From the mission JUICE to Artemis, the missions spatiales voyagent toujours in zigzags and non pas de manière rectiligne. C’est le résultat d’une combinaison de plusieurs facts.
C’est une constante in l’histoire de la conquête spatiale. De Spoutnik 1 à Artemis, le program qui va renvoyer des humains sur la Lune pour la première fois depuis 1972, la plupart des missions spatiales n’ont pas a trajectoire rectiligne. Malgré les immensely progressive technologiques réalisés, les agences spatiales misent généralement sur des trajets ponctués de plusieurs allers-retours, quitte à ce qu’ils soient plus longs.
Ce sera le cas de la mission JUICE, qui s’est envolée avec succès les les lunes de Jupiter le 14 avril 2023. Pourtant, ne serait-il pas plus facile de parcourir en ligne droite les 628 millions de kilomètres qui séparent la Terre de Jupiter ? Ce n’est pass si simple.
La trajectoire d’une mission spatiale fait partie des nombreux éléments price en compte lors de sa preparation. Elle joue un rôle important sur la durée de la mission, sur son coût et sur son apport scientifique. Pour définir cette trajectoire, les scientifiques prennent énormément de données. Gravité, distance, vitesse ou encore pression atmospheric sont ainsi prizes en compte. Mais le plus important, c’est l’impact que peuvent avoir des corps celestes sur a mission spatiale, grace à leur gravité.
A history of gravity
C’est ce qu’on appeal l’assistance gravitationnelle, comme l’a explicit Elisabet Canalias, in a CNES emission you 6 april 2023 : « L’assistance gravitationnelle, c’est profiter de la masse, de l’energie d’un corps afin de modifier la vitesse de la probe sans dépenser du carburant, qui cost un poids additionalnel. Ça rend possible des concepts de missions qui ne le seraient pas autrement. »
Dans le cadre de la mission JUICE, par example, la probe a quitté la Terre le 14 avril 2023. Mais avant d’arriver sur Jupiter, la probe va d’abord passer près de Vénus, en August 2025. La force gravitationnelle de cette Planète va lui permettre de se relancer dans l’espace pour revenir… vers la Terre. Et oui, en 2026, c’est à partir de la gravité de notre planète que la probe JUICE va se propulser à nouveau, avant de revenir encore une fois en 2029.
Ce sera son dernier retour vers la Terre, puisqu’elle se dirigera ensuite définitivement vers Jupiter, où elle est censée arriver en juillet 2031. Une fois arrivée là-bas, la sonde JUICE va cette fois profiter de la gravité des 35 lunes glacées autour de Jupiter pour se propulser entre July 2031 et November 2034, avant d’arriver sur Ganymède un moins plus tard. Au total, il faudra donc plus de 10 ans de voyage pour que la probe atteigne son objectif final, en tirant pleinement parti de la gravité des planètes.
Ce trajet n’est pas une surprise : il a été défini par les scientificifiques pour des raisons bien précises. En étant bien utilisée, la gravité permet aux missions spatiales d’utiliser la force attractive des plans pour accélérer ou ralentir, ce qui permet d’économiser du carburant et de l’énergie. Une donnée qui peut s’avérer cruciale dans le cas d’une mission comme JUICE.
On the 6,100 kg that were propelled, 3,600 consumed au carburant, soit 60% of the total waste of the spatial mission. Sans l’assistance gravitationnelle, la probe aurait été beaucoup plus lourde, puisqu’il aurait fallu encore plus de carburant necessaire, comme c’est expliqué sur le forum StackExchange : « Il faut d’énormes quantités d’energie pour se mettre en orbite terrestre, la quitter et se mettre en orbite autour du Soleil. Il faut also beaucoup plus d’énergie pour élever (or abaisser) l’orbite afin qu’elle corresponde à celle d’une autre planète. Enfin, il faut utiliser plus d’energie pour se mettre en orbite autour de la planète cible. »
De plus, l’économie n’est pas qu’énergétique. The cost of a mission as of Mars 2020 is estimated at 2.5 billion dollars (2.3 billion euros around), the mission JUICE costs a little more than 1.6 billion euros. Certes, ces missions sont d’un levérent, et il est vrai que la Nasa et l’ESA n’ont pas mis les memes moyens. Mais la difference de budget reste notable et les économies réalisées sur le carburant en évitant a voyage rectiligne jouent un rôle incontesté dans cette économie.
All depending on the mission, only Elisabeth Canalias que nous avons also interviewed : « La technology (pour voyager en ligne droite) existe. Mais c’est toujours un compromise between le poids que l’on veut lancer, le lanceur dont on dispose et son prix. Les Americains ont fait des missions directes verse Jupiter. Mais ce sont des contraintes différentes et chaque mission à ses specificités.»
Les imprevus de l’espace
En plus de ces données économiques et techniques, les scientifiques doivent aussi prendre en compte l’environnement extreme dangereux qu’est l’espace, en particulier pour des missions spatiales. Même si elles sont conçues avec des matériaux capables de résister à un bon nombre d’imprévus, il est tout de même compliqué de s’en sortir intact en cas de collision avec des débris spatiaux ou en se prenant des radiations et des tempêtes solaires en plain face.
Ces possibilités, que les scientifiques connaissent, les obligent donc à design une trajectoire la plus sûre possible, pour éviter des incidents qui pourraient bouleverser la mission. ainsi, si a trajectoire en ligne droite peut être plus rapide, ça ne fait qu’accroitre le risque de problems.
Au cours de son vol, a mission spatiale peut also se retrouver confrontée à de la pression atmosphérique ou à des vents solaires. Des éléments qui peuvent perturber les trajectoires de vols et necessiter des corrections en cours de route.
En clair, me si a mission spatiale peut voyager en ligne droite, les imprévus de la route l’obligeraient force à changer sa trajectoire, à un moment ou un autre. Pour éviter au maximum ces dangers, les missions spatiales sont de ce fait contraintes de suivre une trajectoire plus complexe, mais qui permet d’éviter les zones à risque.
Prendre le temps est benefique
Avec de telles contraintes, difficile de justifier un voyage spatial en ligne droite. Économiquement et énergétiquement, ce ne serait pas interesting pour une agence spatiale. Même la Nasa, qui est celle qui dispose du plus gros budget, effectue rarement des missions à la trajectoire rectiligne.
D’autant plus que la plupart de ces missions n’ont pas vocation à aller vite. Au contraire, plus elles sont longues, plus elles sont interesting scientific, comme l’explique Elisabeth Canalias : « Si on est pressés d’avoir des résultats et de gagner du temps, ça (une mission en trajectoire rectiligne) peut être bien. Mais si ce qui compte, c’est faire la mission avec précision, d’arriver à un moment donné avec la charge utile, c’est-à-dire avec les instruments scientifiques que l’on souhaite utiliser, et si on n’ est pas contraints par le temps, il n’y a pas énormément d’avantage en ligne droite.»
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