Plus tôt ce mois-ci, SpaceX et United Launch Alliance ont décroché un contrat majeur avec l’armée américaine qui permettra aux deux sociétés de gérer efficacement tous les services de lancement spatial américains jusqu’en 2024. 

« Ce prix historique marque l’aube d’une nouvelle décennie dans l’innovation de lancement aux États-Unis, tout en favorisant la concurrence, en maintenant une base industrielle saine et en renforçant notre avantage concurrentiel mondial », a déclaré le lieutenant-général John Thompson, commandant du Space and Missile Systems Center à la base aérienne de Los Angeles en Californie, a déclaré dans un communiqué.

Entre le transport des chercheurs de la NASA vers l’ISS et l’ensemencement du ciel nocturne avec ses satellites Starlink, SpaceX en particulier aura les mains pleines. Mais ce n’est pas comme si nous pouvions lancer des fusées dans l’espace quand nous en avons envie. En fait, la NASA a développé un ensemble strict de critères qui doivent être remplis avant de pouvoir allumer le fusible d’une fusée Falcon 9. Voici comment ils décident si nous pouvons ou non atteindre les étoiles en toute sécurité aujourd’hui.

L’espace, comme vous l’avez peut-être entendu, est difficile. Le simple fait de déterminer quand définir une fenêtre de lancement dépend d’un certain nombre de facteurs, notamment les buts et objectifs de la mission, la position de la Terre par rapport aux autres corps célestes, voire le type de fusée utilisée et sa trajectoire requise pour atteindre sa cible. Cependant, les deux principaux facteurs sont la destination du vaisseau spatial et son énergie solaire. Certains vaisseaux spatiaux peuvent avoir besoin d’une exposition complète à notre étoile locale pour s’alimenter ou doivent éviter les rayons solaires brillants afin d’étudier l’espace lointain. La fenêtre de lancement – le laps de temps pendant lequel une fusée peut réussir à lancer – sera donc différente pour placer un satellite d’observation de la Terre dans LEO par rapport au lancement d’une capsule Dragon pour se rendre précisément avec l’ISS. La fenêtre de lancement des missions sur Mars, par exemple, n’est ouverte qu’une fois tous les 26 mois.

La raison pour laquelle nous ne tirons sur Mars qu’une fois tous les deux ans et plus est due à leurs positions orbitales relatives dans le système solaire. Nous voulons que l’orbite de Mars soit aussi proche que possible de la Terre afin que nous puissions détruire un vaisseau spatial pour l’intercepter en utilisant le moins de carburant possible, car plus vous devez transporter de carburant pour vous y rendre diminue la capacité dont vous disposez pour cargaison et fournitures. Au lieu de cela, nous utilisons la gravitation de Mars pour nous aider à nous entraîner pendant que le vaisseau spatial «côtoie» en orbite. Ceci est connu comme une orbite de transfert Hohmann et bien qu’il soit considéré comme le moyen le plus efficace de se déplacer entre deux planètes, le timing doit être précis. Si le vaisseau spatial est lancé trop tôt ou trop tard, il manquera le point de rendez-vous avec sa cible.

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En plus de ce défi, les deux planètes ne se déplacent pas seulement dans l’espace, elles tournent également. Cette combinaison d’élan vers l’avant et de rotation est la raison pour laquelle les lancements de fusées ne vont pas directement vers le haut, mais plutôt en arc (ci-dessous). C’est comme lancer un ballon de football. La balle reçoit toute son énergie avec le lancer initial et suit une trajectoire de vol incurvée menant le receveur (c’est-à-dire se dirigeant vers l’endroit où le receveur sera, pas là où il se trouve actuellement) de sorte que la balle et sa cible arrivent au même point dans l’espace au même moment dans le temps.

NASA

« Vous avez cet objet qui va voler dans les airs et vous devez le tirer », a déclaré Eric Haddox, ingénieur de conception de vol en chef du programme de services de lancement (LSP) de la NASA, dans un communiqué de presse de 2012. « Vous devez être capable de juger de la distance et de la vitesse de déplacement de votre cible, et vous assurer d’atteindre le même point en même temps. »

« Pour lancer à tout moment autre que ce moment optimal, vous allez devoir modifier la trajectoire, diriger la fusée pour revenir à ce point », a poursuivi Haddox. « Alors c’est là que ça devient un échange de, ‘D’accord, si ma fenêtre durait une demi-heure, de combien de performances aurais-je besoin pour voler à tout moment dans une demi-heure? Ou, si ma fenêtre durait une heure, combien performance est-ce que je pourrais sortir de la fusée pour voler à tout moment dans cette heure? « 

Par exemple, disons que la NASA souhaite livrer des fournitures à l’ISS. Les ingénieurs de vol calculeront la trajectoire orbitale de l’ISS pour déterminer quand elle passera le plus près possible du centre spatial Kennedy en Floride. Ceci est connu comme la fenêtre de l’avion. «S’il passe directement au-dessus du Kennedy Space Center, c’est notre moment optimal pour le lancement», a déclaré Richard Jones, responsable de la dynamique de vol de la NASA. Air et espace en 2002. «S’il passe à quelques kilomètres à l’est ou à l’ouest, ce n’est pas grave, mais il faudra une direction supplémentaire. Et cela prend du carburant supplémentaire et ajoute du stress au réservoir externe, que nous voulons minimiser. »

Le problème est que tandis que la Terre tourne à un peu plus de mille miles à l’heure, l’orbite de l’ISS est fixée dans l’espace. Cela signifie que sur l’une de ses orbites de 90 minutes de la Terre, l’ISS pourrait voler directement au-dessus du Centre spatial Kennedy, mais quand il repassera 90 minutes plus tard, la Terre aura tourné et l’ISS survolera un point à environ 1000 miles. à l’ouest de la Floride. En tant que telles, les missions de réapprovisionnement de l’ISS ont une seule fenêtre de lancement par jour, car il faut 24 heures à la Terre pour effectuer une rotation. 

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C’est pourquoi la deuxième tentative réussie de SpaceX pour livrer des astronautes à l’ISS a eu lieu à peu près au même moment de la journée que la première tentative de nettoyage – c’est à ce moment que la trajectoire orbitale de la station la rapprocherait des coordonnées du site de lancement de Dragon Capsule. Les officiers de bord doivent également composer avec la fenêtre de phase. C’est le laps de temps qu’une fusée doit rattraper et correspondre à la vitesse de sa cible en orbite avant de manquer de carburant. 

Cela suppose bien sûr que les conditions au sol n’interféreront pas avec le lancement ni ne constitueront une menace pour la sécurité de l’équipage. Mais quand Dame Nature a-t-elle déjà coopéré? Dans la perspective d’un lancement, la NASA surveille les conditions météorologiques à la fois sur le site de lancement et dans la région environnante et réagit aux conditions défavorables conformément aux réglementations fixées par les 12 points des critères d’engagement de lancement éclair (LLCC). Les données atmosphériques sont fournies par le 45e Escadron météorologique opérant à partir de la base aérienne Patrick à proximité, qui garde un œil sur les orages, les vents violents et la faible couverture nuageuse. «La météo est la principale source de retards de lancement et de nettoyage», note une étude de Patrick AFB.

Par exemple, lors du lancement avec équipage de SpaceX en mai, la NASA a gardé un œil sur les tempêtes le long de la côte est car, si les astronautes devaient renflouer, ils éclabousseraient quelque part le long de la côte Est.

«Nous avons une façon très compliquée de pondérer différents emplacements, en fonction du risque qu’ils présentent en termes d’évasion», a déclaré Hans Koenigsmann, vice-président de la construction et de la fiabilité des vols de SpaceX. Vol spatial maintenant en mai. «Pour l’atterrissage, il y a aussi des paramètres spéciaux: les vents, les vagues et la direction des vagues.»

«Certains d’entre eux doivent individuellement devenir« verts »et« aller », puis sur l’ensemble du couloir de lancement, nous avons un numéro de risque commun que nous utilisons essentiellement pour faire une évaluation, puis pour prendre une décision« oui / non », » il a continué. 

Les neuf conditions qui permettront de fonder un éventuel lancement de Falcon 9 sont:

  • Vents soutenus au niveau de 162 pieds de la rampe de lancement dépassant 35 mi / h.

  • La présence de conditions de cisaillement du vent, pouvant entraîner des problèmes de contrôle du lanceur.

  • Devoir se lancer à travers une couche nuageuse de plus de 4500 pieds d’épaisseur qui s’étend jusqu’à des températures glaciales – le Challenger a été perdu en 1986 en raison d’un joint torique cassé qui se fissurait par temps froid.

  • Devoir se lancer à moins de 10 miles nautiques des cumulus avec des sommets qui s’étendent jusqu’à des températures glaciales.

  • Devoir se lancer à moins de 10 milles marins du bord d’un orage actif dans les 30 minutes suivant le dernier coup de foudre observé.

  • Devoir se lancer à moins de 10 milles marins des nuages ​​d’enclume, qui génèrent souvent des vents et un éclairage forts.

  • Devoir se lancer à moins de 5 milles marins des «nuages ​​météorologiques qui s’étendent jusqu’à des températures glaciales et contiennent des précipitations modérées ou plus importantes», car ils ont tendance à produire de la grêle dommageable.

  • Devoir se lancer à moins de 3 milles marins d’un nuage de débris d’un orage.

  • Devoir se lancer à travers des cumulus formés ou actuellement attachés à un panache de fumée. Encore une fois en raison de la possibilité de coups de foudre. 

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 Deux conditions météorologiques retarderont le lancement de 15 ou 30 minutes:

  • Si les instruments du moulin sur le terrain (ils mesurent la force des champs magnétiques dans l’atmosphère) à moins de 5 nm de la rampe de lancement dépassent +/- 1500 volts par mètre, ou +/- 1000 volts par mètre, le lancement est retardé de 15 minutes.

  • Si un éclair de quelque nature que ce soit est observé à moins de 10 milles marins de la rampe de lancement ou de la trajectoire de vol, il s’agit d’un retard de 30 minutes.

Vous remarquerez que la plupart de ces conditions sont conçues pour atténuer les coups de foudre, en particulier les coups de foudre déclenchés par des roquettes. Ce phénomène se produit lorsque la fusée et son échappement électriquement conducteur traversent un champ électrique suffisamment fort. La fusée condense le champ en le traversant jusqu’à deux ordres de grandeur (c’est-à-dire que l’éclairage est 100 fois plus susceptible de se produire que naturellement). Cette compression se poursuit jusqu’à ce que la limite du champ électrique de claquage de l’air soit dépassée et qu’un coup de foudre se produise. 

Ces règles sont en place en partie parce que lors de la mission Apollo 12 en 1969, la fusée a traversé un cumulus et a déclenché un coup de foudre qui a endommagé certains équipements non essentiels à bord de la fusée. L’équipage a pu achever sa mission, mais les choses auraient pu aller sur le côté (puis sur le sol) dangereusement rapidement si ce boulon avait heurté un élément vital.