliser les régimes de transition.
- La partie supérieure du corps est conçu pour placer un module de changement universel de charge utile. Le module est normalisé en fonction des dimensions, des points d'attachement, de la masse et de la position admissible du centre de gravité et peut être configuré comme un cargo, un tank, un passager ou un combiné. L'installation et l'extraction du module sont effectuées dans la doque avant le départ, et sont possibles en orbite après l'ouverture des barres supérieures. Le compartiment de charge est équipé d'un ascenseur hydraulique ou électro-mécanique intégré et de guidages permettant de faire avancer et retirer automatiquement les modules dans des conditions de microgravité sans la participation de l'équipage.
- Les creux supérieurs démobilisés ne sont pas des éléments porteurs de carcasse de force et remplissent les fonctions d'écoulement aérodynamique et d'accès en orbite. Une fois les barres complètement ouvertes et fixées, elles se déroulent automatiquement, puis elles sont alimentées par un refroidisseur pour déverser la chaleur excédentaire dans le vide.
- La partie nasale du navette a une composition fonctionnelle à plusieurs niveaux:
- la zone nasale supérieure du pont, des systèmes de contrôle, de navigation et de communication;
- la zone nasale moyenne des mécanismes de petites ailes élancées et des surfaces de commande;
- la zone nasale inférieure des réservoirs à combustible cryogène et à agent de refroidissement, qui assurent une résistance hydraulique minimale et un accès rapide du climat de refroidissement au système de refroidissement actif de la partie nasale pendant la pénétration de l'atmosphère.
Cette composition permet de réduire les contours thermiques et hydrauliques, de réduire l'inertie thermique du nez et d'améliorer la fiabilité des systèmes de protection thermique dans les zones les plus encombrées. En général, la composition du navette est une architecture rigide, évolutive et modulaire, optimisée pour le démarrage hypersonique, les opérations orbitaires, navigation autonome et exploitation multiple sans déploiement profond du corps.
Protection thermique du corps
La partie nasale et le fond du chalutier sont équipés d'un système de protection thermique composite et métallique à plusieurs couches, conçu pour des charges thermiques et dynamiques extrêmes lors d'un vol hypersonique et de l'alimentation ultérieure. La structure combine les éléments passifs et actifs et comprend:
- une couche externe résistante à la chaleur, résistante aux températures de court terme de milliers de degrés et au chauffage radiatif intense;
- une sous-couche métallique de force qui réalise des charges mécaniques et vibrantes;
- les contours de refroidissement actif qui permettent de retirer la chaleur des zones les plus chargées, en premier lieu de la partie nasale et de la partie avant du fond;
- Les éléments d'ablation en place dans les zones critiques locales, conçus pour un usage contrôlé sans endommager la structure principale.
Le système de protection thermique est conçu en tenant compte du choc thermique lors du contact du corps chauffé avec l'eau lors de l'atterrissage dans l'océan, y compris les gradients de température brusques et les tensions thermiques cycliques. L'architecture prévoit la segmentation et le remplacement modulaire des éléments les plus chargés au cours du service réglementaire, ce qui augmente la réparation et le ressources d'utilisation répétée.
Les ailes
Le chapeau est équipé de deux paires d'aile élancées destinées à la stabilisation, à la planification et à la pose.
- La paire d'ailes avant assure la correction de trajectoire, la stabilisation en tangage et en roulis ainsi que l'amortissement des perturbations dynamiques. Elle se déploie après l'entrée dans les couches raréfiées de l'atmosphère pour le vol plané.
Paramètres de chaque aile avant:
- longueur (dimension de la racine): ~35 m;
- largeur par racine / finition: ~14 / 7 m;
- la surface: ~360–400 m2.
- Couple d'aile arrière est la surface aérodynamique principale du navette.
Paramètres de chaque aile arrière:
- longueur (dimension de la racine): ~100 m;
- largeur par racine / finition: ~14 / 7 m;
- la surface: ~1000–1100 m2.
La surface totale des ailes est d'environ 2800–2900 m2. Une contribution supplémentaire à la force de levage est apportée par la forme porteuse du fusillage, augmentant la surface aérodynamique efficace d'environ 20–30%.
En mode sonore, la configuration totale assure une qualité aérodynamique orientée L/D ≈ 9–13, ce qui permet de réaliser une planification stable et un choix contrôlé du point d'atterrissage. Les vitesses typiques de planification et d'alimentation sont évaluées dans la plage 90–120 m/s (≈ 320–430 km/h). À ces vitesses, la sécurité d'atterrissage n'est pas déterminée par la vitesse horizontale absolue, mais par la vitesse verticale de toucher, l'angle d'attaque et le profil du glisade.
Systèmes de parachute
Pour réduire les charges de choc lors de l'amener et d'élargir la fenêtre d'atterrissage admissible, les chanoës sont équipées d'un système parachute-parafoyle multiple, fonctionnant comme un contour conditionnel-état d'atterrissage doux.
- L'architecture et l'emplacement. Le système comprend deux positions de parabole:
- une dans la partie supérieure arrière;
- une dans la partie supérieure avant (immédiatement derrière la zone du nez).
Chaque position est effectuée selon le schéma N+1 Les parapluies sont fixées à la carrosserie non pas à un point, mais à travers ligne de fixation transversale Les chambres sont disposées sur l'axe longitudinal, sans effet de collision et de collision.
- Places et mode de travail. Les parafoils ne sont pas conçus pour retenir complètement le poids de l'appareil, mais pour dépister la vitesse verticale sur le point final et former la phase de contact fluide.
- surface d'un parafoil principal : ~4500–6000 m²;
- la surface active totale lors du travail de deux parafoils: ~9000–12 000 m2.
La valeur cible de la vitesse verticale au moment de la touche Vz≈1 m/s.
- Critères d'inclusion. Le système parachute-parafoyle est utilisé seulement si nécessaire. L' algorithme de pose tient compte surcharge totale (summe vectorielle des composants aérodynamiques , inertiels et hydrodynamiques):
- si la surcharge totale prévue lors de la toucherie ne dépasse pas 4g, l'atterrissage est effectué sans utilisation Les parafoiles (sur les ailes);
- à la suite de Les risques les surpoids 4g Le système est activé et réduit la vitesse verticale jusqu'à la valeur cible, en transférant la mise en terre en mode de glissage doux.
- La multiplication. Les parapluies, les systèmes de tranches et les nœuds de fixation sont conçus pour une utilisation multiple avec un service réglementaire (inspection, séchage, remplacement des éléments à déployer rapidement) sans démontre le carcasse de force du corps.
Installation de force et de moteur autonome
Le chapeau est équipé d'un système de mouvement énergétique entièrement autonome, conçu pour tout le cycle de la mission: des manœuvres en orbite à la navigation autonome de plusieurs mois.
- Le bas source énergie: réacteur nucléaire à bord.
- Le type: Le réacteur à fusion de sel (RJSC) ou le réacteur à haute température à gaz (RGV) de la génération suivante. À l'avenir un module thermo-nucleaire compact (par exemple, sur la base d'un schéma avec compression de champ, comme chez Helion Energy).
- La capacité: électrique 10-20 MW, thermique 50-100 MW.
- Nommé: l'alimentation de tous les systèmes de bord, des éléments surconducteurs du système de magnétolevation, moteurs électromagnétiques à plasma (EMPD), les systèmes de refroidissement actif et moteurs pour la nage autonome. Le réacteur est conçu pour fonctionner sans recharger de carburant pendant toute la durée de vie du chalutier (5-10 ans).
- Un système de lévitation et de stabilisation sur-bord. Le long du corps du navette, des modules cryogènes avec des aimants superconducteurs sont intégrés sur la base de superconducteurs à haute température (VTSP) refroidis par l'azote liquide ou l'hydrogène des systèmes de bord. Ces aimants créent un champ magnétique puissant pour la lévitation et la stabilisation active (système de suspension magnétique). Ils permettent au chalutier de conserver sa lévitation même si l'alimentation externe du tunnel est complètement déconnectée grâce à une interaction inductrice avec les enveloppes passives-réels (effet du miroir magnétique).
Le système de gestion de la stabilisation est construit selon le principe hiérarchique:
- Contour passif (microsécondes): la liaison inductrice des superconducteurs avec les enveloppes du tunnel crée automatiquement une force de retour lors de tout déplacement sans la participation de l'électronique.
- Contour de l'appareil (microsécondes millisecondes): les schémas spécialisés (FPGA, ASIC) permettent de détecter l'inégalité et de changer les sections selon des algorithmes rigoureux.
- Le contour du programme (millisecondes dizaines de millisecondes): Le calculateur de bord (avec une IA limitée) répartit les courants entre les sections surconductrices pour compenser les dérives lentes et les déséquilibres locaux, sans nécessiter une réaction dans la gamme nanoseconde.
Cette architecture permet un temps de réaction à l'indignation de plusieurs millisecondes, ce qui dépasse de manière significative les exigences de stabilité pour un navette de masse 15 000 tonnes à des vitesses hypersoniques.
- Les principaux moteursLes moteurs à plasma électromagnétiques à haute traction.
- Le principe: moteurs magnétoplasmodynamiques (MPD) ou moteurs à flux azimut (VASIMR) alimentés par le réacteur de bord.
- Poussée : jusqu'à 50–100 kN (5–10 tonnes-force) en mode impulsionnel, ce qui suffit aux corrections orbitales, à la désorbitation et aux transferts entre orbites.
- Le corps de travail: réserve de xénon liquide, d'argon ou d'hydrogène (également utilisé pour les systèmes de refroidissement).
- Autonomie: Les moteurs sont gérés par une IA à bord, capable de calculer et de réaliser des manœuvres de connexion à des stations orbitaires, de déchargement et de retour.
- Système de chauffage les administrations:
- Radiateurs à dérive. Des panneaux de contour liquide déployés dans l'espace pour décharger la chaleur excédentaire du réacteur et de l'équipement dans le vide.
- Accumulateurs thermiques de phase (TA). Ils sont situés dans la partie nasale et les nœuds critiques. Ils absorbent la chaleur de pointe (mégajouli) lors de la perte de l'atmosphère au départ et à l'entrée, empêchant la surchauffe de la construction. Dans l'espace ou dans l'océan, la chaleur est lentement rejetée par les radiateurs ou dans l'environnement.
- Système de refroidissement actif. Un contour fermé avec du hélium/hydrogène liquide pour refroidir d'urgence l'écran de protection thermique et les éléments critiques en vol.
- Réservation et la sécurité: systèmes de commande du réacteur doublés, circuits de refroidissement indépendants, dissipateurs de chaleur d'urgence.
Systèmes de plantation et de navigation maritimes autonomes
Une fois que le navette est amené dans une zone de l'Atlantique donnée, il passe à la navigation entièrement autonome.
- Système de propulsion. Deux propulseurs azimutaux escamotables ou des hydrojets assurent une forte manœuvrabilité à faible vitesse.
- L'énergie pour la natation. L'électricité pour les moteurs et les systèmes de bord est fournie par réacteur nucléaire/thermonyucléaire de bord de type civilLa zone active est suffisante pour des transitions autonomes de plusieurs mois.
- Navigation et connexion. Le GPS, la navigation inertielle, les radars et les leaders pour reconnaître les conditions de surface.
- Système de freinage final. Pour éteindre la vitesse restante (100-150 km/h) avant de toucher l'eau, on utilise le système combiné: un parachute de frein de petite surface (pour la stabilisation et le freinage initial) et courte impulsion des moteurs de plasma de marche (pour éteindre exactement la vitesse verticale). Le parachute est déployé après l'inondation.
Cette configuration permet au navette d'aller à son port d'embarquement ou au point de rencontre du tracteur sans avoir besoin d'une aide immédiate. Il peut se tenir autonome sur une vague de tempête, effectuer de longues traversées et arriver à un port désigné pour un service selon le calendrier, en se transformant d'un appareil spatial en un navette de mer robotisé.
AstroLiner-S: démarrage / version simplifiée
Aux premiers stades de la mise en œuvre de StarRoad, ainsi que comme configuration de base, technologiquement simplifiée et plus conservatrice en exploitation, il est prévu d'utiliser la version initiale de la navette — AstroLiner-S (Simplified / Start).
Cette modification est une version fonctionnelle complète, mais énergétique et systématiquement simplifiée d'AstroLiner, destinée à l'exploitation initiale de la route, des premiers lancements de marchandises et de lancements pilotés, et pour réduire progressivement les risques technologiques, opérationnels et réglementaires du système.
- Idée clé d'AstroLiner-S. AstroLiner-S met en œuvre le paradigme fondamental de StarRoad — traverser l'atmosphère par inertie —, mais sans source d'énergie nucléaire ou thermonucléaire embarquée et en conservant intégralement la masse et les dimensions de lancement de la version principale.
Toutes les opérations énergétiques extrêmes (démolition, levage, stabilisation dans le tunnel) sont entièrement réalisées dans l'infrastructure terrestre.
La ceinture AstroLiner-S est composée de:
- l'appareil de transport autonome,
- entièrement polyvalent,
- capable de se déplacer en orbite, de descendre et de revenir,
- mais qui utilisent uniquement une traction chimique hors tunnel,
- qui ne contiennent pas à bord de sources de rayonnement ionisant de haute puissance.
- L'énergie et les systèmes surconducteurs. Dans la configuration AstroLiner-S , les éléments suivants sont totalement exclus:
- les installations nucléaires et thermodynamiques,
- les risques radiatifs, thermiques et d'accident qui y sont associés,
- les scénarios de pollution irréversible des tunnels et des emplacements de sortie.
Les éléments de lévitation, de stabilisation et d'interaction avec la route:
- sont préalablement alimentés avant le départ,
- sont transférés en mode permanent,
- Ils sont isolés les uns des autres et gérés par un système de bord.
L'alimentation de l'électronique de bord, des systèmes de contrôle et de protection est effectuée à la main des accumulateurs et des accumulateurs inertiels (machoïques) calculés pour un cycle complet de déploiement du tunnel avec une réserve de temps.
La gestion active des contours surconducteurs dans le processus de déchirement est limitée à de petits courants de réglage et à des modes d'accident, ce qui exclut la nécessité d'une source d'énergie continue à haute puissance à bord.
En orbite, des panneaux solaires pliables sont utilisés comme source d'énergie active.
- Installation moteur hors tunnel
Toutes les opérations d'orbite d'AstroLiner-S sont effectuées à l'aide de traction chimique.
Le chapeau est équipé de:
- moteurs chimiques de marche à traction moyenne (classe LOX/LH₂ ou LOX/LCH₄),
- les systèmes de direction et de contrôle d'urgence (RCS) dupliqués .
L' installation moteur assure:
- la mise en orbite après avoir quitté l'atmosphère,
- la correction des paramètres d'orbite,
- Le déclin de l'orbite,
- l'entrée et le retour contrôlés dans l'atmosphère.
Le rejet des moteurs électro-réactifs et magnéto-plasma dans cette version est dû à l'absence de source d'électricité de haute puissance à bord et ne est pas considéré comme une limitation architecturale du système dans son ensemble.
- Le retour et une fréquence de plusieurs fois
L' AstroLiner-S est capable de:
- débarquement autonome depuis l'orbite,
- une entrée en pleine atmosphère contrôlée,
- la planification aérodynamique,
- L'avion est capable d'atterrir dans l'océan à l'aide de ailes et d'un système de parachute.
L'absence de réacteur facilite considérablement:
- exploitation maritime,
- le service réglementaire,
- La réinstallation de l'appareil après des démarches extra-ordinitaires.
- Le rôle AstroLiner-S à de l'éducation StarRoad
AstroLiner-S est considéré comme:
- La première version en série du vaisseau StarRoad,
- une plateforme pour la collecte de statistiques de lancements et de défaillances,
- moyen de mise en service précoce du système,
- Le transport de base pour l'infrastructure orbitale initiale.
Au fur et à mesure que le projet se développe, que des sources d'énergie compactes et de haute puissance apparaissent et que l'expérience de fonctionnement s'accumule, AstroLiner-S peut être complété ou remplacé par une version complète d'AstroLiner, Il est équipé d'installations énergétiques à bord et de moteurs plasmatiques électromagnétiques.
Ainsi, AstroLiner-S n'est pas un compromis, mais un niveau de départ logique du système, permettant de commencer l'exploitation de StarRoad plus tôt, plus sûrement et avec moins de risques systémiques, sans modifier l'architecture fondamentale de la ligne principale.
Le but et le principe
Le projet prévoit sa propre infrastructure énergétique et climatique intégrée de classe gigawatt, fondée sur une technologie Enhanced Geothermal Systems (EGS) modifiée. Le fluide de travail est du dioxyde de carbone supercritique (sCO₂) obtenu par capture directe dans l’air (Direct Air Capture, DAC). Le système réunit trois fonctions critiques : 1) gestion active du champ thermique géothermique afin d’assurer la stabilité thermique du tunnel d’accélération ; 2) production électrique de base ; 3) utilisation et séquestration à long terme du CO₂ atmosphérique.
GATES — L'architecture souterraine du GATÉS
Pour garantir la stabilité thermique, l’indépendance énergétique et la durabilité, chaque tunnel d’accélération est accompagné d’un ensemble de sept tunnels de service de petit diamètre formant le système intégré GATES :
- Six tunnels principaux collecteurs et énergétiques (diamètre 2 m). Ils sont implantés 30 m sous le plancher du tunnel d’accélération, avec un entraxe uniforme de 7 m. Ils fonctionnent par paires en circulation réversible de CO₂ supercritique fortement sous-refroidi (+5°C). Cette configuration forme sous toute la section de l’accélérateur une dalle refroidie continue de plus de >15 m d’épaisseur, éliminant totalement les ponts thermiques.
- Un tunnel technique de service (diamètre 3 m). Il se trouve au même niveau que le tunnel d’accélération, à 3 m latéralement. Il assure un accès permanent au diagnostic et à la réparation sans interrompre le trafic. Les tunnels GATES sont conçus pour l’action combinée d’une forte pression interne (jusqu’à 25 MPa), de la pression des roches et des charges dynamiques. Le creusement de l’ensemble des sept tunnels est réalisé par une flotte entièrement robotisée de microtunneliers (micro-TBM). GATES sépare physiquement et fonctionnellement l’infrastructure énergétique de l’infrastructure de transport, assurant une fiabilité et une maintenabilité exceptionnelles.
Système de refroidissement et de TDMC
- Le contour de refroidissement profond. Sous le tunnel d'accélération se trouvent les tunnels collecteurs et énergétiques du GATES, sur lesquels circule le corps de travail sur la base de CO₂ en mode dense haute pression ou surcritic. La plage de température cible du flux froid avant l'entrée dans les collecteurs profonds est autour de +5...+15°C dans le régime de basse température standard. Après avoir sélectionné la chaleur géothermique et traversé le site de profondeur CO₂ peut être chauffé au-dessus de +100°C en fonction de la profondeur, du flux thermique des races et du mode de génération d'énergie. Le contour dégage la chaleur géothermique, forme une zone refroidie sous le tunnel principal et permet de poser en toute sécurité la magistrale à une profondeur d'environ 5–8 km.
- Canal Hydro-Thermique Principal (HTMC). Le long du tracé StarRoad, parallèlement à la route de service, à la ligne électrique et aux communications, est construit le Canal Hydro-Thermique Principal — HTMC. Il relie les terminaux au sein d’un système unique de rejet thermique en surface.
Le GTMK est un canal d'eau de largeur d'environ 5–8 m et de profondeur de 2–3 m. Le fond du canal est traversé par plusieurs conduites à haute pression indépendantes, par lesquelles CO₂ se déplace entre les terminaux voisins. L'eau est un buffer thermique et un support thermique intermédiaire.
Après les nœuds de turbine, d'échange de chaleur ou de compresseur CO₂ entre dans les serpentines à température d'environ +50...+80°C. Sur le site interterminale de longueur d'environ 50 km, il donne de la chaleur à l'eau, se refroidissant à environ +22...+35°C selon la saison, l'humidité de l'air, l'intensité des pluies, le refroidissement radiatif nocturne et le mode de fonctionnement du canal.
La température de l'eau dans le GTMC en mode normal est maintenue dans la gamme +22...+32°C, avec une augmentation locale dans les sections chaudes jusqu'à +35...+45°C. Dans certaines zones près de l'entrée du courant chaud, il est possible de réchauffer l'eau à court terme jusqu'à +50...+80°C, ce qui peut même réduire partiellement l'activité biologique, mais ne rend pas l'eau potable sans purification.
Au-dessus du canal, des plaques sélectives légères reflètent le rayonnement solaire et permettent de dégager la chaleur dans la gamme infrarouge.
- Refroidissement des terminaux. Chaque terminal comprend des tours de refroidissement, des échangeurs de chaleur, des pompes, des compresseurs booster, des turbo-détendeurs et des groupes frigorifiques de secours. En régime normal, la majeure partie de la chaleur de faible qualité est rejetée passivement par le HTMC.
Les gradiers et les échangeurs de chaleur terminals conduisent le flux CO₂ après le GTMC d'environ +22...+35°C à +15...+25°C. Si nécessaire, les chillers de réserve doivent réduire la température à -5...+5°C avant de la soumettre aux collecteurs profonds. Les chillers ne sont pas utilisés comme régime permanent principal, mais comme réserve de pointe, d'urgence ou de saison.
- Une compression de booster et un turbo-détendeur. Le terminal suivant CO₂ est refroidi mais sous pression élevée. Il peut ensuite être dirigé vers un turbo-détendeur où une partie de l'énergie de compression est récupérée, et la température est réduite en plus en fonction de l'expansion d'un point de vue à -10...+5°C selon la pression, le coût et le régime de phase requis.
GATES — Ensuite, CO₂ est envoyé dans les tunnels de collecte de l'électricité avec la température, la pression et l'état de phase requis. Ce cycle n'est pas une source d'énergie gratuite: le compresseur fait son travail, le canal émet la chaleur de compression, et le turbo-détendeur ne rend que partiellement l'énergie dépensée. Le résultat utile est un flux plus froid avec moins de charge sur les réfrigérateurs actifs.
- Redondance et bidirectionnalité. Les serpentins sont conçus en double et pour un écoulement bidirectionnel. Si un circuit est endommagé, le flux est redistribué par une conduite de secours ou par un terminal voisin. Le sens d’écoulement du CO₂ peut être modifié selon la charge thermique, le mode d’urgence et l’état des différentes sections.
- Maintenabilité. Le HTMC est compartimenté par des vannes-écluses à des intervalles d’environ un kilomètre. Lorsqu’une section est endommagée, le segment est isolé et le niveau d’eau est abaissé par pompage jusqu’au niveau technique minimal, ou la section est partiellement vidangée. Après dépressurisation, les équipes de réparation ou les systèmes robotisés peuvent accéder aux serpentins sans arrêter toute la ligne principale. Pendant les travaux, le refroidissement est maintenu par les circuits de secours, l’inversion du flux, le renforcement des échanges via les terminaux voisins et la mise en service temporaire des chillers.
- Une fonction hydrologique limitée. Le canal peut également avoir une fonction d'économie d'eau secondaire, avec une inclination constante de l'est à l'ouest, et il peut maintenir un mouvement lent et autonome de l'eau, le lavage des sections et le rejet régulé des excès.
Les pluies équatoriales nocturnes peuvent être utilisées pour remplir le canal par des collecteurs d'eau, des détournements, des filtres et des déversements. Comme l'eau ne touche pas directement CO₂, elle peut être utilisée pour l'irrigation limitée, l'approvisionnement en eau technique des terminaux, les réservoirs de protection contre les incendies et les zones de protection vertes.
GATES — Cette fonction reste secondaire: le choix de l'eau est autorisé uniquement dans les limites qui ne violent pas l'objectif principal de la GTMC refroidissement CO₂ et le maintien de la stabilité thermique de l'ATÉS.
- La valeur pour StarRoad. Les collecteurs profonds, les GTMC, les refroidisseurs de terminal, les gradines, les booster-compressors, les turbo-détenteurs et les chillers de réserve forment un système de contrôle thermique unifié. Elle réduit la dépendance aux machines de refroidissement locaux, améliore la résistance aux pannes, permet de redistribuer les flux thermiques entre les terminaux et rend la mise en place d'un tunnel d'accélération plus réaliste.
Le système de refroidissement de surface renforce également la valeur économique de StarRoad: une ceinture linéaire de terminaux, de routes de service, de points d'énergie, de canal d'eau se forme le long de la route, les sites industriels et les zones agricoles irriguées.
Intégration avec les tunnels techniques et les terminaux terrestres
- Intégration avec le GATES. Sous chaque tunnel incliné, à une profondeur supplémentaire 10-20 m, des tunnels collecteurs du GATES sont traversés pour le congélation préalable et la stabilisation de la pierre à l'étape de la construction et de la génération d'énergie ultérieure.
- Le complexe de terminaux au sol. Chaque tunnel en pente sur la surface est terminé par un terminal terrestre multifonctionnel. Chacun des terminaux 40 est un nœud indépendant comprenant:
- Complexe de ventilation et de purification de gaz pour maintenir le régime aérien dans le tunnel et éliminer l'air usé.
- Base de construction avec des sites pour ranger, surcharger et stocker temporairement les modules, le sol et les matériaux de construction.
- Le corps administratif-résidentiel pour l'installation du personnel de changement (dispetchers, chambres de repos, ateliers, entrepôts).
- GATES — Une centrale géothermique et des appareils de refroidissementLes systèmes de collecte de chaleur sont intégrés au réseau général des GATÉS et utilisent et gèrent les tunnels collecteurs profonds.
- GATES — Station de capture et traitement CO₂ (DAC). L'installation de capture directe du dioxyde de carbone de l'atmosphère (Direct Air Capture) assure un cycle fermé de l'ATÉS: le CO₂ extrait est liquéfié, nettoyé et fourni dans les tunnels de collecteurs profonds en tant que support thermique.
- Point de connexion aux réseaux d'énergie extérieurs et de communication (alimentation de rechange, canal à large bande).
La signification stratégique
Outre l’alimentation énergétique et la stabilisation thermique, l’une des fonctions essentielles du système est de permettre le creusement sûr et économique du tunnel principal d’accélération à très grande profondeur (5-8 km ou davantage). La gestion active du champ thermique et l’évacuation du flux géothermique lèvent les contraintes de température qui rendraient autrement une telle profondeur impossible. Cette capacité permet à son tour de réaliser une géométrie optimale du tracé en S, avec de grands rayons de courbure, nécessaire pour gagner progressivement de l’altitude et faire sortir la navette sous un angle de ~5-6° par rapport à l’horizon, tout en maintenant les accélérations admissibles pour le fret et l’équipage (~4g) sur un tracé de 2050 km. GATES constitue ainsi la base technologique non seulement de l’énergie, mais aussi de l’ensemble de l’optimisation balistique de la trajectoire StarRoad. Le creusement de l’ensemble du complexe est effectué par une flotte entièrement robotisée de micro-TBM.
Puissance et portée
- Coût d’une station de 2.5 GW : $2.0–3.0 milliards.
- Le coût des stations 40: $80–120 milliards.
Cette estimation est confirmée par la limite inférieure des coûts pour les géo-ÉTS russes (selon les données d'Iturup environ $650/kWt) et la limite supérieure pour les projets complexes ($1,500/kWt).
Le calcul prend pour base l’estimation haute de la puissance totale de GATES, soit 100 GW. La puissance réellement disponible ne pourra être évaluée qu’après l’exploration géologique et pourra être nettement inférieure, jusqu’à quelques gigawatts. Dans ce cas, les fonds libérés seront consacrés à la construction de sources alternatives de production d’énergie.
Fonctions écologiques et régionales
StarRoad met en œuvre un modèle de service environnemental actif. Le projet constitue le plus grand consommateur stationnaire au monde de CO₂ atmosphérique ; à l’état supercritique, le CO₂ sert de fluide de travail permanent dans le système fermé GATES. Des millions de tonnes de dioxyde de carbone sont retirées du cycle atmosphérique et maintenues dans le circuit technologique pendant des siècles. StarRoad devient ainsi un puissant outil d’ingénierie climatique capable de compenser les émissions de carbone de secteurs industriels entiers.
GATES — Le GTMC n'est pas seulement un élément du système de refroidissement de l'ATÉS, mais aussi une infrastructure transcontinentale à double usage qui profite à la région:
- L'irrigation. Les bouchées permettent d'utiliser l'eau du canal pour arroser les terres agricoles le long de la route, en transformant les zones arides en la ceinture verte de l'Afrique.
- Un complément naturel. Le canal se remplit automatiquement à cause des pluies équatoriales fréquentes.
- Écoulement gravitaire. Grâce à la pente naturelle du terrain (3400 m à l’est → 0 m à l’ouest), l’eau s’écoule dans le canal par gravité, sans pompes, assurant une circulation sans dépense de pompage.
- Microgémentation. La chute des altitudes le long du canal permet de placer une cascade de micro-hydroélectro-stations qui produisent une énergie renouvelable supplémentaire pour les réseaux locaux et l'autosuffisance.
StarRoad devient ainsi non seulement une plateforme de transport, mais aussi une plateforme agro-énergétique intégrée au développement durable de la région.
GATES — L'électricité de l'électricité de la centrale électrique et du réseau fournit une énergie "verde" excédentaire non seulement à l'accélérateur, mais aussi aux villes, aux entreprises industrielles et aux fermes voisines.
Système de tunnels latéraux perpendiculaires techniques
Pour assurer la construction, la ventilation, les réparations et l’évacuation, 40 tunnels de transport inclinés sont aménagés le long du tracé, à environ un tunnel tous les 50 km (inclinaison de 30°, section elliptique d’environ 17.5 × 12.5 m). Ils sont creusés avec le même complexe de tunnelage que le tunnel principal et relient la surface à la ligne principale à des profondeurs pouvant atteindre 8 km.
- La logistique. Ils fournissent un chemin d'évacuation indépendant pour le personnel et l'équipage lors d'un arrêt d'accident (Alarm-2). Contrairement aux mines verticales, le tunnel incliné permet d'utiliser des machines autonomes pour évacuer des dizaines de personnes en un seul vol.
- Sécurité. Ils offrent une deuxième voie d’évacuation indépendante au personnel et à l’équipage en cas d’arrêt d’urgence (Alarm-2).
- La scalabilité. Les tunnels inclinés servent de base pour connecter les futures lignes parallèles de StarRoad. Des branches horizontales peuvent être forées pour former de nouveaux tunnels d'accélération, transformant le réseau d'approches en un cadre de transport en constante expansion.
- Intégration avec le GATES. Sous chaque tunnel incliné, à une profondeur supplémentaire 10-20 m, des tunnels collecteurs du GATES sont traversés pour le congélation préalable et la stabilisation de la pierre à l'étape de la construction et de la génération d'énergie ultérieure.
Le complexe de terminaux terrestres
Chaque tunnel en pente sur la surface est terminé par un terminal terrestre multifonctionnel. Chacun des terminaux 40 est un nœud indépendant comprenant:
- Un complexe de ventilation et de purification de gaz pour maintenir le régime aérien dans le tunnel et éliminer l'air déformé.
- Base de construction avec des sites pour ranger, surcharger et stocker temporairement les modules, le sol et les matériaux de construction.
- Corpus administratif-résidentiel pour l'installation du personnel de changement (dispetchers, chambres de repos, ateliers, entrepôts).
- GATES — Une centrale géothermique et des installations de refroidissement intégrées au réseau général de l'ATÉS utilisant et gérant le support thermique des tunnels collecteurs profonds.
- Station de captage et de traitement du CO₂ (DAC). Installation de captage direct du dioxyde de carbone dans l’atmosphère (Direct Air Capture). Elle assure la boucle fermée de GATES : le CO₂ capté est liquéfié, purifié puis envoyé dans les tunnels collecteurs profonds comme fluide caloporteur.
- Point de connexion aux réseaux d'énergie externes et de communication (alimentation de réserve, canal à large bande).
- Voie d'accès (autoroutes ou chemins de fer) pour la connexion avec le réseau de transport régional.
- Point d'évacuation (sortie à la surface), équipé d'un point d'aide médicale d'urgence et d'une plate-forme d'hélicoptère.
La souplesse juridique et écologique
La géométrie inclinée des tunnels techniques permet d’implanter les terminaux de surface hors des zones protégées (parcs nationaux, réserves et bassins versants), même lorsque la ligne principale StarRoad passe en profondeur sous ces zones. Cela supprime le principal obstacle juridique au passage de la ligne sous les espaces protégés, puisqu’aucune infrastructure ne doit être construite à l’intérieur des parcs. Chaque terminal peut être placé sur la parcelle non protégée la plus proche et relié au tunnel par un puits incliné, ce qui simplifie les autorisations, réduit la charge environnementale et élimine le risque d’impact direct sur les écosystèmes protégés.
Système d'approvisionnement en énergie et de stockage de l'énergie
Le système d'alimentation de l'accélérateur StarRoad est construit comme un réseau de trois niveaux, qui fournit:
- réservation garantie (le rejet des éléments unitaires ne conduit pas à l ' arrêt),
- La vitesse de rendement adaptative (de la seconde au départ à la seconde à la finition),
- Longueur minimale des câbles de force (réduction des pertes et de l'inductance).
Les niveaux de la topologie
Niveau 0: Les accumulateurs primaires (terminaux)
- 40 des terminaux, chacun avec un parc de gravitation, des centrales électriques (micro-GES sur le canal) et des batteries lithium-ion (BESS).
- Capacité totale pour le terminal: ~5–9 GWh (toutes ~360 GWh sur la route).
- Retour: courant continu à haute tension (jusqu'à 100 kV) par les câbles maîtres dans le tunnel technique.
Niveau 1: Contrôleur de segment (segments 50-km)
- La ligne est divisée en 41 segments (de 50 km chacun ; le dernier correspond aux 50 km menant au sas).
- Chaque segment dispose d'un contrôleur distributeur principal qui reçoit l'énergie de deux terminaux voisins (réservation interromue).
- Le contrôleur du segment répartit l'énergie sur des blocs d'énergie de kilomètre (à 1 km chacun), en synchronisant leur travail.
Niveau 2: Blocs énergétiques de kilomètre
Chaque bloc kilométrique dispose d'un contrôleur local qui:
- Il reçoit de l'énergie du contrôleur segmenté,
- gère les accumulateurs buffres lithium-ion (situés sous les murs du tunnel principal),
- gère des ensembles commutables d'enroulements reliés par des volants d'inertie et des supercondensateurs (installés dans des niches dédiées derrière les parois du tunnel).
Deux canaux indépendants du contrôleur segmenté vers chaque bloc kilométrique assurent la réservation.
Architecture des voies câblées
- Câbles principaux (niveau 0→1) : ils sont posés dans un tunnel technique de trois mètres (tunnel de service) parallèle au tunnel principal, à une distance de 3 m.
- Distribution le long du tracé : depuis chaque terminal, les câbles s'étendent sur 50 km dans les deux directions (100 km au total depuis le terminal), en chevauchant les zones desservies par les terminaux voisins. Ainsi, chaque segment est alimenté par au moins deux terminaux voisins, assurant une redondance de 100%.
- Entrée dans le tunnel principal: à chaque 1 km, les câbles sont retirés du tunnel technique principalement par les passages d'étanchéité et connectés au contrôleur de bloc kilométrique.
- Distribution à l'intérieur du bloc : après le contrôleur, l'alimentation est divisée en deux voies parallèles :
- Le tracé A: pour les batteries bufférantes lithium-ion (capacité ~0.5–1 GWh par bloc, pour le lissage des pics de seconde).
- Le tracé B: les assemblages de boucles qui sont transférés par les machoviques (accumulateurs inertiels) et les ionisteurs (supersondateurs) installés derrière les murs du tunnel.
Adaptation du taux de décharge des trois zones
Le profil de déploiement du navette est optimisé de sorte que la puissance de pointe pour un ensemble unique de roulements soit la plus élevée au début (où les impulsions ultra-courtes ne sont pas requises) et diminue à la fin de la piste. Cela permet d'utiliser différents types d'appareils de commutation dans différentes zones:
| La zone | Partie de route | Caractéristiques de la décharge | Technologie de stockage/commutation | La raison |
|---|---|---|---|---|
| Zone I (basse vitesse) | 0 – 200 à km | Secondes à millisecondes | Piles à ions lithium + inversors IGBT standard | La navette se déplace lentement ; le temps de parcours d'un kilomètre est >0.1 s. Le fonctionnement directement sur BESS sans tampon est possible. |
| Zone II (vitesse moyenne) | 200 – 1000 à km | Millisecondes à micrisecondes | Réservoir à tampon de lithium-ion + volants, inversors SiC | La navette accélère ; une commutation plus rapide est nécessaire, mais les volants d’inertie mécaniques restent utilisables. |
| Zone III (haute vitesse) | 1000 – 2000 à km | Pulsations de microseconde | Supercondensateurs (ionistors) + interrupteurs rapides à thyristors (GTO/IGCT) | Le temps de parcours d'un kilomètre tombe à 0.09 s. Seuls les supercondensateurs et les ionistors à réponse nanoseconde peuvent stabiliser l'impulsion. |
Il est important: Dans la zone III, l'énergie requise est inférieure par kilomètre à celle de la zone I (en raison de la réduction de l'accélération), ce qui réduit la charge sur les éléments, malgré les exigences plus élevées en matière de vitesse de rendement.
Réservation et résilience d'urgence
- Le double des contrôleurs: chaque contrôleur segmenté et kilométrique dispose d'un réservoir de chaleur (deux plateaux identiques avec alimentation indépendante).
- Les repas intermittents: Chaque bloc de kilomètre peut recevoir de l'énergie non seulement de son contrôleur segmenté, mais aussi de ses voisins (à travers les câbles de réserve dans le tunnel technique).
- Redondance locale des enroulements : chaque bloc kilométrique comporte trois ensembles d'enroulements indépendants, commutés à tour de rôle. Si l'un est endommagé, les deux autres continuent de fonctionner et assurent l'accélération avec une efficacité réduite, mais sans arrêt.
- Déconnexion d'urgence: En cas de surchauffe ou de fermeture courte, le contrôleur kilométrique coupe l'alimentation de son bloc et l'isole par des boucles intersectionnelles sans affecter les blocs voisins.
Réalisation matérielle et conclusions
| Un élément | Le lieu de placement | La fonction |
|---|---|---|
| Les accumulateurs primaires | À la surface (terminals) | Conservation de l'énergie à long terme (360 GW·h). |
| Les câbles de la route | Le tunnel technique (3 m) | Transfert d'énergie des terminaux aux segments réservés. |
| Les contrôles de segmentation | Niches dans le tunnel principal (à chaque 50 km) | Distribution de l'énergie par 10 kilomètres, synchronisation. |
| Les accumulateurs buffres au lithium-ion | Sous les murs du tunnel principal | Le réglage des pics de seconde dans les zones II. |
| Volants d’inertie | Derrière les parois du tunnel (Zone II) | Un buffer pour les impulsions de millisecondes. |
| Les ioniciers (supéracondensateurs) | Derrière les parois du tunnel (Zone III) | La stabilisation à microsecondes, la compensation des échecs. |
| Contrôleur local (kilomètre) | Dans les niches, chaque 1 km | Contrôle des roulements, surveillance de l'état, gestion des tampons. |
| Les roulements de l' accélérateur | Surface interne du tunnel | Créer un champ magnétique courant pour déployer le navette. |
Les avantages de l'architecture de l'alimentation en énergie
- Une répartition fluide de la charge. La puissance de pointe n'est pas requise simultanément sur toute la longueur du tunnel: au début des impulsions lentes, à la fin courtes, mais moins puissantes.
- Redondance à tous les niveaux. La défaillance d'un terminal, d'un contrôleur ou même d'un segment entier de 50-km n'arrête pas le système : les terminaux et segments voisins compensent le déficit d'énergie.
- La flexibilité de l'échelle. L'ajout de nouvelles lignes parallèles StarRoad ne nécessite pas de refonte du système énergétique il suffit de poser des câbles maîtres supplémentaires dans le tunnel technique existant.
- Optimisation des coûts. Les supercondensateurs et volants d'inertie coûteux ne sont utilisés que là où ils sont réellement nécessaires (dans les sections finales), tandis que des batteries lithium-ion moins coûteuses sont utilisées au début du tracé.