navette spatiale - astronomie.

navette spatiale - astronomie. 1 PRÉSENTATION navette spatiale, vaisseau spatial conçu pour transporter des hommes et du fret entre la Terre et l'orbite terrestre. 2 LA FLOTTE DES NAVETTES SPATIALES Dans les années 1970, la NASA (National Aeronautics and Space Administration) met au point la navette pour servir de vaisseau spatial et de fusée réutilisables. Cet objectif diffère nettement de ceux des programmes spatiaux précédents au cours desquels les lanceurs, comme les vaisseaux spatiaux, ne servaient qu'une seule fois. Après 10 ans de préparation, la première navette, Columbia, est lancée le 12 avril 1981. Le succès de Columbia incite la NASA à construire une flotte de navettes spatiales dans le but d'augmenter le rythme des missions : Challenger voit ainsi le jour en 1982, Discovery en 1984 et Atlantis en 1985. Une nouvelle navette, baptisée Endeavour, rejoint la flotte en 1991 pour remplacer Challenger, détruite en 1986. En 2003, c'est la doyenne des navettes, Columbia, qui explose lors de sa rentrée atmosphérique, portant à trois le nombre de navettes encore utilisables (Discovery, Atlantis, Endeavour). Cependant, de nouveaux projets sont en cours, aux États-Unis comme en Russie. En dépit de l'échec du premier programme de navette spatiale (la navette Buran) débuté en 1988 et interrompu en 1993, la Russie présente en 2004 un nouveau projet de navette spatiale habitée, baptisée Clipper, destinée à remplacer les vaisseaux Soïouz à l'horizon 2010. 3 OBJECTIFS DE LA NAVETTE SPATIALE Au début, la navette spatiale est utilisée pour mettre en orbite des satellites et des expériences scientifiques comme le Spacelab (un ensemble modulaire de kits d'expériences installés dans la soute de la navette), ainsi que pour mener à bien des missions militaires. Par la suite, le programme étant rôdé, la navette sert également à entretenir et à réparer des satellites en orbite, et à récupérer et rapporter sur Terre des objets spatiaux. La navette spatiale transporte dans l'espace toute une gamme d'équipements, qui forment sa « charge utile «, et qui vont des satellites militaires, astronomiques ou de communication à du matériel pour étudier la physiologie de l'homme dans l'espace, en passant par des kits d'expériences permettant d'étudier l'apesanteur apparente (appelée « microgravité «, pesanteur extrêmement faible à l'origine des images de spationautes flottant dans leur vaisseau spatial) expérimentée à bord d'une navette en vol. La NASA collabore fréquemment avec les agences spatiales d'autres pays en les autorisant à utiliser la navette pour des projets spécifiques. 4 ÉQUIPAGE ET PILOTAGE DE LA NAVETTE SPATIALE Lors de son lancement, la navette assume le rôle d'une fusée lancée verticalement. Elle pèse alors jusqu'à 2 000 t et délivre 3 000 t de poussée à l'aide de ses multiples systèmes de propulsion. Seule la partie « orbiteur « de la navette est mise en orbite et revient sur Terre en supportant la chaleur intense de la rentrée dans l'atmosphère. Lors de la dernière phase, l'équipage la pilote comme il le ferait d'un avion, et la navette se pose à l'horizontale sur une piste d'aéroport classique. L'équipe de vol est constituée par le commandant de bord secondé par le copilote ; ce sont tous deux des astronautes professionnels et des pilotes confirmés ayant subi un entraînement soutenu tant aux systèmes spatiaux qu'aux procédures à mettre en oeuvre. Leur principale responsabilité est de piloter la navette dans ses rôles de lanceur, de vaisseau spatial et enfin d'avion. Les autres membres de l'équipage, qui peuvent être au nombre de cinq, sont responsables des aspects annexes au vol de la navette, c'est-à-dire qu'ils ont la charge de respecter les objectifs spécifiques de la mission. Le spécialiste mission est l'astronaute principal qui doit s'assurer que la mission remplit tous les objectifs qui lui ont été fixés. Les spécialistes « charge utile « sont des experts dans le domaine précis de la mission en cours et des équipements qu'elle transporte, qui sont en général des kits d'expériences spatiales ou des satellites artificiels. Les spécialistes « charge utile « sont souvent des spationautes d'autres pays présents pour participer à un projet qui concerne directement leur pays. 5 LE VAISSEAU ET SES INFRASTRUCTURES DE SOUTIEN Le système de la navette spatiale, appelé Space Transportation System (STS), reste encore aujourd'hui la machine la plus complexe et la plus avancée technologiquement de la planète. Il est constitué de l'orbiteur et ses trois moteurs principaux, des systèmes de propulsion additionnels -- deux fusées à carburant solide --, et d'un réservoir de combustible extérieur. 5.1 L'orbiteur L'orbiteur est à la fois le cerveau et le coeur du STS, et c'est lui qui bénéficie des dernières avancées en matière de contrôle de vol, de protection thermique et de propulsion à combustible liquide. Il fait à peu près la taille et le poids d'un DC 9, un avion de ligne biréacteur relativement petit. Il comprend le compartiment pressurisé où se tient l'équipage -- qui peut atteindre sept personnes --, une énorme soute, et trois moteurs principaux montés à l'arrière. La cabine de l'équipage comporte trois niveaux : la passerelle de commande, le pont intermédiaire et la zone utilitaire. Au niveau supérieur se trouve la passerelle de commande, d'où le commandant de bord et le copilote contrôlent le vaisseau au moyen d'une multitude de boutons et d'instruments. Lors des lancements d'équipages de sept personnes, deux astronautes prennent position à ce niveau, derrière le commandant de bord et son copilote. Les trois autres membres d'équipage sont en position de lancement dans le pont intermédiaire, au niveau immédiatement inférieur. La cambuse, les toilettes, les dortoirs et les rangements des consommables et des kits d'expériences se trouvent sur le pont intermédiaire. C'est aussi là que se trouvent l'écoutille, située sur le flanc de l'appareil, qui permet à l'équipage de pénétrer dans la navette avant le lancement et de la quitter après l'atterrissage, ainsi que le sas qui permet de pénétrer dans la soute et, au-delà, de sortir dans l'espace. C'est dans ce sas que les astronautes endossent leur combinaison spatiale et leur unité de pilotage manuel (baptisé SAFER, « plus sûr «, cet appareil s'attache sur le dos de l'astronaute par-dessus sa combinaison spatiale et lui permet de se déplacer dans l'espace sans être attaché à la navette). Cet équipement est nécessaire à l'astronaute pour ses activités extra-véhiculaires. Sous le pont intermédiaire se trouve une zone utilitaire contenant les réservoirs d'air et d'eau. La soute de la navette peut s'adapter à toutes sortes de tâches. Longue de 18 m et large de 4,6 m, elle pourrait accueillir un car de touristes. On y transporte des satellites, des vaisseaux spatiaux et des laboratoires scientifiques pour le système modulaire Spacelab, que ce soit pour les mettre en orbite, ou au contraire pour les rapporter sur Terre. Elle sert aussi d'atelier aux astronautes qui y réparent des satellites et y montent des structures spatiales, et de « garage « pour les satellites à rapporter sur Terre. Sur le côté bâbord de la soute (côté gauche quand on regarde vers l'avant de la navette) est monté le bras-robot manipulateur (remote manipulator system, RMS), mis au point et financé par le Canada. Long d'environ 15 m, le RMS est constitué d'un bras et d'une main et est doté de trois articulations semblables à l'épaule, au coude et au poignet d'un homme. Deux caméras de télévision montées près de son coude et de son poignet permettent à un astronaute de le piloter à partir d'une console située à l'arrière de la passerelle de commande de l'orbiteur. Le RMS peut déplacer n'importe quoi, d'un astronaute à un satellite, soit à partir de la soute, soit vers celle-ci. Il a été utilisé lors de nombreuses missions pour positionner ou récupérer différents satellites scientifiques ou de communication. Des carreaux de céramique et des feuilles souples de matériau isolant constituant un système de protection thermique ( thermal protection system, TPS) tapissent le ventre, le dessous des ailes et d'autres surfaces de l'orbiteur soumises à une forte chaleur, et le protègent ainsi lors de sa rentrée dans l'atmosphère. Contrairement au matériau utilisé pour les précédents vaisseaux habités, qui brûlait et fondait par couches au cours de la rentrée dans l'atmosphère, comme cela était le cas pour les modules de commande Apollo (qui n'étaient jamais réutilisés), les carreaux en fibres de silicate isolant la navette sont conçus pour résister à 100 missions avant qu'il soit nécessaire de les remplacer. C'est à la main que sont posés un par un les quelque 24 000 carreaux tapissant les surfaces de l'orbiteur. Ces carreaux sont incroyablement légers : ils ont à peu près la densité du balsa. En outre, ils dissipent la chaleur si rapidement qu'un carreau chauffé à blanc dans un four à 1 260 °C peut être pris en main sans danger à peine sorti de ce dernier. 5.2 Les systèmes de propulsion Les deux fusées à carburant solide, avec leur poussée combinée de quelque 2 600 t, fournissent l'essentiel de la puissance pendant les deux premières minutes de vol. Elles propulsent la navette jusqu'à une altitude de 45 km et une vitesse de 4 973 km/h avant d'être larguées et de retomber dans l'océan, où elles seront récupérées, reconditionnées et préparées pour un autre vol. Après le largage des fusées à carburant solide, les trois moteurs principaux de la navette continuent à la propulser. Ces moteurs sont regroupés à l'arrière de l'orbiteur et délivrent conjointement une poussée de près de 540 t. Les moteurs à combustible liquide de la navette spatiale sont les premiers moteurs de fusée réutilisables au monde. Ils ne fonctionnent que pendant huit minutes à chaque vol, juste le temps de mettre la navette en orbite, et sont prévus pour servir 55 fois. Ces moteurs sont très grands : 4,20 m de long et 2,40 m de diamètre à la base des tuyères coniques situées à l'arrière de l'orbiteur. Dès que les moteurs principaux de la navette s'arrêtent, un autre système de propulsion prend le relais. Cela se produit alors que le vaisseau approche l'altitude à laquelle il va commencer à tourner autour de la Terre et qu'on appelle « point d'insertion en orbite «. Les deux moteurs du système orbital de manoeuvre ( orbital maneuvering system, OMS), montés de part et d'autre du fuselage à l'arrière, fournissent la poussée nécessaire aux principales modifications de trajectoire en orbite. Pour les manoeuvres en orbite exigeant plus de précision, on utilise 44 petits moteurs-fusées regroupés sur le nez de la navette et de part et d'autre de la dérive. Ils se sont avérés indispensables pour mener à bien les travaux essentiels que sont la récupération, le lancement et la réparation des satellites en orbite. 5.3 Le réservoir de combustible externe Le cylindre géant du réservoir de combustible externe, avec ses 47 m de haut et son diamètre de 8,40 m, est le plus gros élément de la navette spatiale. Il fournit le combustible aux trois moteurs principaux de l'orbiteur. Pendant le lancement, il sert aussi de support pour l'orbiteur et les fusées à carburant solide auxquels il est attaché. Dans ses réservoirs pressurisés séparés, le réservoir externe contient l'hydrogène liquide -- le carburant -- et l'oxygène liquide -- le comburant (qui réagit avec l'hydrogène pour produire la combustion) --, nécessaires aux trois moteurs principaux de la navette. Au cours du lancement, le réservoir externe fournit le combustible sous pression via des tuyaux qui se divisent en tuyaux plus petits alimentant directement les moteurs principaux. Chacun des moteurs principaux consomme alors quelque 450 kg de combustible par seconde. Fabriqué avec des alliages d'aluminium, le réservoir externe de la navette spatiale est le seul élément du lanceur à n'être pas réutilisé pour l'instant. Une fois ses 1,99 million de litres de combustible consommés au cours des premières 8 min 30 s de vol, le réservoir externe est abandonné par l'orbiteur et se brise dans la haute atmosphère, ses morceaux retombant en plusieurs endroits de l'océan. 6 LES PREMIÈRES MISSIONS Au cours des cinq premières années, tout se passe bien. Les premiers vols d'essai en orbite de l'orbiteur Columbia ont lieu en avril 1981, et le premier lancement de la deuxième navette, Challenger, en avril 1983. En novembre de la même année, Spacelab, qui abrite 71 expériences scientifiques mises au point par les États-Unis et des pays européens, est mis pour la première fois sur orbite par la navette. Puis ont lieu la première réparation d'un satellite en orbite (le satellite Solar Maximum) en avril 1984, la première récupération de satellites en orbite (Palapa et Westar) et leur retour sur Terre en novembre 1984, et le premier lancement d'un satellite par des astronautes dans l'espace (Syncon IV-3), après récupération et réparation en orbite du satellite Leasat, en août 1985. Mais, en janvier 1986, la navette Challenger explose et le programme est suspendu pendant près de trois ans pour procéder à des évaluations et à des modifications. 7 LA CATASTROPHE DE CHALLENGER Le 28 janvier 1986, peu après son lancement, Challenger explose et son équipage trouve la mort. C'est le dysfonctionnement d'un joint torique d'étanchéité de l'une des fusées à carburant solide qui est à l'origine de la perte de Challenger. Ces fusées sont constituées de quatre sections cylindriques qui doivent être parfaitement scellées ensemble pour éviter que les sous-produits brûlants de la combustion du carburant ne s'échappent pendant le lancement. Les joints toriques sont des anneaux de caoutchouc qui jouent un rôle essentiel dans l'étanchéité de l'ensemble. Le jour du lancement, le temps est froid, ce qui rend cassant le joint torique d'étanchéité qui scelle les deux segments inférieurs de la fusée de droite. C'est pour cette raison, combinée avec le fait que le joint est mal conçu, que des gaz brûlants s'échappent de la fusée. Les gaz et les flammes traversent alors l'élément métallique qui maintient la fusée en place. Lorsque cette dernière est larguée, elle perce le flanc du réservoir de combustible externe, conduisant ainsi l'hydrogène et l'oxygène liquides à se mélanger prématurément et à exploser. Dans les premiers jours de février 1986, alors que l'Amérique déplore la perte tragique des sept membres d'équipage de Challenger, le président Ronald Reagan annonce la constitution d'une commission présidentielle d'examen des causes de l'accident de la navette spatiale Challenger. Présidée par William P. Rogers, ancien secrétaire d'État (ministre des Affaires étrangères), cette commission est connue sous le nom de commission Rogers. Pour l'aider dans sa tâche, la NASA crée un groupe de travail pour l'analyse des données et de la conception de Challenger. Plus de 6 000 personnes participent à l'enquête de la commission, qui dure quatre mois, et quelque 15 000 pages de retranscription sont saisies au cours des séances, tant publiques qu'à huis clos. Le rapport de la commission est publié et remis au président le 6 juin 1986. Elle recommande des modifications de matériel et de certaines procédures de la NASA. Au cours de la période de repos forcé de la flotte de navettes, on effectue sur le système de la navette des centaines de modifications, tant majeures que mineures, et dont beaucoup ont été prévues avant l'accident. Les fusées à carburant solide sont complètement redessinées, et la nouvelle version du joint incriminé est soigneusement mise à l'épreuve. Les moteurs principaux de la navette spatiale sont soumis au programme d'essai le plus sévère de leur histoire, équivalant en temps d'opération à plus de 36 missions. Toutes les améliorations apportées sont certifiées pour confirmer une fiabilité et des marges de sécurité accrues, puis elles sont intégrées aux moteurs utilisés par les orbiteurs Discovery, Columbia, Atlantis et Endeavour. À la suite d'une autre recommandation de la commission Rogers, les programmes de sécurité de la NASA sont complètement réorganisés. En 1986, la NASA crée le bureau de la Sécurité, de la Fiabilité, de la Maintenabilité (facilités de maintenance) et de l'Assurance-qualité, qui a désormais autorité directe sur la sécurité et les contrôles de qualité associés pour toutes les opérations de la NASA. Aujourd'hui, le personnel se consacrant à la sécurité et aux programmes associés est plus nombreux, la communication a été améliorée et le système de vérification de conformité aux nouvelles procédures est rigoureux et bien défini. Le nouveau bureau de la Sécurité s'assure que les échelons supérieurs de l'équipe de direction de la NASA sont bien conscients des problèmes de sécurité. 8 LES GRANDES MISSIONS DE LA FIN DU XXE SIÈCLE Depuis l'accident de Challenger en 1986, les navettes spatiales ont accompli plus de 50 missions sans problème sérieux. Les plus marquantes sont les missions scientifiques qui ont lancé les vaisseaux d'exploration spatiale suivants : Magellan (en mai 1989), sonde conçue pour effectuer la cartographie radar de Vénus ; Galileo (en octobre 1989), vaisseau inhabité qui a atteint Jupiter en décembre 1995 ; Ulysses (en octobre 1990), sonde conçue pour étudier le Soleil ; et le télescope spatial Hubble (avril 1990), télescope très puissant conçu pour effectuer des observations astronomiques depuis l'espace, loin des interférences provoquées par l'atmosphère terrestre. En décembre 1993, l'équipage de la navette mène à bien la première mission de maintenance du télescope Hubble en corrigeant son optique et en améliorant ses systèmes électroniques. En juillet 1995, la navette Atlantis s'amarre à la station spatiale russe Mir. Cette mission constitue la première d'une série de sept rendez-vous planifiés entre 1995 et 1997. Ces vols préfigurent ceux qui serviront à l'assemblage de la Station spatiale internationale dont la construction débute le 20 novembre 1998. Le premier amarrage avec Mir est l'un des événements les plus importants de l'histoire spatiale depuis le rendez-vous hautement symbolique des vaisseaux Apollo et Soïouz vingt ans plus tôt. Il représente l'entrée dans un nouvel âge de la coopération dans l'espace, au cours duquel l'exploration de l'Univers devra être prise en compte plus en termes de coopération internationale que de compétition internationale. Après la célébration suivant le rendez-vous et l'amarrage d'Atlantis à Mir, les deux groupes de spationautes entament plusieurs jours de recherches scientifiques conjointes dans le module Spacelab arrimé dans l'imposante soute d'Atlantis. Cette mission de juillet 1995 voit également l'achèvement de recherches commencées préalablement sur Mir et qui concernent sept disciplines médicales et scientifiques différentes. Toutes ces expériences bénéficient de l'environnement unique de microgravité régnant à bord du vaisseau. Les scientifiques espèrent approfondir les connaissances sur les changements physiologiques causés par le vol spatial. Les données recueillies lors de ces expériences pourraient aussi faire progresser la compréhension de maladies comme l'anémie, l'hypertension artérielle, l'ostéoporose, les calculs rénaux, les dérèglements de l'équilibre et les déficiences immunitaires, qui sont fréquentes sur Terre. En mars 1996, Atlantis, qui emporte 860 kg de fournitures destinées à la station spatiale, s'amarre à nouveau à Mir. En repartant, elle laisse à bord de Mir une astronaute américaine, Shannon Lucid, pour un séjour de cinq mois. Des retards dus à des problèmes rencontrés avec Atlantis obligent celle-ci à y demeurer 188 jours, ce qui constitue un nouveau record pour le séjour d'un Américain dans l'espace. Cinq autres astronautes américains fréquentent la station Mir pour des séjours prolongés avant que les missions navette / Mir s'achèvent en 1998, et que les États-Unis et la Russie concentrent leur effort sur le développement de la Station spatiale internationale (ISS). Cette même année s'achèvent les missions Spacelab, l'espoir étant désormais placé dans l'ISS qui comportera plusieurs laboratoires à usage permanent. Ainsi, les missions de la navette spatiale sont désormais principalement consacrées à la construction de l'ISS. 9 LA CATASTROPHE DE COLUMBIA Le 1er février 2003, soit environ 17 ans après l'explosion de Challenger, la navette spatiale Columbia -- la plus ancienne des navettes -- explose dans le ciel lors de sa rentrée dans l'atmosphère terrestre, entraînant la mort des sept membres de l'équipage (six Américains et un Israélien, qui effectuait son premier vol dans l'espace). Un panneau de mousse isolante d'environ 50 cm et pesant approximativement 1 kg, qui s'est détaché du réservoir externe utilisé pour le décollage et qui a heurté l'aile gauche de la navette, est à l'origine de l'accident. Cet endommagement entraîne une perte de stabilité de la navette lors de sa rentrée dans l'atmosphère. À la suite de cette catastrophe, les vols de navettes sont suspendus, retardant ainsi la suite des opérations d'assemblage de la Station spatiale internationale (ISS) et compromettant l'avenir des vols habités dont l'utilité est remise en question. 10 LE RETOUR DANS L'ESPACE Le retour dans l'espace de la navette spatiale est marqué par une succession d'incidents techniques. Initialement prévu le 13 juillet 2005, le lancement de la navette spatiale Discovery est tout d'abord reporté en raison du dysfonctionnement de l'un des quatre capteurs de la jauge du réservoir externe d'hydrogène liquide. Le problème résolu, le retour en vol des navettes -- crucial pour l'avenir du programme spatial américain -- a finalement lieu le 26 juillet : Discovery décolle du centre spatial de cap Canaveral, avec sept astronautes à son bord. La mission, dirigée par le commandant de bord Eileen Collins (première femme à commander une navette spatiale), comporte deux objectifs principaux : évaluer les modifications apportées à la navette pour améliorer sa sécurité et ravitailler l'ISS. Mais, lors de son lancement, la navette perd plusieurs morceaux isolants du réservoir externe, ravivant le spectre du crash de Columbia. Toutefois, les dégâts occasionnés par la chute de ces débris sur le bouclier de tuiles de la navette sont réparés par deux astronautes de l'équipage lors d'une sortie dans l'espace. Enfin, au terme d'un voyage de 14 jours et 9 millions de kilomètres dans l'espace, la navette Discovery se pose sur la base aérienne d'Edwards en Californie. Cependant, si tous les objectifs de la mission ont été remplis, la NASA décide de suspendre ses vols le temps de trouver une solution pour empêcher le décollement du matériau isolant du réservoir externe. Le 4 juillet 2006, après deux reports successifs, la navette spatiale Discovery décolle du centre spatial de cap Canaveral dans un climat très tendu : le problème ayant causé l'explosion de la navette Columbia n'est toujours pas résolu. Mais en ce jour de fête nationale, l'administrateur de la NASA Michael Griffin a décidé de passer outre les avis du responsable de la sécurité des vols et de l'ingénieur en chef de la NASA qui préconisaient un nouveau report. Le succès du lancement (perte minime de mousse isolante) et de la mission toute entière (arrimage à l'ISS pour y déposer le spationaute allemand Thomas Reiter ; réalisation de trois sorties dans l'espace, notamment pour réparer une pièce essentielle à la poursuite des travaux d'assemblage de la Station ; ravitaillement de l'ISS) marque le retour des vols réguliers des navettes, indispensables pour achever la construction de l'ISS. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.