Assistance gravitationnelle

Assistancegravitationnelle
L'assistancegravitationnelleouappuigravitationnel,dansledomainedelamécaniquespatiale,estl'utilisationvolontairedel'attractiond'uncorpscéleste
(planète,Lune)pourmodifierendirectionetenvitesselatrajectoired'unenginspatial(sondespatiale,satelliteartificiel…).L'objectifestd'utilisercephénomène
pouréconomiserlecarburantquiauraitdûêtreconsomméparlemoteur-fuséeduvéhiculepourobtenirlemêmerésultat.Touteslessondesspatialesàdestination
descorpscélesteséloignésdelaTerreontrecoursàcetteméthode.
Sommaire
1 Explication
2 Illustrationsdel'utilisationdel'assistancegravitationnelle
3 Exemples
3.1 Voyager2
3.2 Cassini-Huygens
4 Autrescasd'utilisation
5 Source
6 Voiraussi
6.1 Liensexternes
Explication
Dansunpremiertemps,l'enginspatials'approchedelaplanèteetfinitparrentrerdanssazoned'influence(ilentredanssasphèredeHill).Lechampgravitationnel
attiredeplusenplusl'enginspatialquivoitsavitesseaugmenter:il«tombe»verslaplanèteetdoncaccélère.Latrajectoiredel'enginaétéétabliedemanièreà
éviterunecollisionaveclaplanètechoisie.Ildépassedonclaplanètesainetsaufetsortprogressivementduchampgravitationneldecelle-ci,enperdantpetitàpetit
delavitesse.Àlafindusurvol(lorsqu'ilsortdelasphèredeHill),l'enginspatialagrossièrementperduautantdevitessependantlaphasedesortiequ'ilenagagnée
pendantlaphased'entrée.Cettevitesseacependantchangé,engrandeuretsurtoutendirection.
Dupointdevuedelaplanète,l'enginsuitunetrajectoirehyperbolique,tracéedesonpointd'entréedanslasphèredeHilldelaplanètejusqu'àsasortie.Àcespoints,
lavitesserelativedel'enginestlamême,maissonorientationestdifférente.DupointdevueduSoleil,ladirectionetlavaleurdelavitessedel'enginontchangé.
Cecipermetsoitd'envoyerl'enginplusloinduSoleil(ilempruntealorsdel'énergieetdumomentangulaireàlaplanète),ouaucontrairedediminuersonorbite
(l'engindonneénergieetmomentangulaireàlaplanète).C'estprécisémentparcemécanismequelesplanètespeuventcapturerdescomètesouéjecterdes
astéroïdesdusystèmesolaire.
Illustrationsdel'utilisationdel'assistancegravitationnelle
Unesondespatialefrôleuneplanèteselondeuxscénarios.Lacourberougedanslegraphiquereprésentel'évolutiondelavitessedelasondespatialedansletemps.
Enpassantàl'arrièredelaplanèteparrapportàsondéplacementsursonorbite,lasondeexerceuneattractionsurlaplanètequidiminuelégèrementsavitesseet
sonénergiecinétique;parconservation,letransfertd'énergieprofiteàlasondequigagnedelavitesseaprèssonpassage.Àl'inverse,enpassantàl'avantdela
planète,lasondecèdeunepartiedesonénergiecinétique,cequiluifaitperdredelavitesse.
Trajectoirepermettant
d'augmenterlavitesse
Trajectoirepermettantde
diminuerlavitesse
Exemples
Voyager2
Voyager2,quiafaitletourdesplanètesgéantes,aétélancésuruneorbitestandarddetransfertdeHohmannversJupiter.SiJupitern'avaitpasétélàaumomentde
l'arrivéeduvaisseauspatial,celui-ciauraitcontinuésursonorbiteetseraitrevenuversl'orbitedelaTerre.
L'arrivéedelasondespatialeaétésoigneusementcalculéedesortequ'ellepassederrièreJupiterdanssonorbiteautourdu
Soleil.Quandlasondeestarrivée,elleest«tombée»versJupiter,sousl'influencedesonchampdegravité.L'orbiteétait
néanmoinsfaitepourquelasondepasseprèsdeJupitermaisnes'écrasepasdessus.Aprèss'êtreapprochétrèsprèsdeJupiter
elles'estalorséloignéedelaplanète.Pendantcettephased'éloignement,ellearalentiparrapportàJupiter.Eneffetelle
«s'élevait»parrapportàJupiter,etdoncralentissaitcommeelleavaitaccéléréquandelleétaittombéeverslui.Danslecas
destrajectoiresdansl'espace,ilyaconservationdel'énergie:lasondeadoncquittéJupiter(onentendparlàquitterlazone
d'influencegravitationnelledeJupiter)aveclamêmeénergiequequandelleyétaitarrivée.
Cependant,dansleréférentielhéliocentrique,l'énergiedelasondeabienchangé.Eneffetsonvecteurvitesseatournédansle
référentieldeJupiter,grâceàlagravitation.Etlefaitqu'ilaittourné,faitqu'àlasortiedelasphèred'influencedeJupiter,la
sommeentrelevecteurvitessedelasondedansleréférentieldeJupiteretlevecteurvitessedeJupiterautourdusoleil
(sommequiestdonclevecteurvitessedelasondeautourdusoleil)estplusimportantequ'avantcarl'angleentrelesdeux
vecteursestplusfaible.
Donclaforcedegravitéestréciproque:silasondeabienétéaccéléréeparJupiter,alorsJupiteraaussiétéralentieparla
sonde.Néanmoins,ceralentissementdeJupiteresttoutàfaitinfimepuisquedépendantdurapportentrelamassedelasonde
(moinsd'unetonne,soit1×103kg)etlamassedeJupiter(environ2×1027kg).Desmilliersdesondespourraientêtreenvoyées
decettefaçonsansqueJupiternesoitnullementperturbéedanssacourseautourduSoleil.
Cettetechniqueaétérépétéeensuiteàl'approchedeSaturneetUranus.
Cassini-Huygens
Tracédelavitessehéliocentriquede
Voyager2enfonctiondesadistance
auSoleil,illustrantl'utilisationde
l'assistancegravitationnellepour
accélérerlasondeaupassagede
Jupiter,Saturne,UranusetNeptune.
LasondeCassini-Huygens(sondespatiale)autiliséàplusieursreprisesl'assistancegravitationnellepourparveniràSaturne.Elleamodifiésonvecteurvitesse
d'abordenpassantàdeuxreprisesprèsdeVénuspuislaTerreetenfinJupiter.L'utilisationdel'assistancegravitationnelleaallongésatrajectoirequiaduré6,7ans
aulieudes6ansnécessairespouruneorbitedetransfertdeHohmanmaiselleapermisd'économiserundelta-Vde2km/spermettantàcettesondeparticulièrement
lourded'atteindreSaturne.Ilauraitfalludonnerunevitessede15,6km/sàlasonde(ennégligeantlagravitédeSaturneetdelaTerreainsiqueleseffetsdela
trainéeatmosphérique)pourlaplacersurunetrajectoiredirectecequ'aucunlanceuràl'époquen'auraitétécapabledefaire.
VitessedeCassiniparrapportauSoleil.L'effetdel'assistance
gravitationnellesetraduitparlespicsvisiblessurlagauchedugraphique.
Lespicsdedroitesontdusàl'orbitedelasondeautourdeSaturne.La
vitesseestindiquéeenkm/s.Onpeutremarquerquelavitesseminimale
delasondeautourdeSaturneestégaleàlavitesseorbitaledeSaturne
soitàpeuprès5km/s,vitessequiaétéatteinteparlasondelorsqu'ellea
étécapturéeparSaturne.
Autrescasd'utilisation
L'assistancegravitationnelleestégalementutilisée:
lorsquelesconditionsdelancementsontmoinsfavorablesquecequiavaitétéprévuàlaconceptiond'unesondeinterplanétairelerecoursàl'assistance
gravitationnellepermetdenepaschangerdelanceuroudenepasrevoirlaconceptiondelasonde.Onmodifielatrajectoireenajoutantuneouplusieurs
assistancesgravitationnelles.LasondeGalileoadûs'accommoderd'unlanceurmoinspuissantqueprévucequiaétécompenséenmodifiantsatrajectoireeten
ajoutantplusieursassistancesgravitationnelles.
l'assistancegravitationnellepermetderéaliserunemissionmalgrédescontraintesfinancièresimportantes:dèslaconceptionlechoixd'utiliserl'assistance
gravitationnelledemanièreplusoumoinsimportantepermetd'allégerlasondeetderéduirelapuissancedulanceur.Onéchangeuncoûtcontrel'allongementdu
transitversl'objectif.
Source
Arrêtédu20février1995relatifàlaterminologiedessciencesettechniquesspatiales.
Voiraussi
Liensexternes
Transfertsd'orbiteetassistancegravitationnelle(http://spacehole.free.fr/normal/webspace/trajectoire.html)
Simulationparamétrabledel'assistancegravitationnelle(animationFlash)(http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Planetes/assist_grav.ht
ml)
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