Guide pedagogique - L'Observatoire de l'Espace

Plus de 25 rotations terrestres par jour, des instruments
orientés en permanence vers la Terre et des panneaux
solaires vers le Soleil : le ballet constant et maîtrisé de tous
ces paramètres assure le fonctionnement des satellites à
défilement tels Spot ou Jason.
© CNES/Illustration D. Ducros
Les satellites peuvent valser malgré eux. Le satellite français
Cerise a été percuté sur son orbite par un débris du lanceur
Ariane 4. Le mouvement giratoire induit par ce choc l’a
rendu inutilisable. © CNES/Illustration D. Ducros
GUIDE PEDAGOGIQUE
« Valser »
Par facilité, on pourrait dire que le spatial, c’est savoir
valser ! Des nuances s’imposent : certains satellites
présentent la même face à la Terre et font plutôt une
« simple ronde », cherchant surtout à rester stables
grâce à leurs gyroscopes, leurs senseurs stellaires et
leurs moteurs d’appoint. Par contre, un tournoiement
maîtrisé est obligatoire pour ceux qui par ce moyen
scannent la planète, ou encore pour les stations
orbitales qui, dans les récits de fiction, généreraient
ainsi une gravitation artificielle. D’autres usages de
ce tournoiement dansant existeraient-ils ?
À 36000 km, le satellite géostationnaire Météosat suit la
rotation de la Terre et vise ainsi en permanence l’Europe.
Il est également « spiné », c’est-à-dire qu’il tourne
rapidement sur lui-même dans un ballet continuel.
© ESA/Illustration D. Ducros
C’est grâce à un ballet rotatif constant que les habitants
des futures colonies spatiales retrouveront dans l’espace
une gravité indispensable à la vie quotidienne.
© NASA/Illustration Rick Guidice

L’assistance gravitationnelle, une aide
précieuse dans la navigation spatiale :
L’assistance gravitationnelle apparaît quand un
vaisseau spatial passe près d’une planète ou d’un
satellite important. L’attraction de la planète se
fait alors sentir sur l’engin spatial et cela modifie
son orbite. Parfois l’engin spatial peut accélérer
et parfois ralentir – selon qu’il passe devant ou
derrière la planète. L’assistance gravitationnelle
modifie aussi la direction du déplacement de
l’engin spatial.
Mariner 10 est un modèle du genre. Cette sonde
d’étude de Mercure fut la première mission à
utiliser l’attraction gravitationnelle d’une planète
Suggestions d’écriture
Suite à la colonisation complète du système solaire par les hommes, la STIP
(Société de Transport Interplanétaire) étudie ses nouveaux trajets de transport
en commun...
Un scientifique effectue des recherches sur des documents afin d’y trouver des
idées qui lui permettraient de créer un vaisseau dans lequel règne une gravité
artificielle....
Survol de la Terre
18 août 1999
Survol de Jupiter
30 déc 2000
Lancement
15 oct 1997
Orbite de Jupiter
(11,8 ans)
Orbite de Saturne
(29,4 ans)
1 er survol de Vénus
26 avril 1998
2 ème survol de Vénus
24 juin 1999
Manœuvre
d'alignement
avec Vénus
3 déc 1998
Mise en orbite
autour de Saturne
1 er juillet 2004
Trajectoires de la sonde Cassini entre le 15 octobre 1997 et le 1 er juillet 2004
date de son arrivée sur Saturne. © ESA
Sources documentaires
pour en atteindre une autre.
Lancée le 3 novembre 1973 en direction de Vénus,
qu’elle survole le 5 Février 1974 sa trajectoire
fut incurvée, après le survol de Vénus, vers le
Soleil afin d’échapper au champ gravitationnel
vénusien et mettre le cap sur Mercure. Mariner 10
atteint Mercure le 29 mars 1974, survolant la
planète difficilement observable depuis la Terre,
à seulement 705 km de la surface. Après le
survol, Mariner se mit en orbite autour du
Soleil, survolant à nouveau Mercure du 20 au
23 septembre 1974. Un troisième survol eut lieu
en mars 1975 depuis une altitude de 327 km.
Lancée en 1997, Cassini-Huygens est la première
mission spatiale consacrée à l’exploration de
Saturne, une des planètes lointaines de notre
système solaire.
Devant se mettre en orbite autour de Saturne
en 2004, la sonde a utilisé l’énergie fournie par
l’assistance gravitationnelle de plusieurs planètes
pour rejoindre Saturne. Elle a ainsi effectué
2 survols de Vénus en 1998 et 1999, un survol de
la Terre en 1999 et enfin de Jupiter en 2000.
La sonde a atteint l’orbite de Saturne le 1 er juillet
2004 après un périple de 7 ans et 3,5 milliards de
kilomètres.
Comme en témoigne cet article de Paris Match d’octobre 1959, seuls douze
satellites évoluaient dans l’espace à cette date. Depuis, ce sont des milliers
d’objets aux trajectoires diverses qui sillonnent la banlieue terrestre ou le
système solaire. Certains d’entre eux, comme les sondes Voyager, ont même
franchi les limites de notre système après un « billard » gravitationnel entre
plusieurs planètes © D.R.

Vaisseaux spatiaux et gravité artificielle :
La gravité artificielle consiste à simuler la
gravité et ses effets sur le corps humain dans
un environnement qui en est dépourvu. En
particulier, cet état faciliterait grandement les
voyages dans l’espace en évitant les problèmes
liés à l’impesanteur. En effet, l’absence de gravité
est difficile à supporter sur le long terme. Il
existe en théorie plusieurs méthodes pour créer
une gravité artificielle, plus ou moins difficiles à
mettre en œuvre. Le vaisseau spatial peut tourner
sur lui-même pour créer une force centrifuge.
Tout objet à l’intérieur du vaisseau est attiré vers
la surface du vaisseau, créant donc une gravité
artificielle.
Idéalement, le taux de rotation du vaisseau
doit être inférieur à 2 tours par minute pour
réduire certains effets mécaniques. Pour simuler
une gravité similaire à la gravité terrestre
(1 g), le rayon doit être d’au moins 224 m, ce
qui représente un gros vaisseau spatial. Pour
réduire sa masse, il pourrait être constitué de
deux éléments reliés par un câble (par exemple,
une partie pour l’habitation, et une autre pour
le travail scientifique et la maintenance de la
station). Cependant, « la gravité artificielle est un
outil potentiellement très utile » fait remarquer
Malcom Cohen, qui dirige le département de
recherche sur le traitement de l’information
par l’être humain au centre Ames de la NASA,
« mais ce n’est pas une panacée. » La force
centrifuge n’est pas exactement équivalente
à la gravité, explique-t-il. Imaginons que vous
ne disposiez que d’une petite centrifugeuse
(disons une qui pourrait trouver sa place dans un
vaisseau spatial). Il vous faudra la faire tourner
très vite pour obtenir des niveaux de gravité
suffisamment élevés pour être efficaces. Mais là
La « Roue habitable » de Hermann Noordung : en 1929, l’Autrichien Hermann
Potocnik publie à Berlin, sous le pseudonyme de Noordung, Das Problem
des Befahrung des We/traums (Le Problème de la navigation dans l’espace).
sans doute le premier livre en grande partie consacré aux stations spatiales.
Le dispositif de la Wohnrad (la Roue habitable) que proposait Noordung
exercera une profonde influence tant sur les techniciens et les chercheurs que
sur les auteurs de science-fiction. © D.R.
En 1952, Werner Von Braun, directeur technique des programmes spatiaux
de l’armée américaine à l’époque, propose un projet de station orbitale en
rotation afin de créer une gravité artificielle. D’un diamètre de 75 mètres la
station, faite en tissus de nylon souple et imperméable, serait mise en orbite
par un lanceur avant d’être gonflée comme un pneu puis mise en rotation.
© D.R.
encore, il y a un problème : le long du bras d’une
petite centrifugeuse, la valeur de la force de
gravité change rapidement.
« Supposons que vous vous teniez allongé le long
du bras d’une centrifugeuse de petit rayon, avec
votre tête près de l’axe central et vos pieds vers
l’extérieur. En admettant qu’on puisse recréer
une gravité artificielle de 1 g au niveau de vos
pieds, votre tête ne ressentirait que 0,2 g, ou
même moins. » C’est en effet assez éloigné de ce
que nous pouvons ressentir sur Terre !
La rotation rapide crée aussi un problème de
perception de l’équilibre par l’oreille interne
et donne l’impression d’être en chute libre en
permanence. Du coup, certaines expériences
utilisant des centrifugeuses comprennent souvent
des dispositifs qui permettent d’immobiliser la
tête du sujet, afin d’empêcher cette illusion. Mais
il faut bien reconnaître que traverser les espaces
interplanétaires sans pouvoir bouger la tête ne
serait sans doute pas très pratique.

Extrait de Quelques plans tirés sur la comète
de Anne-Lise Grobéty, revue Espace(s) n°2,
À l’épreuve de la correspondance.
Bien chers astronavigateurs,
Ayant été mise en mode dormant de juillet 2011
à ce jour et, par conséquent sans possibilité de
communiquer avec vous pendant tout ce temps,
je n’ai pu vous tenir au courant de l’évolution
de la situation – ce que je m’empresse de faire
aujourd’hui. Jusqu’ici, soyez rassurés, je n’ai pas
ménagé mes efforts pour toujours tout bien
exécuter selon vos directives. J’ai compris qu’il
me fallait absolument voler de l’énergie à un
corps céleste en le frôlant, même si cela paraissait
me faire perdre un temps précieux, et j’avoue
que, finalement, ce n’était pas désagréable de
revenir jouer les pickpockets dans les parages de
notre bonne Terre par trois fois (en 2005, 2007 et
en 2009) ! J’ai fait de même du tourisme du côté
de Mars, en 2007, avec tout autant d’intérêt et
serré de près également, pour observation, vos
astéroïdes sélectionnés, 2876 Stein et 21 Lutetia,
respectivement à la vitesse de 9 km/s et 15 km/s.
Si je reprends tous ces éléments, c’est pour bien
vous montrer à quel point j’ai mis de la bonne
volonté à ne pas vous déplaire. Et, surtout, ne
croyez pas que ce que je vais vous dire maintenant
est motivé par le fait que je commence à trouver
le temps long et que je m’ennuie. Je ne m’ennuie
jamais. Je dirais même : bien au contraire.
Je ne m’ennuie jamais.
Je ne m’ennuie jamais.
Vous vous souvenez peut-être qu’une dizaine de
minutes après mon départ, lors de mon premier
rapport, je m’étais laissée aller à un mouvement
d’humeur au sujet de Philae, craignant d’avoir
embarqué avec moi un avorton ; j’avais même
fait entendre que je trouvais un peu fort de
tabac de me taper cinq milliards de kilomètres
dans l’inconnu pour aller larguer un tocard sur
une comète au nom à coucher dehors du côté de
l’Est. Passe encore s’il fallait courir aux trousses
d’une vedette, la belle comète de Halley à la
crinière de feu, par exemple…
Réflexions
Extrait de La conquête de l’air – Une aventure
dans l’art du XX e siècle
Wenzel Hablik, Journal, 29 déc. 1908
Aujourd’hui, j’ai fait un rêve qui a porté sur
une période de douze ans. Je faisais construire
une colonie volante ! Une construction d’un
acier merveilleux, recouvert grâce à un procédé
singulier d’une solide couche d’argent.
(…) Dans cette construction, absolument
résistante aux températures les plus élevées
que l’on puisse produire, étaient aménagées
des pièces pour cinquante couples. Ces pièces
fermaient hermétiquement et contenaient tout
le nécessaire pour y vivre pendant 400 ans
(…) dans une atmosphère d’abord fortement
raréfiée, puis normale.
(…) Le premier essai de décollage de la colonie
volante eut lieu le 4 août 1920 au matin ; la
réussite fut telle que l’on put ultérieurement
ajouter beaucoup d’autres objets et d’autres
êtres dont on ne pouvait pas encore déterminer
l’utilité. (…) Durant son premier vol, la colonie
devait d’abord se limiter à parcourir le monde
pour faire monter à bord des représentants de
différentes races, dont l’énergie reproductrice
et la force étaient intactes, et dont l’esprit
correspondait à l’objectif visé (…).
La colonie volante imaginée par Wenzel Hablik. © D.R.