Le calendrier spatial et astronomique du mois de mars 2015

J’ai failli oublier le calendrier du mois de mars ! Le voici enfin… J’ai attendu l’arrivée du printemps et la fin de l’éclipse solaire du 20 mars pour réapparaître. Le 21 mars, on célébrait aussi les vingt ans de Planète Sciences Midi-Pyrénées à la Cité de l’espace.

La science : attention, c’est dangereux !

Eloignez les enfants… C’est assez savoureux de constater qu’une association qui cherche à intéresser les jeunes aux sciences et techniques fêtait son vingtième anniversaire le lendemain du jour où l’éducation nationale interdisait aux élèves d’observer l’éclipse.

Comme beaucoup d’enseignants et d’animateurs qui ne pouvaient pas se résoudre à ne pas profiter d’un évènement astronomique pour faire découvrir les sciences de manière attractive, j’ai cherché une solution pour permettre à un maximum de personnes d’observer l’éclipse en toute sécurité.

Clin d’œil à l’éclipse : des lunettes, pas d’œillères

La solution pour l’éclipse : des lunettes géantes, pour une observation collective. Mes lunettes géantes en carton on fait… un carton à la Cité de l’espace, où des nombreuses classes se retrouvaient pour observer l’éclipse.

Des lunettes géantes pour observer l’éclipse du 20 mars 2015 à la Cité de l’espace

Revenons à notre calendrier spatial de mars 2015. J’ai choisi trois dates anniversaires :

• 18 mars 1965 : le russe Alexeï Leonov effectuait la première sortie dans l’espace au cours de la mission Voskhod-2.
• 14 mars 1986 : près de 30 ans avant Rosetta, la sonde européen Giotto survolait la comète de Halley.
• 23 mars 2001 : Désorbitation et rentrée dans l’atmosphère de la station MIR.

L’image qui illustre le calendrier du mois de mars a été prise par l’équipage de l’ISS, comme toutes les images de l’année 2015. Il s’agit d’une photographie d’une éruption spectaculaire du volcan Sarychev photographié le 12 juin 2009.

Le volcan Sarychev est un des plus actifs des îles Kouriles au nord-est du Japon. Il est précisément situé dans la partie nord-ouest de l’île Matua. La dernière éruption explosive date de 1989 mais le Sarychev est entré en éruption en 1946, 1954, 1976 et 1986. Comme dans le cas du volcan islandais qui avait donné lieu à un des premiers articles du blog Un autre regard sur la Terre, le trafic aérien commercial a été détourné à cause de l’importante concentration de cendres dans l’atmosphère.

Photographie du volcan Sarychev prise par les astronautes de l’ISS le 12 juin 2009. Appareil Nikon D2XS
avec un téléobjectif de 400 mm de focale. Image référence ISS020-E-09048. Crédit image : NASA

La colonne de fumée qui s’élève du volcan donne l’impression de contenir des cendres de couleur marron et de la vapeur blanche. Le nuage supérieur tout blanc est causé par la condensation de la vapeur d’eau entraînée dans le mouvement convectif ascendant, refroidie en prenant de l’altitude. Ce type de nuage s’appelle un « pileus ». Celui-ci est très spectaculaire. Plus bas, un nuage de cendres plus gris dévale les flancs du volcan.

Cette photographie a été possible grâce à un trou dans la couverture nuageuse centré sur le volcan. Selon la NASA, les spécialistes ne sont pas d’accord sur l’origine de ce trou. La première explication n’a rien à voir avec l’éruption : ce serait un effet habituel du relief d’une île, qui donne parfois naissance aux fameux tourbillons de Karman. Les autres explications sont liées à l’éruption, avec soit une perturbation de la couverture nuageuse pour l’onde de choc ou par la colonne de fumée et de cendres.

Lancements : ça repart !

Du côté des lancements, le mois de février a été nettement plus dense que celui du mois de janvier.

Les lancements du mois de février 2015 et les autres dates anniversaires à retenir en février.
Crédit image : Gédéon
 

Voici quelques détails sur les lancements répertoriés, en incluant également les deux séries de mises en orbite de l’AESP-14 et de deux petits satellites de Planet Labs à partir du module Kibo de l’ISS. Je ne retiens pas les vols suborbitaux, à l’exception du lancement du démonstrateur de rentrée atmosphérique IXV par la fusée Vega VV04.

• 1^er février, 1:21 UTC, Tagashima : lancement d’un satellite de renseignement Radar IGS (Information Gathering Satellite) par une fusée H-IIA (configuration 202). Sur un orbite polaire à 500 km d’altitude, ce satellite est apparemment un satellite de secours pour la constellation comprenant deux satellites optiques et deux satellites Radar.
• 1^er février, 12:31 UTC, Baikonour : lancement du satellite de communication Inmarsat 5 F2 par une fusée Proton-M.
• 2 février, 08:50 UTC, Semnan (Iran) : lancement du satellite d’observation Fajr par une fusée Safir. Rentrée dans l’atmosphère le 26 février. Il ne semble pas y avoir eu de manœuvre du satellite.
• 5 février, 12:50 UTC : mise en orbite d’AESP-14 depuis le module Kibo de l’ISS. AESP-14 est un cubesat 1U (10 cm x 10 cm x 10 cm) brésilien destiné à mesurer la densité et la température du plasma ionosphérique avec une sonde de Langmuir. Aucun signal ne semble avoir été transmis par le satellite.
• 11 février, 13:40 UTC, Kourou : lancement de IXV (Intermediate eXperimental Vehicle) de l’ESA par la fusée Vega VV04 (test de rentrée atmosphérique). Séparé de l’étage supérieur de la fusée à 320 km d’altitude après 18 minutes de vol, l’avion spatial expérimental a atteint une altitude maximale de 412 km. IXV a atterri dans l’océan pacifique après 1h40 de vol et a été récupéré en bon état. C’est Thales Alenia Space qui assure la maîtrise d’œuvre de l’IXV.
• 11 février, 23:03 UTC, Cap Canaveral : lancement de la sonde DSCOVR (Deep Space Climate Observatory) par une fusée Falcon 9 v1.1. Les conditions météo extrêmes n’ont pas permis à SpaceX de mener le test de récupération du premier étage sur une barge mais la descente contrôlée sur l’océan est un résultat prometteur.
• 17 février, 11:00 UTC, Baikonour : lancement du cargo Progress M-26M vers l’ISS par une fusée Soyouz-U 27 février, 11:01 UTC, Plesetsk : lancement du satellite d’observation Cosmos-2503 (Classe Bars-M) pour un Soyouz-2-1A. Altitude moyenne de 555 km et inclinaison de 97,6°. Il emporte une caméra optique Karat d’une résolution d’un mètre et un double altimètre laser.
• 27 février, 14:30 UTC : mise en orbite des satellites d’observation de Planet Labs Flock 1b-27 et Flock 1b-28 depuis le module Kibo de l’ISS. Orbite à 400 km à 51,7°.

En haut, à Baikonour, sous la neige, prête au lancement, la fusée Proton qui va mettre sur orbite
le satellite Inmarsat 5 F2. Crédit image : Roscosmos. En bas, décollage d’une fusée Safir.
Crédit image : Ministère iranien de la défense.

Constantin Tsiolkovski : quitter le berceau à grande vitesse ?

Il a donné son nom à la formule du mois. Constantin Tsiolkovski (1857, 1935) est un scientifique russe d'origine polonaise souvent considéré comme le père de l'astronautique. Dans « L'Exploration de l'espace cosmique par des engins à réaction » (1903), il décrit une fusée permettant de quitter la Terre et explorer d'autres planètes. Les sujets principaux sont abordés : mélange de propergols liquides, chambre de combustion et tuyère, refroidissement par circulation du carburant, guidage, stabilisation gyroscopique.

L'équation qui porte son nom (même si Hermann Oberth l’a également établi de manière indépendante) donne la relation entre le changement de vitesse d’un engin propulsé, le rapport entre sa masse initiale et sa masse finale et la vitesse d’éjection des gaz. C’est ce principe qui amène à concevoir des fusées à étages, pour se débarrasser dès que possible des masses inutiles.

Accélération des fusées : le logarithme népérien pour attendre…

Tous les ingénieurs travaillant sur des missions spatiales l’appellent plutôt « Delat V » pour différence de vitesse. La formule de Tsiolkovski s’écrit sous deux formes selon qu’on s’intéresse à la variation de vitesse ou à la quantité d’ergols nécessaire pour y parvenir :

Masse d’ergols et delta V : les deux versions de la formule de Tsiolkovski. Elles n'expliquent
pourtant pas comment les deux craies tiennent sur le tableau vertical...
Crédit image : Gédéon

Avec :

• DV est la variation de vitesse obtenue à la fin de la phase de propulsion.
• V_e est la vitesse d'éjection des gaz (en m/s).
• g₀ est l’accélération de la pesanteur au sol (en m/s²). ISP est l’impulsion spécifique (exprimée en secondes).
• m_i est la masse au début (i pour initial)
• m_f est la masse à la fin de la phase de propulsion (f pour final).
• Dm = m_f - m_i, variation de masse (quantité d’ergols utilisée).
• ln est la fonction logarithme népérien (je l'ai gardé pour la fin mais il ne perd rien pour attendre...)

L'impulsion spécifique caractérise l’efficacité des propergols. Homogène à un temps, elle s'exprime en secondes. Ce n’est pas intuitif : l’ISP indique la durée pendant laquelle un kilogramme de propergol produit une poussée équivalente à une masse d'un kilogramme (soit une force d'environ 9,81 N) dans le champ gravitationnel terrestre : à poussée égale, plus l'impulsion spécifique d'un propulseur est grande, moins il consomme d'ergols.

Cela explique l’intérêt actuel pour la propulsion électrique qui fournit des poussées relativement faibles mais des impulsions spécifiques élevées (1500 à 2000 secondes à comparer à environ 320 secondes pour un moteur d’apogée classique).

A titre d’exemple, le propulseur à plasma stationnaire PPS®1350-G de Snecma à une impulsion spécifique de 1660 secondes et délivre une poussée de 90 mN (milli-newtons).

En savoir plus :

• Le calendrier spatial et astronomique du mois de janvier 2015.
• Le calendrier spatial et astronomique du mois de février 2015.