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Rendez-vous spatial

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Rendez-vous spatial entre les vaisseaux Gemini 6A et Gemini 7

Un rendez-vous spatial, en astronautique, est une rencontre organisée dans l'espace entre engins spatiaux, ou entre un engin spatial et un objet céleste1 à une vitesse relative nulle ou très faible. S'il s'agit d'un rendez-vous entre deux engins spatiaux habités et que ceux-ci s'amarrent l'un à l'autre, il peut y avoir mise en communication entre les espaces pressurisés ce qui nécessite de disposer d'un système de sas étanche.

Le rendez-vous spatial nécessite de réaliser des manœuvres complexes qui doivent aboutir dans un minimum de temps sans trop entamer le peu d'ergols disponibles. La réussite d'un rendez-vous orbital passe notamment par le choix d'une fenêtre de lancement du vaisseau "chasseur" permettant de placer celui-ci dans un plan orbital proche de sa cible et par un calcul très précis des positions et vitesses des deux vaisseaux. La mise au point de la technique du rendez-vous orbital est effectuée dans le cadre du programme Gemini. L'objectif de celui-ci est de permettre la réalisation du rendez-vous en orbite lunaire nécessaire à la réussite des missions du programme Apollo. Le premier rendez-vous orbital est celui de Walter M. Schirra à bord de Gemini 7 le 15 décembre 1965. Depuis cette date le rendez-vous spatial est régulièrement réalisé en particulier dans le cadre d'opérations de ravitaillement ou de relève des équipages des différentes stations spatiales qui se sont succédé depuis les années 1970. Alors que les soviétiques ont privilégié des techniques de rendez-vous automatiques plus complexes mais applicables à des engins sans équipage, la NASA a décidé de confier aux équipages une grande autonomie dans la réalisation de ces manœuvres.

Historique |

Peu de temps après le premier vol d'un homme dans l'espace réalisé par Youri Gagarine le 12 avril 1961 les responsables et ingénieurs des deux puissances spatiales de l'époque, l'Union soviétique et les États-Unis, constatent que la réalisation d'un programme spatial ambitieux nécessite la maitrise des techniques qui permettent à deux engins spatiaux de s'approcher l'un de l'autre pour s'amarrer. Cette technique devient en particulier incontournable pour l'agence spatiale américaine, la NASA, lorsque celle-ci opte en novembre 1962 pour la solution du rendez-vous en orbite lunaire pour son programme Apollo. Dans ce scénario deux des trois membres d'équipage descendent sur le sol lunaire dans un vaisseau spécialisé, le module lunaire Apollo, puis une fois leur mission achevée, remonte en orbite à bord de ce module pour aller s'amarrer au vaisseau principal au terme d'une manœuvre de rendez-vous spatial. Cette solution a été adoptée avec réticence par l'agence car l'équipage pourrait être condamné en cas d'erreur dans ses manœuvres compte tenu de la faible quantité d'ergols carburant disponible pour réaliser le rendez-vous. À la suite de cette décision le programme Gemini est lancé pour mettre au point les techniques de rendez-vous spatial.

En 1962 puis en 1963, l'Union soviétique lance quasi simultanément une paire de vaisseaux spatiaux, Vostok 3 et 4 puis Vostok 5 et 6. Les lanceurs fonctionnent dans les deux cas à la perfection et les deux vaisseaux suivent une orbite presque identique qui leur permet de se rapprocher à 5 ou 6,5 km l'un de l'autre. Il ne s'agit pas là encore d'un vrai rendez-vous spatial car les deux vaisseaux n'ont aucune capacité de manœuvre et leur rapprochement résulte uniquement d'une parfaite synchronisation des deux lancements. Le vaisseau américain Gemini dispose lui d'une propulsion permettant de manœuvrer dans l'espace. Le 3 juin 1965 l'astronaute américain James McDivitt à bord de Gemini 4 tente la première manœuvre de rendez-vous spatial. En utilisant ses moteurs-fusées il essaie de se rapprocher du dernier étage d'un lanceur Titan II qui été placé en orbite peu auparavant et sert de vaisseau cible. Les astronautes de l'époque sont recrutés parmi les pilotes d'essais expérimentés et McDivitt utilise ses réflexes d'aviateur pour réaliser cette manœuvre. Mais les techniques de pilotage d'un avion ne sont pas adaptées aux règles de la mécanique spatiale et il ne parvient pas à atteindre son objectif2.

Premier rendez-vous réussi |

Le premier rendez-vous spatial réussi est réalisé le 15 décembre 1965 par l'astronaute Walter M. Schirra à bord de Gemini 7 qui réussit à s'approcher à moins de 30 cm du vaisseau Gemini 6. Les deux engins spatiaux ne s'amarrent pas mais restent en formation en maintenant cette distance durant 20 minutes. Schirra déclare plus tard : « Quelqu'un m'a dit… si vous vous approchez de 5 km ce sera un rendez-vous. Or ce n'est là que le début du travail ! Un rendez-vous n'est réussi que lorsque le déplacement relatif des deux véhicules est nul et que la distance entre les deux engins a été réduite à moins de 40 mètres. Une fois cet objectif rempli, la manœuvre de rendez-vous relève du simple maintien de position : vous pouvez jouer avec la distance comme si vous étiez dans une automobile, un avion ou sur une planche à roulette. »3

Premier amarrage |

Le 16 mars 1966, le vaisseau Gemini 8, piloté par Neil Armstrong réussit le premier amarrage du vol spatial en accouplant son vaisseau à un étage Agena lancé peu auparavant. Gemini 6 aurait dû réaliser cette première mais le vol fut retardé à la suite de l'échec du lancement de la fusée porteuse de l'étage Agena cible.

Les Soviétiques réussissent le premier rendez-vous automatisé entre les capsules inhabitées Cosmos 186 et Cosmos 188, le 30 octobre 19674. Leur premier essais d'amarrage manuel est réalisé par Gueorgui Beregovoï à bord de Soyouz 3 : le cosmonaute russe ne parvient pas à s'amarrer au module inhabité Soyouz 2 en octobre 1968 mais peut s'en approcher de 30 cm avant de renoncer par crainte de manquer de carburant pour les manœuvres de retour sur Terre. C'est Soyouz 4 et Soyouz 5 qui finalement réussissent un amarrage le 16 janvier 1969 au cours duquel un échange d'équipage a lieu entre les deux vaisseaux.

Le premier rendez-vous entre deux engins spatiaux appartenant à deux nations différentes a lieu le 17 juin 1975 entre une capsule Apollo et un vaisseau Soyouz dans le cadre du projet Apollo-Soyouz. Le premier amarrage impliquant plus de deux engins a lieu en janvier 1978 lorsque les vaisseaux soviétiques Soyouz 26 et Soyouz 27 s'amarrent à la station spatiale Saliout 6.

Méthodes de rendez-vous |

Le rendez-vous orbital |

Pour réussir un rendez-vous orbital entre deux vaisseaux, le vaisseau chasseur et le vaisseau cible, les deux vaisseaux doivent circuler dans le même plan orbital. Le plan orbital est pratiquement déterminé par les conditions de lancement car une fois en orbite le changement de plan orbital n'est plus possible compte tenu de la grande quantité de carburant qu'il nécessite.

Un rendez-vous orbital se déroule en plusieurs étapes:

L'engin chasseur est d'abord mis en orbite à une altitude compatible avec le vaisseau cible. Puis lorsque l'orbite est stabilisée, il arrive que les deux engins soient séparés par un arc de cercle, c'est-à-dire qu'un vaisseau a de l'avance sur l'autre. Il est alors nécessaire de placer l'engin chasseur sur une orbite elliptique afin qu'il gagne ou perde de l'avance sur l'engin cible. On dit que c'est l'orbite de "transfert".

Lorsque les deux engins sont assez proche (~5Km), au moment du rendez-vous, la vitesse relative des deux engins doit être nulle. Pour cela on doit effectuer une poussé rétrograde (c'est-à-dire dans le sens opposé au vecteur vitesse). Lorsque la vitesse relative des deux engins et la distance qui les séparent est assez faible, le rendez-vous est terminé. Si les deux engins doivent se rapprocher on le fera simplement en les "poussant" l'un vers l'autre.

Attention toutefois! Pour que deux objets restent de façon durable sur la même orbite leurs vitesses doivent être exactement les même (vitesse relatives nulle). Par exemple: si l'un des deux objet acquiert 1 m/s de différence avec l'autre engin, en l'espace de une révolution orbitale (90min pour l'ISS) les deux engins seront séparés de plus de 5Km !!!

Notes et références |

  1. Droit français : arrêté du 20 février 1995 relatif à la terminologie des sciences et techniques spatiales.
  2. (en) Doug Ward, « Oral History Transcript, James A. McDivitt », Elk Lake, Michigan, Centre spatial Lyndon B. Johnson,‎ 29 juin 1999 (consulté le 27 janvier 2011)
  3. (en) « The Visitors », On The Shoulders of Titans, NASA (consulté le 27 janvier 2011)
  4. (en) « Cosmos 186 », NSSDC Master Catalog NSSDC ID: 1967-105A, NASA (consulté le 27 janvier 2011)

Voir aussi |

Liens externes |