Comment les engins spatiaux rentrent-ils sur Terre ?

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Lancer un vaisseau spatial dans l'espace est une chose. Le ramener en est une autre.

La rentrée des engins spatiaux est une affaire délicate pour plusieurs raisons. Lorsqu'un objet pénètre dans l'atmosphère terrestre, il subit quelques forces, comprenant la gravité et glisser . La gravité ramènera naturellement un objet vers la terre. Mais la gravité seule ferait tomber l'objet à une vitesse dangereusement élevée. Heureusement, l'atmosphère terrestre contient des particules d'air. Lorsque l'objet tombe, il frappe et frotte contre ces particules, création friction . Ce frottement fait que l'objet subit une traînée, ou résistance à l'air , qui ralentit l'objet à une vitesse d'entrée plus sûre. En savoir plus sur ces facteurs dans « Et si je jetais un sou de l'Empire State Building ? »

Pete Turner/Collection Pierre/Getty Images
Les objets qui pénètrent dans l'atmosphère terrestre font face à un voyage difficile. Voir plus de photos de vaisseaux spatiaux et de navettes spatiales.

Cette friction est une bénédiction mitigée, toutefois. Bien qu'il provoque une traînée, il provoque également une chaleur intense. Spécifiquement, les navettes font face à des températures intenses d'environ 3000 degrés Fahrenheit (environ 1649 degrés Celsius) [source :Hammond]. Corps émoussé conception aide à atténuer le problème de chaleur. Lorsqu'un objet - avec une surface émoussée tournée vers le bas - revient sur Terre, la forme émoussée crée un onde de choc devant le véhicule. Cette onde de choc maintient la chaleur à distance de l'objet. À la fois, la forme émoussée ralentit également la chute de l'objet [source :NASA]. Le programme Apollo, qui a déplacé plusieurs navires habités depuis l'espace au cours des années 1960 et 1970, enduit le module de commande de spécial ablatif matériel qui a brûlé lors de la rentrée, absorbant la chaleur.

Contrairement aux véhicules Apollo, qui ont été construits pour un usage unique, les navettes spatiales sont des lanceurs réutilisables (RLV). Ainsi, au lieu d'utiliser simplement du matériel ablatif, ils doivent incorporer une isolation durable. Sur la page suivante, nous approfondirons le processus de rentrée moderne des navettes.

La disparition du satellite
Les satellites n'ont pas à rester indéfiniment en orbite terrestre. Les vieux satellites retombent parfois sur Terre. En raison des conditions difficiles de rentrée, ils peuvent gravement brûler en descendant. Cependant, certains d'entre eux peuvent survivre à la chute et toucher la surface de la Terre. En chutes contrôlées, les ingénieurs manipulent les systèmes de propulsion d'un satellite pour le faire tomber en lieu sûr, comme l'océan.

La descente d'une navette spatiale

Re-entrer sur Terre, c'est tout attitude contrôler . Et, non, cela ne signifie pas que les astronautes doivent garder une attitude positive (bien que cela soit toujours utile). Plutôt, il se réfère à l'angle sous lequel le vaisseau spatial vole. Voici un aperçu d'une descente en navette :

Quitter l'orbite :Pour ralentir le vaisseau à partir de sa vitesse orbitale extrême, le navire se retourne et vole en fait vers l'arrière pendant un certain temps. Les moteurs de manœuvre orbitale (OMS) ont ensuite poussé le navire hors de son orbite et vers la Terre.

Descente à travers l'atmosphère :Une fois qu'il est hors orbite en toute sécurité, la navette tourne à nouveau le nez en avant et entre dans l'atmosphère à plat ventre (comme un ventre-flop) pour profiter de la traînée avec son fond émoussé. Les ordinateurs tirent le nez vers un angle d'attaque (angle de descente) d'environ 40 degrés.

Atterrissage :Si vous avez vu le film "Apollo 13, " vous vous souvenez peut-être que les astronautes retournent sur Terre dans leur module de commande et atterrissent dans l'océan où les sauveteurs les récupèrent. Les navettes spatiales d'aujourd'hui ressemblent et atterrissent beaucoup plus à des avions. Une fois que le navire est suffisamment bas, le commandant prend en charge les ordinateurs et fait glisser la navette vers une piste d'atterrissage. Comme il roule le long de la bande, il déploie un parachute pour le ralentir.

Nasa
Les bords d'attaque et le nez de la navette utilisent du matériau RCC.

Le voyage de retour sur Terre est chaud. Au lieu des matériaux ablatifs trouvés sur le vaisseau spatial Apollo, les navettes spatiales d'aujourd'hui ont des matériaux spéciaux résistants à la chaleur et des tuiles isolantes qui peuvent supporter la réentrée de la chaleur.

Carbone Renforcé Carbone (RCC) :Ce matériau composite recouvre le nez et les bords de l'aile, où les températures deviennent les plus chaudes. En 2003, Le RCC de Columbia a été endommagé lors du décollage, provoquant sa combustion à la rentrée, tuant les sept membres d'équipage.

NASA/Frontières spatiales/Archives Hulton/Getty Images

Dans cette image, Les travailleurs de la NASA montrent où le Columbia a subi des dommages aux tuiles lors de son vol inaugural.
Isolation de surface réutilisable à haute température (HRSI) :Ces tuiles de silice noire se trouvent au bas de la navette et à divers autres endroits pouvant atteindre jusqu'à 2, 300 degrés Fahrenheit (1, 260 degrés Celsius).

Isolant composite fibreux réfractaire (FRCI) :Ces tuiles noires ont remplacé les tuiles HRSI à de nombreux endroits car elles sont plus résistantes, plus léger et plus résistant à la chaleur.

Isolation de surface réutilisable à basse température (LRSI) :Ces tuiles de silice blanche sont plus minces que les tuiles HRSI et protègent diverses zones des températures jusqu'à 1, 200 degrés F (649 degrés C).

Isolation de surface flexible et réutilisable avancée (AFRSI) :Fabriqué en tissu de verre de silice, ces couvertures extérieures sont installées sur la partie supérieure avant d'une navette et résistent à des températures allant jusqu'à 1, 500 degrés F (816 degrés C). Au cours des années, ceux-ci ont pris le relais pour une grande partie du matériel LRSI sur une navette.

Isolant de surface réutilisable en feutre (FRSI) :Ce matériau supporte des températures allant jusqu'à 700 degrés F (371 degrés C) et est fait de feutre Nomex blanc traité thermiquement (un matériau utilisé dans les vêtements de protection des pompiers).

Consultez les liens de la page suivante pour en savoir plus sur les défis posés par l'exploration spatiale.

Rappels amers
Tout comme la catastrophe de Challenger en 1986 nous a rappelé à quel point les lancements de navettes sont risqués, la catastrophe de Columbia nous a rappelé à quel point la rentrée atmosphérique est dangereuse. En 2003, la navette spatiale Columbia et ses sept membres d'équipage ont brûlé alors qu'ils retournaient sur Terre. Après enquête, La NASA a découvert que des dommages à l'aile gauche (qui se sont effectivement produits pendant le décollage), a laissé entrer de l'air chaud lors de la rentrée et a fait perdre le contrôle de la navette et s'enflammer.

La descente d'une navette spatiale

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