Systeme solaire
Project 3


Sonde spatiale

Véhicule destiné à l'étude du cosmos et du système solaire, et qui se libère de l'attraction de la Terre. 

Un satellite artificiel qui tourne autour du globe à 200 km d'altitude se déplace à une vitesse de 7 800 m/s. Pour le grand pionnier de l'astronautique Konstantin Tsiolkovski, cette vélocité constitue la " première vitesse cosmique " à 200 km d'altitude. Si on accélère ce satellite au moyen d'un moteur-fusée, et que l'on porte sa vitesse à 11 000 m/s, toujours à 200 km au-dessus du sol, un phénomène remarquable se produit : le satellite a une énergie suffisante pour " échapper " à l'attraction terrestre. Au bout de quelques jours, il se trouve à plus de un million de kilomètres de la Terre et devient un satellite artificiel d'un autre astre, le Soleil. Cette vitesse de 11 000 m/s est la " deuxième vitesse cosmique ", encore appelée " vitesse de libération " de la Terre, à 200 km d'altitude (à une autre altitude, les deux premières " vitesses cosmiques " sont simplement différentes). 

Le véhicule qui atteint ou dépasse cette vitesse devient une sonde spatiale, servant à l'étude du cosmos. Selon sa vélocité initiale, il peut aller à la rencontre de planètes plus proches du Soleil que la Terre, en l'occurrence Mercure et Vénus, ou partir explorer des planètes plus éloignées : Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton. Il peut aussi observer des petits corps célestes, comme les comètes ou les astéroïdes, ou simplement étudier le Soleil et l'espace qui l'entoure. La Lune est un cas particulier : comme elle gravite elle-même autour de la Terre, à une distance moyenne de 384 400 km, on peut l'atteindre avec une vélocité légèrement inférieure à la vitesse de libération. En toute rigueur, une sonde lunaire n'échappe donc pas totalement à l'attraction terrestre. Mais, comme elle passe sous l'influence prédominante d'un autre astre que la Terre, on lui attribue néanmoins le nom de sonde spatiale.


Animation interactive (anglais)

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Voyages dans le cosmos

Du fait de sa proximité, c'est naturellement la Lune qui a été le premier objectif d'observation pour les sondes spatiales : Lunik 1 quitte le cosmodrome soviétique de Baïkonour en janvier 1959 ; elle ne rejoint pas la Lune, s'en écartant de 6 500 km, mais continue sa route et devient le premier véhicule échappant à l'attraction terrestre. En septembre 1959, Lunik 2 ne manque pas son but et s'écrase sur la Lune. Le mois suivant, Lunik 3 passe derrière la Lune et accomplit l'exploit d'en photographier la face cachée. Des dizaines d'autres sondes lunaires vont suivre, accompagnées un temps, entre 1969 et 1972, par les astronautes du programme Apollo. 

Partir vers Vénus ou Mars requiert à peine plus d'énergie qu'un lancement vers la Lune. Mais le voyage est beaucoup plus long. Il suffit de deux à trois jours pour atteindre la proximité de la Lune, alors qu'il faut environ trois à quatre mois pour rejoindre Vénus et huit à neuf mois pour approcher Mars. Entreprendre des voyages plus lointains encore, vers Jupiter et les autres planètes éloignées, demande à la fois plus d'énergie et plus de temps. On comprend que l'exploration du système solaire soit une aventure difficile et coûteuse. 

C'est vers Vénus que s'élance la première sonde interplanétaire, Venera 1, en février 1961, quelques semaines avant le premier voyage de Iouri Gagarine dans le cosmos. Mais elle tombe en panne après quelques jours. C'est donc une sonde spatiale américaine, Mariner 2, lancée en 1962 vers Vénus, qui a l'honneur de survoler la première avec succès une autre planète. 

Les États-Unis dominent largement ce domaine de l'exploration du système solaire. Ils envoient en 1964 une première sonde spatiale vers Mars, puis en 1972 vers Jupiter, en 1973 vers Saturne (et Jupiter), et une autre vers Mercure, en 1977 vers Uranus et Neptune (ainsi que Jupiter et Saturne). Au XXe siècle, seul Pluton n'a pas encore fait l'objet d'une exploration par sonde spatiale.

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APOLLO


Les États-Unis décident d'envoyer un homme sur la Lune au printemps 1961, en réponse au vol du premier cosmonaute de l'histoire, le Soviétique Youri Gagarine, survenu le 12 avril 1961. Le nouveau président américain, John F. Kennedy, élu en novembre 1960, n'accepte pas le retard de son pays dans une course à l'espace qui est devenue l'un des grands enjeux de la guerre froide. Il annonce sa décision le 25 mai 1961 devant le Congrès des États-Unis : " Notre nation doit s'engager à faire atterrir un homme sur la Lune et à le ramener sur la Terre sain et sauf avant la fin de cette décennie." 

La NASA, l'agence américaine de l'espace, est chargée de relever ce défi sans précédent alors qu'elle n'a pas encore satellisé un seul homme autour de la Terre. Le programme de conquête lunaire reçoit le nom d'Apollo. Sa réalisation va demander un effort gigantesque de tout le pays : plus de 300 000 personnes vont travailler à un projet dont le coût total dépasse 20 milliards de dollars de l'époque.

  

Les choix techniques

Un voyage vers la Lune peut se dérouler de plusieurs manières. La plus simple est de construire une fusée capable d'envoyer en une seule fois un vaisseau pouvant se poser directement sur la Lune et en revenir. Cette fusée, baptisée Nova, devrait avoir une masse de 5 000 t. C'est trop et la NASA renonce à la construire. Une deuxième solution est de lancer le vaisseau lunaire en deux parties, que l'on assemble en orbite autour de la Terre. La NASA ne la trouve pas assez sûre, en particulier dans le cas où le second lancement ne pourrait pas avoir lieu. Une troisième possibilité est alors adoptée : alléger le vaisseau lunaire en l'agençant en plusieurs modules, dont un seul atterrira sur la Lune ; de cette manière il pourra être lancé en une seule fois par une fusée moins lourde que la Nova : la Saturn 5. Celle-ci pèse 2 770 t et développe 3 400 t de poussée au décollage. C'est une fusée géante par rapport aux lanceurs spatiaux existant en 1961 : la plus puissante fusée du moment, la R-7 soviétique, est dix fois plus petite. La NASA considère néanmoins qu'elle peut être réalisée et en confie la conception à Wernher von Braun.

SATURNE 5

Haute de 111 m, la fusée Saturn 5 comprend trois étages. Le premier est propulsé par cinq énormes moteurs fusée brûlant de l'oxygène liquide et du kérosène, et produisant chacun 680 t de poussée. Les deux étages supérieurs utilisent un combustible très performant mais difficile à mettre en œuvre : l'hydrogène liquide, dont la combustion avec l'oxygène liquide permet d'éjecter des gaz à la vitesse record de 4 500 m/s. Ce choix permet à la fusée Saturn 5 de satelliser autour de la Terre une masse de 140 t et d'envoyer vers la Lune un vaisseau Apollo de près de 45 t. D'immenses installations sont construites à cap Canaveral pour assurer la préparation et le lancement des fusées Saturn 5. Celles-ci sont assemblées verticalement dans un bâtiment impressionnant qui est, à l'époque, le plus volumineux du monde : le VAB (Vertical Assembly Building). Elles sont ensuite transportées, toujours verticalement, sur un véhicule à chenilles grand comme un terrain de football. Elles sont enfin lancées depuis le complexe de lancement 39 de ce qui deviendra le centre spatial John Kennedy, après l'assassinat de celui-ci en novembre 1963. Deux fusées plus petites, la Saturn I et la Saturn IB sont également construites pour tester les technologies nécessaires à la Saturn 5 et lancer des modules expérimentaux du vaisseau Apollo autour de la Terre.

  

Le vaisseau de la conquête lunaire

Le vaisseau Apollo comprend trois modules. Le premier est le module de commande (CM) : c'est une cabine conique à bord de laquelle trois astronautes séjourneront pendant l'aller-retour Terre-orbite lunaire. Le deuxième est le module de service (SM) : il est fixé au premier et ses moteurs permettent au vaisseau Apollo de se mettre en orbite autour de la Lune, puis à l'équipage de quitter cette orbite pour revenir vers la Terre. Le dernier module, qualifié de lunaire (LM), sert à l'excursion sur la Lune. Pendant que les modules de commande et de service (CSM) restent en orbite autour de la Lune avec un astronaute à bord, les deux autres astronautes descendent sur la Lune à bord du LM, se posent, explorent la surface, puis remontent rejoindre le CSM. Le LM est alors abandonné et l'équipage au complet repart vers la Terre.

Le programme connaît un sérieux revers au début de 1967. Le 27 janvier, une cabine à bord de laquelle se trouvent trois astronautes brûle pendant les préparatifs du premier vol habité Apollo, prévu pour tester autour de la Terre les modules de commande et de service. Virgil Grissom, Edward White et Roger Chaffee meurent dans des conditions épouvantables. Cet accident entraîne un retard d'un an et demi : la première mission habitée du programme, Apollo 7, a finalement lieu en octobre 1968. Entre-temps, une étape fondamentale a été franchie : les premiers vols, réussis, de la fusée géante Saturn 5, en novembre 1967 et avril 1968.

  

Les premiers hommes sur la Lune

À partir de ce moment, tout va très vite. La NASA décide de brûler les étapes et modifie la mission Apollo 8 pour en faire une mission circumlunaire : le 21 décembre 1968, Frank Borman, James Lovell et William Anders quittent la Terre au sommet d'une fusée Saturn 5, à bord du vaisseau Apollo 8, qui ne comprend pas de module lunaire. Le 24 décembre, l'équipage passe Noël autour de la Lune. Il revient sur Terre le 28 décembre. Les États-Unis ont déjà gagné la course à la Lune. 

Deux autres missions sont encore nécessaires pour préparer le débarquement sur la Lune. En mars 1969, James McDivitt, David Scott et Russell Schweickart expérimentent un vaisseau Apollo complet autour de la Terre. En mai 1969, Thomas Stafford, Eugene Cernan et John Young répètent, autour de la Lune, les manœuvres précédant l'alunissage : leur LM s'approche à 10 km seulement de la Lune. Dès lors, tout est prêt pour l'ultime étape. Le 16 juillet 1969, le vaisseau Apollo 11 s'élance vers l'espace. Le 20 juillet, Neil Armstrong et Edwin Aldrin abandonnent leur collègue Michael Collins en orbite autour de la Lune, et entament la descente finale à bord du module lunaire baptisé Eagle ("L'aigle"). L'alunissage, dans la mer de la Tranquillité, a lieu à 21 h 17 (heure de Paris). Neil Armstrong accomplit le premier pas d'un homme sur la Lune le 21 juillet 1969 à 3 h 56 (heure de Paris). Le pari de John Kennedy est gagné. Une ère nouvelle commence pour l'humanité.

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Les dernières missions du programme Apollo

Deux autres Américains retournent sur la Lune en novembre 1969, Charles Conrad et Alan Bean, à bord du vaisseau Apollo 12. Les vols lunaires paraissent bien maîtrisés. Pourtant l'accident guette : le 11 avril 1970, un réservoir d'oxygène explose dans le module de service d'Apollo 13, mettant en grand danger la vie de James Lovell, Fred Haise et John Swigert. Le retour des trois hommes, sains et saufs, est une sorte de miracle. 

Quatre autres débarquements sur la Lune ont encore lieu entre février 1971 et décembre 1972. Au total, le bilan des vols lunaires Apollo est impressionnant : 12 hommes ont parcouru 100 km sur le sol lunaire, totalisant 166 heures de séjour ; ils ont ramassé 385 kg de roches et de sol, et mis en place 60 appareils scientifiques. Le programme Apollo n'a cependant pas de suite : Harrison Schmitt et Eugene Cernan, les deux astronautes d'Apollo 17, sont les deux derniers hommes à avoir foulé le sol lunaire au XXe siècle.