Science de la navigation spatiale, l'astronautique est l'ensemble des moyens qui permettent de faire voyager dans l'espace des matériels et des hommes.

Science de la navigation spatiale, l'astronautique est l'ensemble des moyens qui permettent de faire voyager dans l'espace des matériels et des hommes. Placés en orbite autour de la Terre ou d'un autre corps céleste, ou lancés à travers le système solaire, satellites et sondes spatiales observent notre planète ainsi que l'Univers, transmettent nos voix et nos images, permettent enfin à l'humanité d'entreprendre la conquête de l'espace. Le rêve de voyager dans l'espace n'a réellement pris corps que lorsqu'on s'est aperçu que la fusée était le seul moyen d'atteindre l'altitude et la vitesse nécessaires. Ainsi, c'est vers 1900 que le Russe Konstantine Tsiolkovski dégagea les premières ébauches de projets spatiaux. Son travail fut poursuivi à partir des années dix en Allemagne par Hermann Oberth, aux ÉtatsUnis par Robert Hutchings Goddard et en France par Robert Esnault-Pelterie. La Seconde Guerre mondiale fut l'occasion de donner à ces recherches un appui décisif : les premières fusées A4 (la future arme à longue portée V2) conçues par Wernher von Braun atteignaient une altitude de 200 km. Les recherches spatiales proprement dites commencèrent en 1945, parallèlement à la mise au point de missiles balistiques, avec le lancement par les Américains des premières fusées-sondes de recherche. L'URSS accomplit de son côté un énorme effort sous l'impulsion de Korolev. En 1955, la Zemiorka à deux étages réussit ses premiers essais. C'est elle qui permit de lancer, le 4 octobre 1957, le premier satellite artificiel de l'histoire, Spoutnik 1. Aux États-Unis, la course à l'espace ne débuta officiellement qu'en 1955 : différents types de fusées furent développés avant que fût placé en orbite le satellite Explorer 1, le 31 janvier 1958. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Braun (Wernher von) Esnault-Pelterie Robert espace - 2.ASTRONAUTIQUE Explorer 1 Goddard Robert Hutchings Korolev Sergueï Pavlovitch missile Oberth Hermann Spoutnik Tsiolkovski Konstantine Edouardovitch Zemiorka L'art de la navigation spatiale Le mouvement orbital. Le principe de la satellisation fut formulé par Newton au XVIIIe siècle. Si on lance horizontalement un projectile du haut d'une montagne, il retombe d'autant plus loin que sa vitesse de lancement est plus grande. On peut imaginer que, si sa vitesse est suffisamment grande, il fera même le tour de la Terre et reviendra à son point de départ : il sera satellisé et fera un nouveau tour de Terre. Dans la réalité, cela n'est pas possible à cause du frottement de l'air qui freine l'objet. Les satellites ne peuvent tourner longtemps que s'ils sont portés très haut au-dessus de l'atmosphère en même temps qu'on leur donne une vitesse horizontale. C'est le rôle du lanceur que de porter l'objet à satelliser au « point d'injection sur orbite « à l'altitude choisie, et de lui communiquer la bonne vitesse (en grandeur et en direction) pour qu'il adopte un mouvement orbital. La dimension et la forme plus ou moins elliptique de l'orbite parcourue par un satellite artificiel dépendent totalement de la vitesse de satellisation, et non pas de la masse de l'objet. Elles découlent des lois de Kepler. Par exemple, pour un satellite lancé à 200 km d'altitude, une vitesse horizontale de 8 km/s environ le mettra sur une orbite circulaire autour de la Terre. La navigation d'une sonde interplanétaire s'effectue sur une trajectoire calculée à partir des lois de la gravitation (attraction du Soleil, des planètes, de leurs satellites). Après une mise en orbite terrestre, la sonde est accélérée pour échapper à la Terre et pour suivre une courbe qui l'amène au voisinage de la planète à visiter. Là, sous l'attraction de l'astre, sa course s'accélère et s'infléchit. Si l'on soumet alors l'engin à une impulsion de freinage correcte, on peut soit le placer en orbite, soit lui faire atteindre le sol de la planète. Dans d'autres cas (par exemple les sondes Voyager), on utilise l'attraction de la planète pour accélérer la sonde et modifier sa trajectoire, et l'envoyer ainsi poursuivre sa mission plus loin et dans une nouvelle direction. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Kepler Johannes Newton (Isaac) orbite sonde spatiale Voyager La mise sur orbite. Toute la science de l'astronautique revient à l'art d'accomplir une double performance : un lancement réussi d'une part, un fonctionnement sans faille du satellite ou de la sonde d'autre part. L'ensemble lanceur et satellite n'a pas droit à l'erreur. Le lancement lui-même ne dure qu'une quinzaine de minutes, pendant lesquelles le véhicule, dont la masse au décollage peut atteindre plusieurs milliers de tonnes, passe de l'immobilité à une vitesse horaire de 30 000 km environ. Par ailleurs, une fois lancé, et pendant les années que peut durer sa mission, le satellite doit fonctionner dans les conditions très particulières de l'espace (vide poussé, chocs thermiques, rayonnements), les opérations de dépannage étant impossibles ou extrêmement limitées. Afin d'atteindre l'altitude et la vitesse requises, les lanceurs doivent être constitués de plusieurs étages, actionnés les uns après les autres, chacun emportant sa propre unité de propulsion : moteurs-fusées et ergols d'alimentation. Le lancement s'effectue depuis un centre spatial, tels Cape Canaveral (Kennedy Space Center, ÉtatsUnis), Baïkonour (République du Kazakhstan), Kourou (Guyane, France), dont le choix doit répondre à des impératifs précis. Dans les lanceurs conventionnels, telle Ariane, rien n'est récupéré. La technique est relativement simple et surtout très éprouvée. Le coût des lancements est bien maîtrisé et les risques sont limités. Il existe une tout autre catégorie de vaisseaux spatiaux, dont une partie est récupérée après chaque lancement : dans la navette spatiale américaine, par exemple, seul le réservoir alimentant les moteurs de l'avion spatial est consommé : cette solution, conçue pour disposer d'un lanceur adaptable à différentes missions et en partie récupérable, s'est révélée complexe et coûteuse. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Ariane Baïkonour (cosmodrome de) Bourane Canaveral (Cape) centre spatial coiffe - 2.ASTRONAUTIQUE ergol fusée Hermès Kourou navette spatiale orbite Les médias astronautique - mise en orbite d'un satellite Les livres lanceurs - décollage de la navette américaine Discovery,, page 2786, volume 5 lanceurs - mise en orbite d'un satellite par la navette américaine Discovery, page 2786, volume 5 lanceurs soviétiques, lanceur européen, page 2788, volume 5 lanceurs - ensemble de lancement ELA 2 de Kourou, page 2789, volume 5 lanceurs - le lanceur soviétique Energia, page 2789, volume 5 Manoeuvrer le satellite. Quelle que soit sa mission (communication, observation de la Terre et des astres, météorologie, espionnage, etc.), le satellite est à tout moment en relation avec plusieurs réseaux terrestres (et parfois avec d'autres satellites). Certains réseaux le suivent et lui envoient des ordres afin qu'il navigue comme l'exige sa mission. Soumis à différentes forces qui perturbent son mouvement, il tend en effet à quitter l'orbite qui lui a été assignée. Il est replacé régulièrement sur cette orbite par la mise en marche des moteurs fixés à sa plate-forme. D'autres réseaux recueillent les informations qu'il capte ou lui adressent les informations à retransmettre. L'opération de rencontre et d'arrimage de deux objets dans l'espace (le « rendezvous spatial «) n'a rien à voir avec celle qui permet à un véhicule sur une route d'en rattraper un autre. En admettant que les deux vaisseaux soient sur la même orbite, on ne peut se contenter d'accélérer ou de ralentir l'un d'eux, car toute modification de vitesse se traduit par un changement d'orbite selon les lois de Kepler. Le rendez-vous ne peut donc avoir lieu qu'en jouant sur des opérations de correction de vitesse et de rattrapage d'altitude extrêmement délicates. L'atterrissage d'un objet spatial nécessite un freinage qui peut s'effectuer de deux manières. La première utilise la poussée de fusées dont le flux est dirigé en sens inverse du mouvement : c'est le procédé employé, par exemple, pour un alunissage. La seconde utilise le frottement avec l'atmosphère : cette opération délicate nécessite un contrôle parfait de la trajectoire, un fort échauffement pouvant provoquer la combustion de l'engin. On réduit cet échauffement soit par un glissage en vol plané sur des orbites soigneusement calculées (c'est la technique de retour des « avions spatiaux «, telles les navettes américaines ou soviétiques), soit par un bouclier thermique constitué de couches de matière spéciale qui se vaporise et protège l'intérieur de l'habitacle, puis par un parachutage en fin de course (c'est la technique des vols Soyouz ou Apollo). Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Apollo Kepler Johannes navette spatiale observation (satellite d') orbite S oyouz Complétez votre recherche en consultant : Les médias centre spatial - le centre de Kourou Les livres astronautique volume 1 astronautique astronautique astronautique - assemblage des éléments du lanceur Ariane 4, page 418, - lancement d'Ariane 1, page 418, volume 1 - Spoutnik 1, page 419, volume 1 - Spoutnik 2, page 419, volume 1 astronautique - Pioneer, page 419, volume 1 astronautique - missile V2, page 419, volume 1 astronautique - l'orbiteur (« l'avion «) de la navette spatiale américaine, page 423, volume 1 astronautique - transport de la navette Discovery, page 423, volume 1 astronautique - satellites, page 424, volume 1 L'homme dans l'espace Un symbole ou une nécessité ? La présence de l'homme dans l'espace a une double valeur : symbolique (l'espace devient le territoire de l'homme) et pratique (l'homme peut effectuer des opérations que la machine ne sait pas bien faire). Si le premier aspect échappe en bonne partie à la raison, le second est discutable et discuté. Le transport de spationautes complique considérablement les vaisseaux de l'espace : contraintes de sécurité accrues, volume de vie important et complexe, masse plus importante. La question des vols habités a été l'enjeu d'une vive compétition entre les États-Unis et l'URSS pendant les années cinquante et soixante. Moins de trois ans et demi après le premier Spoutnik, l'URSS satellisait (pour un tour de Terre) le premier cosmonaute de l'histoire, Iuri Gagarine, en 1961, puis accumulait les premières et les records. Les Américains, malgré leurs succès, restaient toujours en arrière de l'avancée soviétique. C'est la décision, extrêmement osée, de lancer le programme Apollo de conquête de la Lune et sa réussite qui devaient placer, pour des années, les États-Unis au rang de première puissance spatiale aux yeux de l'opinion publique mondiale. Curieusement, les exploits réguliers de l'URSS, sa présence permanente dans l'espace n'ont pas eu le même retentissement. Les chiffres sont pourtant éloquents. Fin 1990, les États-Unis atteignaient cinq ans et demi de présence cumulée de spationautes, les Soviétiques, vingt ans. Mais les uns ont débarqué sur la Lune, à 400 000 km de la Terre, les autres ont séjourné dans la banlieue terrestre, à quelques centaines de kilomètres. Depuis 1986, la permanence de la présence russe dans l'espace à travers l'occupation de la seule station spatiale MIR a beaucoup contribué au renom de la Russie en matière spatiale. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Apollo Gagarine Iuri Alekseïevitch spationaute Spoutnik URSS - Histoire - Un « dégel « prudent Les livres lanceurs américains, page 2787, volume 5 Le rôle du spationaute. Simple voyageur à ses débuts, le spationaute est passé à des fonctions de plus en plus actives et spécialisées. Même si la quasi-totalité des opérations de pilotage sont automatisées, il n'en reste pas moins que bon nombre d'entre elles peuvent être prises en main par des hommes longuement préparés à faire face à des imprévus. L'essentiel du temps passé dans l'espace est consacré à de très nombreuses tâches de mise en route, de conduite et d'observation d'expériences embarquées : observation de la Terre et des astres, effets de la microgravité sur des plantes ou des animaux, comportement des spationautes eux-mêmes, physique des matériaux, prépa ration et purification de composés chimiques, etc. Restent ces opérations spectaculaires mais beaucoup plus rares : les sorties en apesanteur pour des réparations ou des échanges d'appareillages, le déploiement et le montage de structures de complément ou expérimentales, la récupération de satellites, etc., et les missions très spécifiques d'exploration du sol lunaire. Bien que rendues moins éprouvantes par les « scooters de l'espace « du type MMU, les sorties en scaphandre hors cabine ont été limitées à quelques heures et pour des opérations tout à fait spécifiques. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats apesanteur microgravité MMU (Manned Maneuvering Unit) scaphandre spationaute Les surprises de l'apesanteur. La vie s'est développée sur Terre durant des milliards d'années sous la contrainte de la pesanteur à laquelle tous les organismes ont dû s'adapter. On pouvait se demander comment réagiraient les êtres vivants, et en particulier les hommes, à une situation prolongée d'apesanteur. Les premiers animaux satellisés ont confirmé que les vols humains étaient possibles, mais les perturbations détectées chez les spationautes ont conduit à entreprendre une étude systématique de la vie en apesanteur et à expérimenter des séjours de plus en plus longs. Le plus spectaculaire des effets de l'apesanteur est cette capacité à flotter en permanence dans l'espace défini par les parois du vaisseau spatial. Le spationaute est privé de ce repère principal qu'est la direction de la chute du corps et des objets ; il n'y a plus pour lui de haut et de bas, de sol et de plafond, ni de surface où poser quoi que ce soit, d'attitude préférentielle pour manger ou exécuter un mouvement. Plus rien ne semble avoir de poids, tout flotte donc, et tout doit en conséquence être accroché. À cela s'ajoutent des phénomènes inconnus sur Terre : les liquides ne se versent pas, mais se mettent en boule et peuvent se disperser partout ; les poudres ne tombent pas et sont rapidement dispersées ; ces produits sont alors irrécupérables et dangereux pour les instruments. Durant les tout premiers jours dans l'espace, la moitié des spationautes sont affectés de vertiges et de nausées tout à fait semblables au mal de mer, qui handicapent plus ou moins gravement leurs capacités. Il est probable que l'origine de ces troubles se trouve dans le conflit qui oppose des informations recueillies sur la situation du corps dans l'espace par différentes sortes de capteurs. La pesanteur n'attirant plus le sang vers les membres inférieurs, la répartition de celui-ci se modifie : le haut du corps reçoit trop de sang, le visage gonfle, les yeux rougissent. L'organisme interprète ces modifications comme un excès de production des liquides ; par conséquent, l'élimination par les urines augmente, les spationautes n'ont pas soif, et la quantité de sang diminue. Devenue moins utile, la charpente du corps s'affaiblit : les os se décalcifient rapidement, l'espace entre les vertèbres s'allonge (les spationautes grandissent en apesanteur) et les muscles des jambes, qui ne sont plus sollicités, s'atrophient. Tous ces phénomènes demandent à être combattus dans l'espace (régime alimentaire, exercices physiques, port de combinaisons spéciales, médication) et nécessitent une rééducation après le retour sur Terre. Hormis l'apesanteur, certaines contraintes caractérisent le voyage spatial : les fortes accélérations au cours du lancement (une fois et demie l'accélération de la pesanteur) et surtout les décélérations lors du retour sur Terre, qui peuvent atteindre 5 g ( g signifiant l'accélération de la pesanteur sur la Terre ; un homme de 80 kg en pèse alors 400 !). Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats apesanteur microgravité spationaute La vie du spationaute. La machine humaine exige que soient reconstituées les conditions normales de vie : cabine ou scaphandre spatial alimentés en air à pression suffisante et de composition normale (azote, oxygène et vapeur d'eau), donc sans cesse renouvelé et épuré ; température maintenue à 20 o C ; éclairage suffisant ; bruit des appareillages limité. L'alimentation est très sérieusement contrôlée : Américains et Soviétiques ont des menus différents, mais toujours caractérisés par une grande variété de mets préparés en conserve ou lyophilisés, respectant un régime équilibré et suffisamment calorique. Le sommeil ne nécessite pas de lit : les spationautes peuvent dormir dans n'importe quelle position. Des opérations élémentaires d'hygiène sont rendues difficiles par le comportement des liquides, donc de l'eau, en apesanteur. Les hommes de l'espace se lavent avec des serviettes imprégnées d'eau. Les douches sont peu commodes. Les WC sont des systèmes à aspiration qui collectent urines et fèces pour les évacuer hors de la cabine par un sas. Le séjour à plusieurs dans un espace très petit exige que l'on fasse très attention aux conditions psychologiques. L'aménagement de la cabine doit en tenir compte : confort, possibilité de s'isoler... La couleur des parois, la distinction claire d'un sol et d'un plafond aident à se repérer dans l'espace. Le contact avec la Terre est permanent. Bien que, dans un vol en orbite basse, l'alternance jour/nuit soit rapide (16 fois par 24 heures à 300 km d'altitude), le rythme des activités est fondé sur une journée de vingt-quatre heures. Il équilibre les périodes de travail (un tiers), le temps consacré aux exercices physiques, aux loisirs et aux liaisons avec les familles et les amis (un tiers), le temps consacré au sommeil (un tiers). Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats scaphandre spationaute Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats Gemini Les médias astronautique - l'espace habité astronautique - vols habités Les livres Gemini, page 2132, volume 4 Mir - la station spatiale russe, page 3218, volume 6 navette spatiale, page 3390, volume 6 astronautique - piéton de l'espace, page 420, volume 1 astronautique - capsule Mercury, page 420, volume 1 astronautique - sortie dans l'espace, page 420, volume 1 astronautique - Iuri Gagarine, page 421, volume 1 astronautique - les premiers pas d'Armstrong sur la Lune, page 421, volume 1 astronautique - dixième vol de la navette spatiale américaine, page 421, volume 1 astronautique - la cosmonaute soviétique Svetlana Savitskaïa, page 422, volume 1 astronautique - séance d'entraînement en piscine, page 422, volume 1 astronautique - amerrissage de la capsule d'Apollo 15, page 422, volume 1 astronautique - douche des cosmonautes soviétiques en apesanteur, page 422, volume 1 URSS - Valentina Terechkova, la première femme astronaute, page 5389, volume 10 Mir - l'équipage de la station en 1997, page 3218, volume 6 Le devenir de l'astronautique Les applications civiles sont devenues rentables. Les débuts de la course à l'espace ont été marqués, en dehors de la recherche de la suprématie militaire, par une démonstration de prestige national. Plusieurs dizaines d'années plus tard, si cette volonté reste sensible dans certains programmes spaciaux, elle s'est doublée d'une recherche de prise de bénéfices sur un marché qui a explosé avec le développement d'applications civiles devenues rentables. La capacité de réaliser des satellites et de les lancer avec ses propres fusées ne constitue plus seulement une sorte de preuve d'indépendance mais une nécessité dans le développement d'un pays. Après une longue période où seuls les État-Unis et l'URSS étaient présents de manière significative, puis où l'Europe a pris une part importante du marché des lancements et réalisé ses propres satellites, d'autre pays (Chine, Japon, Inde) ont développé des lanceurs qui vont rendre la concurrence de plus en plus serré. Enfin un très grand nombre d'États participent à des programmes internationaux. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats SPOT (Système probatoire d'observation de la Terre) Le futur. L'avenir de l'astronautique se dessine suivant plusieurs voies. La première est une consolidation des savoir-faire pour les améliorer et les rentabiliser à travers des applications (communication, observation de la Terre...) qui sont devenues courantes. Ceci se traduit par la conception de gammes de satellites étroitement adaptés à leur mission, profitant des progrès en micromécanique et microélectronique, à la durée de vie augmentée. À côté des satellites lourds (quelques tonnes) et des minisatellites (100 kg à 1 t) que l'on connaît, vont apparaître les microsatellites (10 kg à 100 kg) et les nanosatellites (inférieurs à 10 kg). Cette recherche se prolonge jusque dans l'étude de lanceurs de conception nouvelle, plus économiques parce que plus adaptables, à la fiabilité très élevées et à grande cadence de tir. Par ailleurs, le développement de la présence de l'homme dans l'espace n'est possible que par la conception de véhicules récupérables nouveaus dont l'étude est déjà largement en chantier. La seconde voie de développement de l'astronautique sera la mise en place de la Station spatiale internationale (ISS), habitée en permanence par six spationautes. C'est la grande affaire du tournant du IIIe millénaire à laquelle participeront, dans un premier temps, les ÉtatsUnis, la Russie, le Japon, le Canada et l'Europe. C'est un énorme savoir-faire technique qui va se concrétiser, avec l'espoir d'acquérir une compétence pour l'étape suivante : la reprise des vols habités lointains. Car cette ambition reste au fond des esprits. Elle est actuellement préparée par un travai de fond sur la connaissance de la Lune et de Mars, objectifs des conquêtes et reconquêtes du XXIe siècle, et sur l'approfondissement de la recherche sur le comportement de l'homme en apesanteur. Cette attention portée à nos proches voisines n'empêchera pas de développer notre connaissance des objets lointains du Système solaire et de l'Univers en général en utilisant toutes les ressources que nous offre la conquête de l'Espace. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats colonie spatiale station orbitale Complétez votre recherche en consultant : Les livres NASA (National Aeronautics and Space Administration), page 3379, volume 6 astronautique - Telstar, page 424, volume 1 astronautique - Hipparcos, page 424, volume 1 astronautique - mise à poste d'un satellite, page 424, volume 1 astronautique - Soyouz, page 424, volume 1 astronautique - Saliout, page 424, volume 1 Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats lanceurs satellites Les indications bibliographiques P. de La Cotardière et P. de Penot, Dictionnaire de l'espace, Larousse, Paris, 1995. P. Sparaco, l'Industrie aérospatiale française, PUF, « Que sais-je? «, Paris, 1996.