De la terre à l'espace

Etxebeste Aduriz, Egoitz

Elhuyar Zientzia

La curiosité de l'être humain pour voyager, pour découvrir de nouveaux lieux a toujours existé. Il commence par les continents, puis la mer, le ciel et l'espace. L'espace, la dernière conquête de l'être humain. Lorsqu'il n'est pas directement possible, en nous envoyant des témoins pour obtenir des informations, mais les planètes, les satellites et les astéroïdes sont devenus des buts et des objectifs importants.
De la terre à l'espace
01/03/2007 Etxebeste Aduriz, Egoitz Elhuyar Zientzia Komunikazioa

Lancement de la fusée Soiuz TMA-6.
ANDÉN
Le premier obstacle pour voyager dans l'espace est sur Terre. Et ce n'est pas le moindre obstacle. On dit que sur Terre nous sommes dans un puits de gravité, c'est-à-dire que nous sommes très proches d'une grande masse et nous devons surmonter la force de gravité que cette masse (la Terre) nous produit si nous voulons quitter la Terre.

Pour cela, il est nécessaire d'obtenir une énergie cinétique capable de faire face à cette énergie potentielle, ou ce qui est la même, une vitesse qui permet de faire face à la gravité. On appelle vitesse d'échappement à la vitesse minimale nécessaire pour sortir d'un champ gravitationnel et en surface elle est de 11,2 km/s. C'est-à-dire, si un corps en surface est donné cette vitesse, il aura l'énergie cinétique suffisante pour échapper au champ gravitationnel de la Terre.

Pour surmonter ce premier problème, vous avez besoin d'une grosse fusée pleine de rois jusqu'au cou. En fait, le carburant nécessaire pour l'expédition d'une charge dans l'espace pèse plus que la charge elle-même.

En brûlant ce carburant, le gaz chaud sort dirigé dans une direction et à grande vitesse, et par réaction d'action obtient la poussée que la fusée monte. La fusée ne démarre pas à une vitesse de 11,2 km/s, mais en continuant à brûler du carburant sur le chemin, on obtient plus d'énergie cinétique et donc suffisamment de démarrage à moindre vitesse.

Mais les fusées ne servent qu'à aller simple. Ils ne peuvent pas être réutilisés. À mesure qu'ils avancent dans le voyage, les parties se libèrent pour réduire le poids et augmenter la vitesse, et finissent par perdre dans la mer, dans l'orbite de la Terre ou dans l'espace. Ils ne sont pas récupérés.

Les Russes, par exemple, utilisent des fusées de Soyuz pour déplacer les astronautes à la Station spatiale internationale (ISS), puis atterrir dans une capsule. Dans les fusées Soiuz peuvent aller 3 astronautes et dans chaque voyage il faut utiliser une nouvelle fusée.

Le ferry Columbia atterrit.
ANDÉN

Les Américains, quant à eux, utilisent des ferries spatiales pour effectuer des voyages aller-retour. Contrairement aux fusées, elles sont dans une certaine mesure réutilisables. Le lancement est fait de la même manière que les fusées, mais ils sont capables d'atterrir comme des avions, de sorte qu'ils peuvent être utilisés à plusieurs reprises. Les transbordeurs de la NASA sont conçus pour une centaine de vols, avec une capacité de 5 à 7 astronautes par voyage. Cependant, depuis l'accident de Columbia en 2003, ils sont en déclin et pratiquement hors d'usage. En outre, selon les déclarations de la NASA de 2004, il est prévu le retrait des ferries pour 2010 et leur remplacement par des bateaux spatiaux d'Orio en phase de développement. Et ces nouveaux vaisseaux spatiaux serviront à aller d'abord à la Lune, puis à Mars.

Mais tant les vols des fusées Soiuz que ceux des ferries spatiales sont généralement orbitales, c'est-à-dire qu'ils ne vont pas au-delà de l'orbite terrestre. Actuellement, ils sont les seuls voyages que l'être humain effectue.

Premier arrêt: La lune

Laissant derrière vous les voyages orbitaux, l'arrêt le plus proche de l'espace est la Lune. En fait, il se trouve également dans l'orbite de la Terre.

Image prise par la sonde Voyager 2 à Neptune.
ANDÉN
Il y a près de 40 ans que l'homme est arrivé sur la Lune, mais depuis lors la technologie des fusées n'a pas beaucoup changé, laissant de côté l'électronique. En outre, le Saturn V, utilisé dans les missions Apollo qui a conduit l'homme à la Lune, a été la fusée la plus grande et la plus puissante jamais utilisée. Il n'a pas été utilisé ultérieurement.

Actuellement, presque toutes les agences spatiales ont des projets pour revenir à la lune. Les agences spatiales européennes, chinoises, japonaises et américaines prévoient d'aller à la lune vers 2020. Et aussi les Indiens et les Russes en 2030. Mais ils ne parlent pas seulement d'aller, mais de rester là, parce qu'ils ont des plans pour construire une base fixe. Les Japonais veulent faire la base d'ici 2030, tandis que les Chinois et les Américains affirment qu'il est possible pour 2024. Maintenant, ils essaient de parvenir à des accords internationaux.

La NASA et l'ESA regardent aussi au-delà de la Lune et voient la Lune comme un passage intermédiaire vers Mars. Le programme Aurore de l'ESA, par exemple, vise à atteindre Mars en 2030.

Aux planètes

Mais pour l'instant, seules les sondes spatiales voyagent sur les planètes. Ces sondes sont placées à l'extrémité des fusées pour pouvoir sortir du sol. C'est-à-dire que la fusée est chargée de donner de la vitesse à la sonde puis, une fois sortie de l'influence de la Terre, la fusée peut être laissée en arrière et aller par inertie partout où elle veut. Mais pour cela, il est nécessaire de donner la bonne direction. Et il faut être très fin, car la taille des planètes est très petite par rapport à leur orbite.

Il y a 40 ans que dans la mission Apollo XI l'homme est arrivé à la Lune.
ANDÉN

Pour atteindre l'objectif souhaité, des simulateurs de gravité effectuent des calculs très précis. Ces simulateurs simulent le parcours de la sonde, en tenant compte de la gravité de toutes les autres planètes et masses, en calculant en plus de la direction à donner à la sonde le temps exact de lancement. Ceci est appelé fenêtre de lancement.

Cependant, la sonde elle-même a également de petits propulseurs pour effectuer des corrections de direction. Par conséquent, la fusée vous donne la vitesse et la direction, mais ensuite vous pouvez faire des corrections sur la route.

Bonbons sans impact

Comme déjà indiqué, l'envoi d'une sonde à une planète doit tenir compte de la force de gravité des planètes qui vont agir le long du chemin. Mais non seulement il est pris en compte, vous pouvez également utiliser le champ gravitationnel des planètes pour obtenir une vitesse plus élevée. C'est ce qu'on appelle l'aide gravitationnelle. Par exemple, l'aide gravitationnelle de Jupiter et de Saturne peut être très utile pour aller à Uranus.

Pour bénéficier de l'aide gravitationnelle, il est nécessaire de diriger la sonde derrière une planète de grande masse. C'est-à-dire, faire passer la sonde par le point qui vient de passer la planète dans son orbite. Ainsi, la planète attirera et, par conséquent, vous donnera la vitesse. Une fois la vitesse atteinte, vous pouvez sauter sur la planète suivante comme un jeu de billard spatial. De plus, cette façon de voyager permet d'observer plusieurs planètes dans une même mission.

(Photo: QUAI)
L'aide des planètes a été l'un des grands succès de la NASA dans la mission Voyager. Les sondes Voyager 1 et Voyager 2 ont été envoyées en 1977 dans le but de se faire profiter de l'emplacement inhabituel de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Le premier a visité Jupiter et Saturne, ses lunes Io et Titan. Pour l'observer, il dut quitter le chemin d'Uranus, et c'est aujourd'hui celui qui est arrivé le plus loin du Soleil dans des objets créés par l'homme.

De son côté, la sonde Voyager 2 quitta Titan et, en plus de Jupiter et de Saturne, visita Uranus et Neptune en 1986 et 1989. Voyager 2 est le seul à avoir visité ces deux dernières planètes.

Le soutien gravitationnel est si utile que le voyage peut parfois commencer dans le sens inverse. Pour envoyer Saturne Cassini-Huygens, il a d'abord été envoyé à Vénus. Là, il a reçu l'aide gravitationnelle à deux reprises, puis, avec l'aide de la Terre et de Jupiter, il a servi à atteindre Saturne.

En ce moment, la sonde New Horizons vient d'avoir l'aide de Jupiter, ou elle le fait pour atteindre Pluton et Karon. Oui, alors qu'il est près de Jupiter, il prend des photos pour étudier cette planète et ses quatre plus grandes lunes. Ce travail, qui se poursuivra jusqu'en juin, devrait arriver à Pluton pour 2015. S'il n'avait pas l'aide gravitationnelle de Jupiter, il faudrait quatre ans de plus pour arriver à Pluton.

Prochain arrêt : Mars ?

Le corps humain n'est pas capable de vivre longtemps sans gravité.
ANDÉN

Bien que les sondes spatiales sont venues très loin, dans le cas de l'homme les choses se compliquent beaucoup. Après leur retour sur la Lune, les agences spatiales ont marqué l'objectif suivant sur Mars. Mais ce ne sera pas facile. En fait, la mission d'ici Mars peut être presque deux ans. Aujourd'hui, cela signifie que les astronautes devraient vivre deux ans sans gravité. Et le corps humain n'est pas capable de vivre sans gravité pendant si longtemps.

En l'absence de gravité, les os perdent du calcium, les muscles s'atrophient, le système cardiovasculaire ralentit, moins les globules rouges se forment et le système immunitaire s'affaiblit, entre autres. En fait, il est souvent mentionné que le manque de gravité ressemble aux processus qui se produisent avec l'âge. Par conséquent, ce type de voyages nécessiterait des navires spatiaux qui génèrent la gravité artificielle. Mais, pour l'instant, il n'existe pas.

Ceux qui rêvent d'aller sur les planètes comme des touristes, de sorte qu'ils devront faire face, pour le moment, à la réalisation de vols orbitaux. Et pour cela, ils doivent garder la poche chaude. L'Agence spatiale russe offre des voyages spatiaux pour 15 millions d'euros et tous les vols jusqu'en 2009 sont occupés.

Une promenade dans l'espace

Le premier touriste de l'espace était Dennis Tito, qui a passé sept jours à l'ISS en 2001. Ils ont été et seront plus. En outre, il ya beaucoup d'entrepreneurs qui ont entendu de l'argent sur les voyages spatiaux et il ya plusieurs projets en cours. La plupart proposent des véhicules qui effectueront des vols suborbitants et prévoient de voyager à une altitude comprise entre 100 et 160 kilomètres.

Module de test Genèse 1.
Bigelow Aerospace
Lors de ces voyages, les voyageurs auraient la possibilité d'être entre 3 et 6 minutes sans gravité, d'observer parfaitement les étoiles et de voir la courbure de la Terre. On estime en principe que le prix du voyage avoisinera les 150 000 euros, mais on s'attend à ce qu'il descende, jusqu'à 30.000 ou 20.000 euros, voire plus.

Le vaisseau spatial SpaceShip One peut être utilisé pour ce type de voyage. Il s'agit du premier vaisseau spatial financé exclusivement par de l'argent privé qui en 2004, dans un délai de deux semaines, a réussi à monter deux fois à 100 kilomètres de hauteur, avec 3 personnes à l'intérieur. Maintenant, ils veulent lancer une flotte de ce type de vaisseaux spatiaux pour compléter la ligne spatiale Virgin Galactic. Ils ont déjà commencé à réserver des vols et espèrent que le premier vol aura lieu en 2008.

Un autre projet privé est Blue Origin. La vidéo du vol du premier prototype appelé Goddard a été récemment exposée en novembre 2006. L'aspect de Goddard est curieux : il a la forme d'une cloche et de quatre pattes, et prend congé et atterrit verticalement. Dans ce premier test, il a seulement grimpé à 85 mètres. Toutefois, l'offre de vols commerciaux devrait commencer à 100 kilomètres en 2010. Sur ces vols, outre le pilote, trois autres personnes devraient venir.

Hôtels mille étoiles

Mais, en plus des voyages, il y a ceux qui veulent lancer l'entreprise des logements spatiaux. Bigelow Aerospace reprend la conception des habitats spatiaux gonflables du programme Transhab abandonné par la NASA en son temps et déjà en juillet 2006 il a envoyé en orbite le module de test Genesis 1. Cette année, ils prévoient d'envoyer Genesis 2 et de lancer la première station spatiale commerciale pour 2010. Il s'appellera Nautilus et aura 330 m 3.

Le vaisseau spatial SpaceShip One après un vol.

La colonisation de l'espace commencera-t-elle avec les logements spatiaux ? Et c'est que, au moins certains croient que cela arrivera tôt ou tard. Michael Griffin, directeur général de la NASA, a déclaré: "...à long terme, les espèces de la planète Terre ne pourront pas survivre... Si les êtres humains veulent vivre des centaines, des milliards d'années, nous devrons coloniser d'autres planètes... Je ne sais pas quand il sera, mais un jour viendra où, hors de la Terre, il vivra plus de gens que sur Terre... Je sais que l'homme colonisera le système solaire et un jour il arrivera plus loin..."

Basé sur l'interview de l'ingénieur Danel Madariaga dans l'émission de radio Norko Ferrokarrilla. Pour écouter l'interview: www.elhuyar.com/norko_ferrokarrilla/

Voiliers dans l'espace
Les vaisseaux spatiaux ont besoin de beaucoup de carburant, surtout pour quitter la Terre. Mais dans l'espace, vous pouvez également voyager sans carburant: les voiliers solaires.
Les voiliers solaires ont des voiles très fines de grande surface, et bien qu'il y ait aussi du vent solaire, ils se servent de la lumière solaire, surtout pour atteindre la poussée. Le soleil, en plus de la lumière et de la chaleur, émet des particules à très grande vitesse, ce qui est connu comme vent solaire. Cependant, ces particules sont si rares (~10 particules/cm 3 ) que la poussée qu'elles donneraient à un voilier solaire est 10 fois inférieure à celle qui produirait la réflexion de la lumière solaire.
Représentation du voilier solaire Cosmos 1.
(Photo: J. Ballentine)
Les voiliers solaires peuvent être 40 à 100 fois plus fins que le papier, fabriqués avec des matériaux légers et réfléchissants. En reflétant les photons dans ces membranes miroir on obtient une poussée qui, bien que petite, est constante et peut être utile pour effectuer diverses manœuvres dans l'espace sans utiliser de combustibles.
Pour l'instant, ils n'ont pas réussi à utiliser avec succès des voiliers avec lumière solaire comme principale force de propulsion. Mais ils ont fait plusieurs tests. En 2005, par exemple, Cosmos 1 a été envoyé, mais la fusée a échoué et n'a pas réussi à le mettre en orbite. En 2006, cependant, Soraseiru a envoyé un voilier solaire sabupeiro-do, qui n'a pas réussi à se développer correctement.
Vivre dans l'espace
La colonisation de l'espace est l'un des thèmes les plus traités de science-fiction, mais pas seulement cela : l'implantation de colonies humaines dans l'espace est un objectif à long terme de divers programmes spatiaux.
Bien que certains croient que les premières colonies seront installées sur la Lune et sur Mars, beaucoup d'autres parlent de colonies orbitales. Certains groupes de la NASA ont étudié la possibilité de réaliser ces colonies orbitales, selon lesquelles sur la Lune et les astéroïdes environnants il y a assez de matériel, il est disponible en grandes quantités d'énergie solaire solaire et ne nécessite pas de grandes avancées scientifiques. Oui, il faudra faire beaucoup d'ingénierie.
(Photo: D. Davis)
Des dessins de colonies orbitales ont également été réalisés. Un des exemples est le Standford Torus proposé par la NASA en 1975. Il serait un anneau d'un mile de diamètre qui tournerait une minute pour obtenir la gravité artificielle par la force centrifuge. La lumière solaire pénétrerait par des miroirs et l'intérieur aurait la forme d'une longue vallée. Il simulerait un environnement naturel qui abriterait 10.000 personnes.
Celui qui veut connaître un Standford Torus a la chance d'attendre qu'un jour quelque chose de semblable se fasse, ou dans Kubrick 2001: Voir le film A Space Odyssey.
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