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

La rentrée des vaisseaux spatiaux est une affaire délicate pour plusieurs raisons. Lorsqu'un objet pénètre dans l'atmosphère terrestre, il subit quelques forces, dont la gravité. et faites glisser . La gravité ramènera naturellement un objet vers la Terre. Mais la gravité seule ferait tomber l’objet à une vitesse dangereuse. Heureusement, l'atmosphère terrestre contient des particules d'air. Lorsque l'objet tombe, il heurte et frotte contre ces particules, créant une friction . Ce frottement provoque une traînée ou une résistance de l'air de l'objet. , ce qui ralentit l'objet à une vitesse d'entrée plus sûre. Apprenez-en davantage sur ces facteurs dans "Et si je jetais un centime de l'Empire State Building ?"

Cette friction est cependant une bénédiction mitigée. Bien que cela provoque une traînée, cela provoque également une chaleur intense. Plus précisément, les navettes étaient confrontées à des températures intenses d'environ 3 000 degrés Fahrenheit (environ 1 649 degrés Celsius) [source :Hammond]. Corps émoussé conception a contribué à atténuer le problème de chaleur. Lorsqu'un objet - avec une surface de forme émoussée tournée vers le bas - revient sur Terre, la forme émoussée crée une onde de choc devant le véhicule. Cette onde de choc maintient la chaleur à distance de l'objet. Dans le même temps, la forme émoussée ralentit également la chute de l'objet [source :NASA].

Le programme Apollo, qui a déplacé plusieurs vaisseaux habités depuis l'espace dans les années 1960 et 1970, a enduit le module de commande d'un ablatif spécial. matériau qui a brûlé à son retour, absorbant la chaleur. Contrairement aux véhicules Apollo, construits pour un usage unique, les navettes spatiales étaient des lanceurs réutilisables (RLV). Ainsi, au lieu de simplement utiliser un matériau ablatif, ils ont incorporé une isolation durable. Ensuite, nous approfondirons le processus de rentrée moderne pour les navettes.

La disparition du satellite

Les satellites ne sont pas obligés de rester éternellement sur l’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 heurter la surface de la Terre. Lors de chutes contrôlées, les ingénieurs manipulent les systèmes de propulsion d'un satellite pour le faire tomber dans un endroit sûr, comme l'océan.

La descente d'une navette spatiale

Rentrer sur Terre est une question de contrôle d'attitude . Et non, cela ne signifie pas que les astronautes doivent garder une attitude positive (même si cela est toujours utile). Il s’agit plutôt de l’angle de vol du vaisseau spatial. Voici un aperçu d'une descente en navette :

• Quitter l'orbite :Pour ralentir le vaisseau par rapport à sa vitesse orbitale extrême, le vaisseau s'est retourné et a volé en arrière pendant un certain temps. Les moteurs de manœuvre orbitale (OMS) ont ensuite propulsé le vaisseau hors de son orbite et vers la Terre.
• Descente à travers l'atmosphère :Après avoir été hors de l'orbite en toute sécurité, la navette a de nouveau tourné le nez en premier et est entrée dans l'atmosphère ventre en bas (comme un ventre plat) pour profiter de la traînée avec son fond arrondi. Les ordinateurs ont relevé le nez jusqu'à un angle d'attaque (angle de descente) d'environ 40 degrés.
• Atterrissage :Si vous avez vu le film "Apollo 13", vous vous souviendrez peut-être que les astronautes reviennent sur Terre dans leur module de commande et atterrissent dans l'océan où les sauveteurs les récupèrent. Les navettes spatiales ressemblaient et atterrissaient beaucoup plus à des avions. Une fois le navire suffisamment bas, le commandant a repris les ordinateurs et a guidé la navette vers une piste d'atterrissage. Alors qu'il roulait le long de la bande, il a déployé un parachute pour le ralentir.

Le voyage de retour sur Terre est brûlant. Au lieu des matériaux ablatifs trouvés sur le vaisseau spatial Apollo, les navettes spatiales étaient équipées de matériaux spéciaux résistants à la chaleur et de tuiles isolantes capables de supporter la chaleur de rentrée.

• Carbone renforcé (RCC) :Ce matériau composite recouvrait le nez et les bords de l'aile, là où les températures sont 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.
• Isolant composite fibreux réfractaire (FRCI) :Ces carreaux noirs ont remplacé les carreaux HRSI à de nombreux endroits car ils sont plus solides, plus légers et plus résistants à la chaleur.
• Isolation de surface réutilisable à basse température (LRSI)  :Ces carreaux de silice blanche sont plus fins que les carreaux HRSI et protègent diverses zones de températures allant jusqu'à 1 200 degrés F (649 degrés C).
• Isolation de surface flexible et réutilisable avancée (AFRSI) :Fabriquées en tissu de verre de silice, ces couvertures extérieures ont été 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 fil des années, ceux-ci ont pris le relais d'une grande partie du matériel LRSI sur une navette.
• Isolation 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).

Jetez un œil aux liens qui suivent pour en savoir plus sur les défis posés par l'exploration spatiale.

Rappels amers

Tout comme la catastrophe du 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 revenaient sur Terre. Après enquête, la NASA a découvert que des dommages à l'aile gauche (qui se sont réellement produits lors du décollage) ont laissé entrer de l'air chaud lors de la rentrée et ont fait perdre le contrôle et brûler la navette.

Questions fréquemment posées

Comment l'angle de rentrée affecte-t-il la capacité d'un vaisseau spatial à résister à une chaleur intense ?

L'angle de rentrée est crucial pour gérer l'exposition thermique du vaisseau spatial. Un angle de rentrée trop prononcé peut entraîner un échauffement excessif et des dommages potentiels, tandis qu'un angle trop faible peut faire rebondir le vaisseau spatial sur l'atmosphère. L'angle optimal garantit que le vaisseau spatial peut résister à une chaleur intense grâce à une décélération et une distribution de chaleur contrôlées, en utilisant efficacement les systèmes de protection thermique.

Quelles avancées ont été réalisées dans les systèmes de protection thermique depuis la navette spatiale ?

Depuis l’ère de la navette spatiale, les progrès des systèmes de protection thermique (TPS) se sont concentrés sur l’amélioration de la résistance à la chaleur et de la durabilité. De nouveaux matériaux et technologies, tels que des revêtements ablatifs améliorés, du carbone-carbone renforcé et des tuiles de silice avancées, offrent une meilleure protection contre les températures de rentrée.

Beaucoup plus d'informations

Articles connexes

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Plus de liens intéressants

• NASA
• États-Unis Centenaire de l'aviation
• Space.com

Sources

• Cuk, Matija, Dave Rothstein, Britt Scharringhausen. "Pourquoi les vaisseaux spatiaux ont-ils besoin de boucliers thermiques pour revenir sur Terre mais pas pour en repartir ?" Département d'astronomie de l'Université Cornell. Janvier 2003. (9 mai 2008) http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=448
• Day, Dwayne A. "Technologie des véhicules de réentrée". Commission américaine du centenaire de l'aviation. (9 mai 2008) http://www.centennialofflight.gov/essay/Evolution_of_Technology/reentry/Tech19.htm
• Dumoulin, Jim. «Systèmes d'orbiteur de la navette spatiale». Centre spatial Kennedy de la NASA. (9 mai 2008) http://science.ksc.nasa.gov/shuttle/technology/sts-newsref/sts_sys.html
• Hammond, Walter Edward. "Méthodologies de conception pour les systèmes de transport spatial." AIAA, 2001. (9 mai 2008) http://books.google.com/books?id=uxlKU3E1MUIC&dq=Design+ Methodologies+for+Space+Transportation+Systems&as_brr=3&client=firefox-a&source=gbs_summary_s&cad=0
• Jacobson, Nathan S. "Carbone renforcé/carbone tel que fabriqué". NASA. Juillet 2005. (9 mai 2008) http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT/2004/RM/RM01D-jacobson1.html
• NASA. "Aventures avec Apollon." Centre de recherche Ames. (9 mai 2008) http://www.nasa.gov/centers/ames/news/releases/2004/moon/aventure_apollo.html
• NASA. "HSF – La Navette :Entrée." NASA. 13 février 2003. (9 mai 2008) http://www.spaceflight.nasa.gov/shuttle/reference/shutref/events/entry/
• Pete-Cornell, M. Elisabeth. "Sécurité du système de protection thermique de la navette spatiale Orbiter :analyse quantitative et facteurs organisationnels." Rapport à la National Aeronautics and Space Administration, décembre 1990. (9 mai 2008) spaceflight.nasa.gov/shuttle/archives/sts-107/investigation/tps_safety.pdf