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Catapulte spatiale

Technique d'assistance gravitationnelle
14/08/2015
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Pour atteindre un objet céleste, les sondes spatiales ne voyagent pas en ligne droite jusqu’à leur cible, mais se déplacent d’une planète à l'autre pour économiser de l’énergie. Comment ? En tirant profit de la force gravitationnelle des planètes, c’est ce qu’on appelle la technique d’assistance gravitationnelle (effet de fronde ou encore effet catapulte).

Depuis le lancement de la première sonde spatiale il y a plus de 55 ans, les scientifiques cherchent à explorer des cibles plus lointaines en transportant une multitude d’équipements scientifiques à bord. Pour relever ce défi tout en consommant le moins de carburant possible, il faut exploiter la gravité pour donner de la vitesse à la sonde et lui faire changer de direction.

La sonde Mariner 10 est la première sonde à avoir utilisé la technique d’assistance gravitationnelle pour se propulser vers Mercure, sa cible. Sur sa route, à l’approche de Vénus, Mariner 10 est entrée dans la zone d’influence de la planète. Cette zone, appelée aussi sphère de Hill ou sphère de Roche (du nom de deux mathématiciens et astronomes), est une région dans laquelle un objet reste en gravitation malgré l’attraction d’un troisième astre. Par exemple, la Lune se trouve dans la sphère de Hill de la Terre. Elle est assez proche de notre planète pour ne pas être attirée par le Soleil. La sonde, en entrant dans la zone d’influence de Vénus, prend de la vitesse puis se libère petit à petit de l’attraction de la planète avec une vitesse et une orientation différentes en direction de Mercure. La trajectoire et la vitesse de la sonde sont calculées au préalable pour éviter que celle-ci entre en orbite mais aussi pour empêcher une collision !

Cette technique a l’air assez simple sur le papier, mais nécessite évidemment des calculs très complexes. De nombreux facteurs sont pris en compte comme la masse de la planète survolée, l’altitude de survol et la vitesse de la sonde… Pour gagner de la vitesse, il faut que la sonde effectue son survol dans le sens de déplacement de la planète autour du Soleil, dans le cas contraire, elle ralentira. Pour que la manœuvre fonctionne, un seul astre doit agir sur la sonde et la masse du véhicule spatial doit être minime comparée à celle de la planète pour ne pas perturber son mouvement.

Dans l’histoire de la conquête spatiale, plusieurs sondes ont fait appel à la technique d’assistance gravitationnelle pour atteindre leur but. La sonde Galileo s’est servie de l’attraction de Io, satellite de Jupiter. La sonde Voyager a profité de l’attraction de Jupiter pour atteindre Saturne, Uranus puis Neptune. La sonde Cassini-Huygens a utilisé cette technique à quatre reprises pour parvenir à Saturne, deux fois en passant proche de Vénus, puis de la Terre et de Jupiter.





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