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L’espace, un univers impitoyable

Les objets spatiaux évoluent dans un environnement très hostile. Passé le cap difficile du lancement, ils sont exposés au vide spatial, à de forts contrastes de température, à des flux de particules et à des rayonnements nocifs.

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Échanges entre le Soleil et la Terre (© Magnétosphère : Nasa - Soleil (Esa-Nasa-Soho)
Ce document combine une photographie d’une éruption solaire et une vue d’artiste représentant le champ magnétique terrestre

Le Soleil dégage une énergie considérable. Lors des éruptions solaires des rayonnements encore plus forts se font sentir sur les satellites et sont nocifs pour les spationautes et les outils à bord.

Ce document combine une photographie d’une éruption solaire (à gauche) prise par la sonde Soho (Solar and Heliospheric Observatory) lancée en 1995 et une vue d’artiste représentant le champ magnétique terrestre (à droite). D’un diamètre plus de 100 fois supérieur à la Terre, le Soleil agit comme des milliers de centrales nucléaires, dégageant une énergie considérable sous forme de flux de particules libérées dans toutes les directions ; il émet des flux permanents de particules ionisées (vent solaire) qui mettent 2 jours à parvenir à la Terre et qui peuvent modifier son champ magnétique. Lors des éruptions solaires, où des matières ionisées sont projetées depuis la surface du Soleil vers la couronne solaire, les protons émis irradient la Terre en à peine 10 minutes, leur effet se fait alors sentir à bord des satellites. L’éruption s’accompagne d’un intense rayonnement (rayons X, UV…) nocif qui perturbe les transmissions radioélectriques terrestres, les ordinateurs et les panneaux solaires…

L’espace s’étend au-delà de notre atmosphère terrestre. Il peut être considéré comme le vide et se caractérise par d’étonnantes propriétés : de nombreux échanges d’énergie se propagent dans cet environnement par rayonnements multiples, ce sont les ondes électromagnétiques qui se déplacent sans support matériel. De plus, l’espace laisse passer les rayons cosmiques venus des lointains du cosmos. Ces particules sont arrêtées par le champ magnétique terrestre et désintégrées en particules moins énergétiques lors de leur traversée de l’atmosphère.

L’ESPACE, DES CONDITIONS ENVIRONNEMENTALES EXTRÊMES


L’espace est donc cette étendue in(-dé)finie et de densité extrêmement faible qui entoure la Terre et nous sépare des astres et sépare les astres entre eux, exerçant donc des contraintes très fortes sur les composants et objets spatiaux (satellites, sondes…) que l’Homme y envoie. Les divers objets, tels que les satellites qui sont lancés dans l’espace, subissent les contraintes de cet environnement très hostile à leur présence. En effet, après la phase très difficile du lancement (contraintes mécaniques – accélération, vibrations, chocs – et acoustiques très fortes), ces objets spatiaux sont exposés durant toute leur durée de vie aux influences discrètes mais agressives du milieu orbital, au vide spatial, aux forts contrastes de température, à des flux de particules et à des rayonnements nocifs.

C’est la raison pour laquelle les matériaux et les composants électroniques des missions spatiales font l’objet d’une sélection rigoureuse et d’essais très sévères pour s’assurer de leur résistance et de leur fonctionnement lors de la mission. Chambres à vide, lampes reproduisant le spectre solaire mais plusieurs fois amplifié, lampes à ultraviolets, sources de rayonnements gamma, accélérateurs de particules, chambres à plasma… sont utilisés lors des essais de sélection et de qualification. D’autres essais sont aussi effectués sur les équipements de vol assemblés et finalement sur le satellite entier, notamment les essais mécaniques de qualification au lancement. Tout objet lancé vers l’espace subit ainsi une série d’épreuves.

RÉSISTER AUX DENSITÉS DE L’ATMOSPHÈRE


La propulsion par réaction est l’unique moyen actuel de voyager vers l’espace. Son fonctionnement repose sur le phénomène naturel énoncé par Newton, appelé principe de l’action et de la réaction : « À toute action correspond une réaction égale et de sens opposé… ». Le moteur éjecte à très grande vitesse d’importantes quantités de gaz dans une direction donnée. Par réaction à la masse de gaz ainsi générée, le lanceur est propulsé dans la direction opposée. La force délivrée s’appelle poussée, elle doit au minimum être supérieure au poids du lanceur.

En effet, pour pouvoir échapper à l’attraction de la Terre, un objet spatial doit bénéficier d’une impulsion suffisante. La vitesse de libération est la vitesse minimale théorique que doit atteindre un corps à une altitude donnée pour s’éloigner définitivement de la Terre : par exemple, à partir de la surface, s’il n’y avait pas d’atmosphère, un boulet de canon devrait être projeté verticalement à la vitesse de 11,2 km/s, puis acquérir une vitesse horizontale suffisante pour ne plus jamais retomber.

L’atmosphère terrestre est constituée de plusieurs couches de gaz et de particules en suspension, d’une épaisseur totale d’environ 500 km, que la Terre retient à sa surface. Sa densité et sa température diminuent avec l’altitude. En orbite basse (moins de 1000 km), l’objet spatial est donc soumis à la densité atmosphérique. Même très faible, la densité atmosphérique freine le satellite dans son vol (effet de traînée).
Elle a aussi une influence sur l’altitude de l’orbite : par exemple les stations spatiales, de large voilure et en orbite très basse, doivent être périodiquement manoeuvrées pour remonter leur altitude. Dans certains cas, cet effet est sciemment utilisé pour freiner une sonde interplanétaire et la placer en orbite de la planète de destination. Enfin, au terme de sa course, lors de sa retombée dans l’atmosphère, le satellite se désintègre quand la friction de l’air et la température sont maximales.

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