Si tout se passe comme prévu, un dragon enflammé illuminera le ciel au-dessus de l'Atlantique avant, espérons-le, de se rafraîchir avec un amerrissage aqueux le 8 mars. Station (ISS), et vise à y transporter des astronautes dans quelques mois. Maintenant, il fait face à l'une des parties les plus dangereuses de sa mission - revenir sur Terre en toute sécurité.

L'ISS, et la capsule Dragon 2 désormais amarrée, sont actuellement en orbite à une vitesse de 27, 600 km/h, à environ 400 km au-dessus de la surface de la Terre. Pour donner à un objet en orbite un atterrissage en toute sécurité, ce qui est évidemment particulièrement important s'il s'agit de transporter des astronautes, cette vitesse énorme doit être réduite à environ zéro lorsqu'elle atteint la surface de la Terre.

Ce changement de vitesse va provenir d'un mélange de tirs de roquettes, friction, traînée d'air, des parachutes et enfin de l'eau. Un aspect crucial pour y parvenir est de calculer à quel angle amener l'objet à travers l'atmosphère. La vitesse de tout objet en orbite est le produit de deux composantes, l'un se déplaçant vers le centre de la Terre et l'autre dans la direction de son orbite. Ainsi, lorsque le vaisseau spatial rentre dans l'atmosphère, son mouvement sera une combinaison de ceux-ci.

La première étape pour ramener Dragon 2 à la maison consiste à ralentir la vitesse orbitale du vaisseau spatial. Ceci sera réalisé en tirant des roquettes dans le sens inverse du déplacement, accentuer l'angle de mouvement (voir schéma ci-dessous) jusqu'à ce qu'il plonge dans les régions les plus denses de l'atmosphère. Le changement de vitesse requis est en fait très faible – il suffit de décélérer d'environ un 60e de la vitesse de la station. L'atmosphère terrestre fera alors le reste.

Mais l'angle d'entrée dans l'atmosphère est important. Si c'est trop raide, la capsule subira une décélération excessive. Si c'est trop peu profond, il n'y aura pas assez de force de traînée pour ralentir suffisamment l'engin pour l'atterrissage. Il est même possible de finir par sauter le vaisseau spatial le long de l'atmosphère, comme effleurer une pierre sur un étang. Par conséquent, le vaisseau spatial doit voyager dans une plage étroite d'angles possibles appelée "couloir d'entrée".

Des risques énormes

Alors que la capsule traverse l'atmosphère, il se frayera un chemin dans un air de plus en plus dense. Cela provoque des frictions autour de l'extérieur de l'engin spatial, le réchauffer. Fondamentalement, le processus physique impliqué est une conversion d'énergie cinétique (mouvement) en thermique (chaleur). Les vitesses de rentrée élevées produisent également une onde de choc devant le vaisseau spatial qui chauffe l'air à des milliers de degrés. Ceci est similaire au réchauffement de l'air dans une pompe à vélo lorsqu'il est comprimé. La chaleur générée peut être supérieure au point de fusion des métaux dans la peau de l'engin spatial, donc un bon isolant thermique doit être présent pour le protéger.

Le vaisseau spatial Dragon utilise un système de protection thermique à base de carbone - une couche de matériau ablatif qui brûle, protéger le vaisseau spatial. L'importance de la protection thermique a été soulignée lors de l'incident de la navette Columbia, dans laquelle une tuile a été endommagée au décollage, entraînant la désintégration de la navette lors de la rentrée et la mort des membres d'équipage.

La chaleur générée dépendra également de l'angle d'entrée. Si l'angle est trop raide, la chaleur générée par l'onde de choc et la friction à l'avant de l'engin spatial submergera le blindage, pouvant provoquer la rupture ou l'explosion de l'engin spatial. Ayant dit cela, si tout va bien, les matériaux de protection thermique avancés utilisés sur le Dragon 2 devraient résister à des centaines de vols de rentrée atmosphérique.

Une décélération rapide génère également une forte force g. Ce sont les forces que vous ressentez agissant sur votre corps pendant l'accélération, comme sur des montagnes russes. Un g équivaut à l'attraction de la gravité terrestre. Dans un atterrissage Soyouz standard, les astronautes éprouvent jusqu'à environ 6g. Dans l'un des débarquements de Soyouz les plus extrêmes en 2008, astronautes expérimentés sur 8g, entraînant des difficultés respiratoires et une compression vertébrale pour l'équipage.

Le corps humain a une tolérance limitée aux forces g - la plupart des gens s'évanouissent à une accélération soutenue de 7 g. Comme le Dragon 2 est conçu pour être le premier vaisseau spatial commercial de passagers, les forces de décélération et les tolérances thermiques doivent être manifestement dans des limites sûres lors de cet essai.

Pour tester cette sécurité pour les nouveaux astronautes, le lancement de Dragon 2 a un passager courageux. Ripley est un mannequin assis dans l'un des sièges de l'équipage et prendra des données telles que la température interne, pression et forces g subies. Cela déterminera finalement si la rentrée est sans danger pour les humains.

Atterrissage

Une fois que la décélération due au frottement a suffisamment ralenti l'engin spatial, la vitesse restante sera perdue avec une combinaison de parachutes et un amerrissage dans l'Atlantique. Lorsque le Dragon 2 est prêt à être piloté, la procédure de récupération sera probablement similaire aux missions américaines des années 60 et 70. La capsule flottera dans l'océan et les astronautes seront ensuite récupérés par bateau ou hélicoptère. Historiquement, ce temps d'attente pour l'équipage se situe entre 30 et 90 minutes.

Les conceptions antérieures du Dragon 2 incorporaient un atterrissage motorisé, impliquant un ralentissement avec des roquettes, similaire aux récents atterrissages de fusées d'appoint lourdes Falcon. Mais cela coûte plus cher et peut être plus dangereux.

Alors que l'atterrissage en douceur dans l'eau a ses avantages, une alternative est de retourner à terre. C'est l'approche adoptée par le CST-100 Starliner de Boeing, qui utilisera une combinaison de parachutes et d'airbags pour réduire sa vitesse d'atterrissage. Le Starliner a son premier vol d'essai de rendez-vous ISS prévu pour le mois prochain, également sans pilote.

Comme le Starliner, les capsules Soyouz (qui fonctionnent depuis la fin des années 1960) reviennent sur terre. Mais ils utilisent de petites fusées de freinage à la dernière seconde possible pour adoucir l'atterrissage, et sont les vaisseaux spatiaux les plus durables et les plus réussis à ce jour.

L'atterrissage et la récupération du Dragon 2 représenteront une étape cruciale dans le vol spatial commercial. En cas de succès, ce sera la première fois qu'une entreprise privée mettra en orbite un vaisseau spatial à capacité humaine, amarré à l'ISS et l'a ramené en toute sécurité sur Terre. S'il réussit, il effectuera un deuxième voyage d'essai en juillet avec à son bord des astronautes de la NASA. Une telle réalisation, espérons-le, améliorera grandement nos perspectives de poursuite de l'exploration spatiale habitée.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.