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LA CONQUÊTE SPATIALE

Rubrique introduite en février 2008, revue sept 2011

I TOUT COMMENCE AVEC SPOUTNIK

II COMPETITION AUTOUR DE LA TERRE ET DE LA LUNE

III LA RECONNAISSANCE DES PLANETES ET DU SOLEIL

IV LES APPLICATIONS SCIENTIFIQUES ET DE LA VIE COURANTE

V L'ETUDE DES COMETES

VI LA LUNE REVIENT SUR LE DEVANT DE LA SCENE

VII LA RECHERCHE DES EXOPLANETES

VIII ETUDE DES GEOCROISEURS, DANGER DES DEBRIS

Avertissement : L'auteur n'a pas la prétention de vous raconter toutes les péripéties ou anecdotes qui jalonnent la conquête de l'espace par l'homme. De nombreux ouvrages, revues scientifiques ou sites de vulgarisation vous apporteront tous les détails de telle ou telle mission. En ce qui concerne les photos prises lors des missions, les dessins d'architecture des lanceurs, satellites, modules lunaires...., je vous renverrai par des liens vers les sites abondamment documentés.

Je me limite à ce qui me semble marquant, en insistant notamment sur les missions qui ont été reprises comme des exemples concrets dans ce site, sous forme d'exercices, problèmes ou bureaux d'études.

NB : Avant de vous lancer, voici les missions qui ont été recalculées( au mieux en tenant compte des données connues et de quelques simplifications)

I TOUT COMMENCE AVEC SPOUTNIK :

Le 4 octobre 1957, inoubliable pour moi, notre professeur de géographie interrompit son cours pour nous faire écouter le premier bip-bip d'un engin lancé par l'homme en orbite autour de la Terre. Personne aujourd'hui ne peut imaginer l'impact d'un tel événement sur notre imagination. Ce n'est qu'après que j'ai compris que ce jour là l'homme a commencé à regarder la terre d'une autre manière, notre vie aussi en a été bouleversée.

Spoutnik 1 était une sphère de 58 cm de diamètre, pesant 83,6 kg, satellisé sur une orbite elliptique à une altitude comprise entre 230 et 950 km, qui tournait autour de la Terre en environ 98 minutes. Il se désintégra dans l'atmosphère le 4 janvier 1958.

L'initiateur et concepteur de cette mission est l'ingénieur KOROLEV, un spécialiste de la propulsion et des engins militaires, surtout pendant la guerre froide. Son parcours est des plus intéressants entre science et politique, de la prison d'état au centre de recherches richement doté.

Soulignons que cet exploit soviétique avait semé la panique chez les Américains et déclenché une course à la conquête de la Lune que les USA ont finit par gagner. Notes sur le programme soviétique.

II COMPETITION AUTOUR DE LA TERRE ET DE LA LUNE :

Bien évidemment, c'est notre terre qui a été le premier terrain de jeu des scientifiques et de l'industrie spatiale mondiale. Russes et américains se sont livrés à une farouche compétition pour être les premiers à réaliser tel ou tel progrès dans l'exploration spatiale :

NB : Pour l'homme dans l'espace, les russes parlent de cosmonaute, les USA d'astronaute, les français de spationaute.

Date	Pays	Première réalisation	Mission et cosmonautes
4 octobre 1957	URSS	Satellite autour de la Terre	Spoutnik, suivi d'EXPLORER 1 le 1/2/1958
3 novembre 1957	URSS	Animal dans l'espace	La chienne LAÏKA
26 juillet 1958	USA	Expérience circumterrestre	Explorer 4 étudie la ceinture de Van Allen
2 janvier 1959	URSS	Premier survol de la Lune	Luna 1
12 septembre 1959	URSS	Sonde à impacter la lune	Luna 2
4 octobre 1959	URSS	Images de la face cachée de la Lune	Luna 3
11 août 1960	USA	Récupération d'une capsule	Discoverer 13
19 aoôut 1960	URSS	Récupération d'être vivants	Spoutnik 5 et 2 chiennes
4 octobre 1960	USA	Système de communication	Courier 1-B
12 avril 1961	URSS	Vol habité	Youri Gagarine dans Vostok 1
20 février 1962	USA	Premier vol orbital	John Glenn dans Mercury 6
12 août 1962	URSS	Rendez-vous spatial entre 2 vaisseaux	Vostok 4
26 juillet 1963	USA	Satellite géostationnaire	Syncom 2
21 août 1965	USA	Séjour long en orbite d'un équipage	Gemini 5
15 décembre	USA	Rendez-vous d'équipages en orbite	Rendez-vous avec Gemini 6 (Walter Schirra et Thomas Stafford)
31 janvier 1966	URSS	Images de la Lune renvoyées sur Terre	Luna 9
31 mars 1966	URSS	Satellisation lunaire	Luna 13
21 décembre 1968	USA	Mission habitée autour de la Lune	Apollo 8
16 juillet 1969	USA	Premiers pas sur la lune	Apollo 11
1970	URSS	Echantillons de Lune	Luna 16
		Etc... Voir recueil encyclopédique	Voir conquète de l'espace

III LA RECONNAISSANCE DES PLANETES ET DU SOLEIL :

Outre les missions directes vers les planètes, il faut retenir surtout les exploits de la mécanique spatiale et du guidage de précision, pour réaliser des tremplins gravitationnels afin d'obtenir soit des inclinaisons élevées sur l'écliptique soit des grands tours ( comme Pioneer ou Voyager ) ou encore des trajectoires à énergie minimale ou bien encore l'utilisation des points de Lagrange comme poste de surveillance fixe dans le système Terre-Soleil.

Concernant le Soleil, de nombreuses sondes a été envoyées de 1959 à nos jours, mais c'est probablement Ulysses qui a été la mission la plus spectaculaire. Pour la Lune on retiendra la mission Apollo.

Voir l'historique de l'IMCCE

1959	Lune	Premières images de la lune par Luna 1, avec le programme des Luna soviétiques, au total 24 missions, jusqu'en 1976.	http://fr.wikipedia.org/wiki/Programme_Luna Catalogue NASA ---> Luna 1
1962	Vénus	Premier succès de survol de Vénus par MARINER 2	http://www.jpl.nasa.gov/news/fact_sheets/mariner.pdf Catalogue NASA ---> Mariner 2
1965	Mars	Premier survol réussi de Mars par la sonde Mariner 4	Voir catalogue NASA ---> mariner 4 Voir exercice sur Phobos et sa solution
16/7/1969	Lune	Premiers pas de l'homme sur la Lune	Liste détaillée du programme Apollo Site Nasa Equipage Apollo 11 Historique Problème et calculs sur ce site
1973/74	Jupiter Saturne ...	Sondes Pioneer, fantastique grand tour des planètes supérieures, dont Saturne. Avec pour la première fois, l'utilisation de tremplins sur les planètes. Pioneer continue à poser problème avec une trajectoire non conforme aux prévisions	Voir sur ce site problème dédié Catalogue NASA --> Pioneer 10 & Pioneer 11 Voir Anomalie de trajectoire de Pioneer
1974	Mercure	Sonde Mariner 10 vers Mercure, premier succès d'un TREMPLIN GRAVITATIONNEL SUR VENUS . Retour vers Mercure par la NASA en 2008 avec un survol à 200 km, par MESSENGER	Catalogue NASA ---> Mariner 10 Catalogue NASA ---> Messenger
1979	Jupiter Saturne...	Sondes Voyager 1 & 2, fantastique grand tour des planètes supérieures, dont Saturne..	Catalogue NASA ---> Voyager 1 & Voyager 2
1985	Comète de Halley	Premier tir européen, avec la sonde Giotto vers la comète de Halley rencontrée en 1986	Doc Nasa Problème et calculs sur ce site Projet d'études de reconstitution de la mission et de l'optimisation de la date de lancement.
1989	Jupiter & satellites	Sonde Galileo : étude de Jupiter, Io, Europe ... Visite d'astéroïdes au cours de voyage. Voir Galileo	Voir sur ce site, l'étude complète de ce périple, traitée sous forme de problème. Documentation Terre-Gaspra-Terre ...... Terre-Jupiter Terre-Vénus ..... Vénus-Terre Site Nasa
1994	Soleil	Sonde ULYSSES, survol des 2 pôles du Soleil, après un tremplin sur Jupiter. Cette mission a été l'occasion d'obtenir une très forte inclinaison sur l'écliptique, de l'ordre de 79°.	Voir sur ce site, l'étude complète de ce périple, traitée sous forme de problème. Catalogue Nasa ---> Ulysses
1996	Soleil	Sonde SOHO, positionnée près du point de Lagrange L1. Comme le point de Lagrange L1 est instable, avec une trajectoire en forme de haricot à pratiquement 1,5 million de kilomètres de la Terre, côté Soleil.	Sonde intéressante par la technique des points de Lagrange . Voir le cours, sur ce site, dédié à ces particularités. Catalogue NASA ---> SOHO
1996	Mars	Mars Pathfinder, retenue pour une innovation : son "amarssissage" à l'aide de ballons.	Catalogue Nasa ---> Pathfinder
1997	Saturne & satellites	Etude de Titan, Encelade, Japet ...	Catalogue Nasa ---> Cassini
2006	Vénus	Vénus Express, toujours en fonctionnement	Catalogue NASA ---> Vénus Express
2006	Pluton	Projet avec la sonde NEW HORIZONS, arrivée 2015	Catalogue Nasa ---> New horizons

IV LES APPLICATIONS SCIENTIFIQUES ET DE LA VIE COURANTE :

Voir sur ce site Orbites des satellites et applications

Altimétrie des océans ( Par exemple Topex Poseidon ) :

Etude de l'effet de serre, des courants marins comme El Nino, climat, marées, évolution de la banquise. La précision altimétrique moyenne est de 5 cm.

Entre autres études, la surveillance de la fonte actuelle des glaciers et des banquises, notamment aux pôles et des échanges d'énergie ( Albédo )

http://www.jason.oceanobs.com/html/alti/principe_fr.html#position

http://www.jason.oceanobs.com/html/missions/welcome_fr.html

http://wwwrc.obs-azur.fr/cerga/gmc/GEODESIE/ALT/Altsat.html

Géodésie :

Les satellites spécialement destinés aux mesures de distance de grande précision, sont des sphères très denses, réfléchissant la lumière laser tirée du sol. La précision millimétrique permet l'étude de la dérive des continents et le positionnement absolu des stations de localisation satellite.

C'est donc directement une méthode d'orbitographie et d'étude du champ gravitationnel terrestre. Excellentes pages n° 3 en face

Voir les remarquables pages du Cerga ci-contre, n° 1 et 2

Télémétrie laser ( lien 4 )

1 -http:\\ www.obs-azur.fr/cerga/gmc/satellites.html

2- http://www.oca.eu/cerga/lassat/lasersat.htm

3 - http://bgi.cnes.fr:8110/tutorial/debutbgi.htm

4- http://www.oca.eu/gemini/themes/geo/tel_laser/index.html

Météorologie :

Premières images d'une couverture nuageuse par le satellite Tiros 1 en 1960.

Novembre 1977, lancement du satellite européen METEOSAT.

La technique comporte 2 couvertures de l'atmosphère terrestre:

a) L'une en point fixe en orbite géostationnaire, surveillant les grandes masses nuageuses. Ce sont les fameuses photos ou animations que nous recevons dans les émissions météo.

b) L'autre avec une constellation de satellites en orbites polaires basses, relevant les vitesses, pressions et températures environ 16 fois par jour, avec la Terre en défilement sous eux.

METEOFRANCE

Observations et prévisions mondiales

Voir animations images météo

Télévision - Radio - Radio amateurs - Télécommunications :

Applications évidentes en téléphonie, télévision et radio en numérique.

Fourniture de l'Internet pour les lieux reculés.

Pour les radio-amateurs, les satellites sont défilants en orbite basse.

Voir une liste d'environ 250 satellites

Article WIKIPEDIA

Positionnement par satellites : Système GPS maintenant bien connu, pour ses applications civiles et militaires

Guidage des véhicules, lutte contre le vol des voitures ...

Aide à la navigation aérienne ou maritime

Repérage de balises de détresse ou de balises de suivis d'animaux ou de déplacements de la banquise etc...

Tectonique des plaques

Repérage des bancs de poissons .....

DORIS et localisation précise, tectonique

Localisation GPS ( Excellente illustration )

Voir sur ce site cours / GPS

Système ARGOS

SATELLITES D'IMAGERIE :

a. On distingue les applications militaires ( HELIOS ) et civiles ( SPOT ). Leur point commun, des orbites dites HELIOSYNCHRONES, ayant comme propriétés essentielles:

Une altitude en circulaire de l'ordre de 800 km, un mouvement rétrograde ( à cause de l'inclinaison )

Inclinaison presque polaire de l'ordre de 97°, assurant ainsi la couverture presque totale de la Terre.

Déplacement vers l'Ouest.... et...

UNE PROPRIETE ESSENTIELLE : Le survol périodique d'un même lieu à la même heure locale à chaque passage.

b. Télédétection ( renseignement et imagerie à des fins militaires ) : Ce sont des satellites basse altitude, lancés à la demande, avec une excellente résolution ( peut-être 50 cm ) et qui disparaissent consumés dans l'atmosphère une fois la mission terminée. Ces satellites sont utilisés dans l'urgence, notamment lors de conflits naissants ou pour suivre l'évolution des opérations sur le terrain.

c. Surveillance de la Terre : Déforestations, désertification, incendies.

d. Missions spéciales : En agriculture évaluation des surfaces cultivées, prévisions de production, surveillance d'attaques de maladies ...

Applications aussi variées qu'insoupçonnées

Télédetection européenne

Environnement sous surveillance

ASTRONOMIE SPATIALE :

Pour s'affranchir des problèmes posés par l'atmosphère, l'astronomie dite "optique" utilise des satellites en orbite circumterrestre tels HUBBLE, CHANDRA, COROT, PLANCK .... travaillant chacun dans des longueurs d'ondes bien spécifiques ( infra rouge,.. rayons X )

Hubble

Corot

Chandra

V L'ETUDE DES COMETES :

Les comètes sont parmi les corps les plus mystérieux du système solaire, dont la formation est maintenant quasiment expliquée, rassemblés aux confins du système solaire dans 2 zones le Nuage de OORT (Site 1 Site 2 Cours de l'observatoire ) et la ceinture de Kuiper ( Site 1 Site 2 Cours de l'observatoire ). Les scientifiques ont suffisamment de preuves pour affirmer que ce sont des corps qui n'ont pratiquement jamais été pollués durant la formation du système solaire. Constitués essentiellement de glace et de poussières, leur contribution dans l'apparition de la vie intrigue fortement la communauté scientifique, ce qui explique des missions très spéciales pour aller à leur rencontre et les étudier de près.

Ci-dessous quelques missions remarquables:

SONDE

RESUME DE LA MISSION

Résumé exploration spatiale des comètes

LIENS

HALLEY

La comète de Halley vient nous rendre visite tous les 76 ans environ. L'avant dernière fois était en 1910. Les astronomes du monde entier ont donc profité de son retour en 1986 pour envoyer de nombreuses sondes vers Halley. L'ESA y a dépêché la sonde GIOTTO qui a traversé la queue de la comète et renvoyé des photos de son noyau.

Problème complet sur ce site

ESA & Giotto

Rapport NASA

STARDUST

Sonde spatiale lancée le 7 février 1999, vers la comète Wild-2, rejointe entre août et décembre 2002, avec retour des échantillons sur terre le 15 janvier 2006.

La trajectoire utilise un tremplin gravitationnel remarquable sur la Terre.

Voir sur ce site un projet d'étude de reconstitution de la trajectoire de Stardust

Rapport NASA

Premiers résultats

Trajectoire

DEEP IMPACT

Sonde US lancée le 15 juillet 2005 vers la comète Tempel 1, pour la percuter le 4 juillet 2005.

La comète a été choisie parce que suffisamment grosse pour ne pas se disloquer sous l'impact et surtout opportunément présente à cette date, pour satisfaire la programmation NASA.

ROSETTA

Sonde lancée par Ariane 5 le 2 mars 2004. Survol de Mars en février 2007, et de la Terre en novembre 2007 et novembre 2009 ( Voir Tremplin gravitationnel).

Elle est destinée à rencontrer la comète Churyumov-Gerasimenko, pour un rendez-vous en novembre 2014, pour une approche à 2 km du noyau.

Vous pouvez retrouver sur ce site des exercices concernant les tremplins gravitationnels, et sur les sites indiqués à droite, des explications plus précises de la mission, et des moyens mis en oeuvre.

VI LA LUNE REVIENT SUR LE DEVANT DE LA SCENE :

1°) GENERALITES :

Les USA ont l'intention de retourner sur la lune vers 2020.

Début du programme NASA en 2006.

Arès I & Orion---------- ARES V

Credit NASA

Nom de la mission : CONSTELLATION ( http://www.astrosurf.com/luxorion/constellation-programme2.htm )

Nom du véhicule : ORION.

Nom du lanceur : ARES V

Missions : Réaliser un système de transport spatial multifonctions, avec possibilité de voyages humains aller-retour vers la Lune et également de liaison avec arrimage avec la station internationale.

Ce système remplacera la navette spatiale.

ORION

C'est une extension du vaisseau Apollo, avec une capsule similaire, plus grande ( 20 M³ pour 4 astronautes en mission lunaire et 6 astronautes vers l'ISS.

L'arrimage sera automatique.

http://www.flashespace.com/html/sept06/04_09.htm

http://www.flashespace.com/html/nov06/13_11.htm

ARES V

2 boosters latéraux, classiques pour décrocher du sol terrestre, largués très trop et récupérés en mer.

5 moteurs fusées centraux, dérivés du lanceur DeltaIV, fonctionnent à LH²+LO², alimentés par le réservoir central dérivé de celui de la navette.

Etage 2 constitué du moteur J-2X à LH²+LO², dérivé de son homologue de SaturneV.

ORION

MODULE

LUNAIRE

NB : Ce projet rappelle la mission Apollo que vous pouvez consulter, sur ce site, avec un problème avec solution sur Apollo 10

2°) GRANDES LIGNES DE LA MISSION LUNAIRE :

a. Mise en orbite circulaire d'attente à 300 km attendant l'arrivée d'ORION :

Un lanceur cargo ARES V décolle avec comme charge utile l'ATTERRISSEUR LUNAIRE, ensemble satellisé à 300 km

b. Lancement d'ORION avec ARES I :

ARES I décolle pour la même orbite avec 4 astronautes et le module d'habitation ORION.

c. Rendez-vous ORION+ALUNISSEUR :

Opération maintenant classique, le véhicule composite ( Alunisseur + Etage de départ de la Terre + Véhicule d'exploration lunaire ) est assemblé.

d. Départ vers la Lune :

Propulsé par l'étage de départ, ensuite largué, l'injection lunaire est réalisée, emportant l'alunisseur + ORION. C'est l'injection translunaire.

e. Injection lunaire :

Quatre jours plus tard, le composite freine avec le moteur de l'alunisseur, et s'inscrit sur l'orbite de descente vers la Lune et satellise l'ensemble.

f. Exploration lunaire initiale :

L'équipage passe dans l'alunisseur qui descend se poser sur la Lune. Exploration du site.

g. Remontée en orbite :

Décollage du sol lunaire avec l'étage de montée de l'alunisseur et remontée vers l'orbite d'attente pour rejoindre ORION. L'étage de montée est largué.

h. Retour vers la Terre :

C'est le moteur du module d'ORION qui effectue l'injection trans-terrestre.

i. Rentrée atmosphérique :

Quatre jours après c'est ler largage du module de service et la rentrée classique dans l'atmosphère à près de 11 km/s/

j. Retour au sol :

Grâce à des coussins gonflables, le module habité se pose dans l'Ouest des USA. MISSION TERMINEE.

VII LA RECHERCHE DES EXOPLANETES :

Une des interrogations de l'homme face à l'univers qui l'englobe est la recherche d'une possible vie extraterrestre, que nombre de scientifiques estiment certaine. Sous quelle forme et à quel niveau de développement ? D'où vient la vie ?

1. DANS NOTRE SYSTEME SOLAIRE :

Quelle est la zone d'habitabilité ? Parcourir le site "les planètes et la vie".

Cette quête permanente alimente déjà nombre de projets d'étude d'existence de formes de vie particulières avec ou sans oxygène, dans certaines des planètes de notre système solaire.

Titan pourrait bien receler des molécules prébiotiques pour une amorce de vie. Mais personne n'y croit vraiment tant la température est froide.

C'est un des sujets d'étude de la mission Huyghens-Cassini.

http://www.astrosurf.com/luxorion/titan-brumes.htm

http://www.flashespace.com/html/cas10.htm

De même Mars avec la présence probable d'eau, pourrait ou a pu présenter des formes de vie. Voir excellent site sur la recherche d'une vie martienne.

http://www.nirgal.net/ori_lifesol.html

2 - HORS DE NOTRE SYSTEME SOLAIRE --> LES EXOPLANETES :

Les scientifiques se tournent donc vers les milliards de galaxies, contenant des milliards de soleils, avec la présence certaine de systèmes planétaires pouvant déboucher sur une possible existence de vie. Cette question des exoplanètes est maintenant un sujet de rédilection pour de nombreux sites et de nombreuses revues scientifiques.

Je ne vais donc me limiter à vous orienter vers les questions intéressantes et vous donner quelques sites documentés:

Comment détecte-t-on les exoplanètes ? Recherche d'exoplanètes

Site de présentation de 3 méthodes ---> Les méthodes de détection d'exoplanètes ----> Méthodes du transit, des lentilles gravitationnelles et de la vitesse radiale. Autre site .

Quelles caractéristiques orbitales ? Voir un tableau ou liste Wikipédia

Quelles sont les conditions possibles pour une forme de vie? On parle d' EXOBIOLOGIE . Voir autre site

Peut-on recevoir des signaux intelligents en provenance de notre galaxie?

Comment y répondre? C'est l'objet de SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence), allez donc visiter le site SETI ( IL Y A QUELQU'UN )

Une étude sérieuse des exoplanètes est prévue pour les décennies à venir. Le satellite français COROT est déjà au travail dans la traque des exoplanètes et les premiers résultats sont exceptionnels.

VIII L'ETUDE DES GEOCROISEURS DANGEREUX :

Depuis de nombreuses années déjà, la possibilité de la rencontre d'un astéroïde avec la Terre, agite la communauté scientifique.

De tels corps sont appelés GEOCROISEURS et leur recensement ainsi que leur composition fait ou va faire l'objet de missions prochaines.

Sur ce site vous trouverez une rubrique traitant de ce sujet ( DEBRIS SPATIAUX = DANGER ) avec inventaire des méthodes possibles de défense.

Guiziou Robert, janvier 2008, sept 2011