Fusée-sonde

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Fusée-sonde Black Brant canadienne

Une fusée-sonde, dans le domaine de l'astronautique, est une fusée décrivant une trajectoire sub-orbitale permettant d'effectuer des mesures et des expériences dans la haute atmosphère. Elle est utilisée principalement pour étudier celle-ci in situ, faire des observations astronomiques dans des bandes d'ondes bloquées par l'atmosphère terrestre, effectuer des expérience de microgravité et mettre au point des instruments spatiaux.

Fonctionnement

La fusée-sonde est lancée verticalement depuis une rampe de lancement mobile ou fixe adaptée au modèle. Elle gagne rapidement de l'altitude sous la poussée de son moteur-fusée. Elle est stabilisée par mise en rotation. La fusée-sonde peut comporter plusieurs étages qui sont largués au fur et à mesure. La phase propulsive est relativement brève (quelques dizaines de secondes). Une fois celle-ci achevée l'extrémité supérieure de la fusée contenant la charge utile se détache du lanceur. Les instruments sont déployés puis mis en marche. La phase de vol utile qui se déroule dans la haute atmosphère et dans l'espace dure au maximum une quinzaine de minutes. La charge utile après avoir culminé grâce à la vitesse acquise à une altitude comprise entre quelques dizaines et quelques milliers de kilomètres (la hauteur maximale dépend de la puissance du système de propulsion et de la masse de la charge utile) retombe vers le sol en suivant une trajectoire en forme de cloche. La charge utile est généralement récupérée avec un parachute qui se déploie lorsqu'elle n'est plus qu'à quelques kilomètres de la surfce. Contrairement à un lanceur de satellite, une fusée-sonde ne donne pas une vitesse suffisante à sa charge utile pour permettre sa satellisation.

Applications

La fusée-sonde est utilisée pour réaliser des expériences scientifiques ou mettre au point des instruments ;

  • Étude in situ de la haute atmosphère et du proche espace
  • Recherche en micropesanteur
  • Mise au point d'instruments spatiaux
  • Étude sur les vitesses hypersoniques
  • Astronomie dans les bandes d'ondes absorbées par l'atmosphère
  • ...

Avantages de la fusée-sonde

La fusée-sonde est en concurrence avec le satellite artificiel, les ballons stratosphériques et les observations effectués depuis le sol. Ses principaux avantages sont les suivants[1] :

  • de manière générale cout réduit et délai de mis een œuvre rapide ;
  • mesure in situ des caractéristiques de la mésosphère terrestre et de la basse thermosphère inaccessible par d'autre moyens ;
  • mise en œuvre rapide et à faible cout pour des observations optiques de sources astronomiques, du Soleil et des planètes dans des longueurs d'ondes bloquées par l'atmosphère terrestre ; ultraviolet, rayons X, rayons gamma, infrarouge
  • capacité à lancer des charges utiles lourdes (plus de 500 kg) à l'aide d'un lanceur à faible coût ;
  • mesures pouvant être effectuées dans des régions reculées (par exemple pôles terrestres) grâce à la mobilité des installations de lancement permettant de cibler des phénomènes comme les aurores polaires, les cyclones ou autres ;
  • mesures du milieu ambiant effectuées à des vitesses relativement basses (par rapport à un satellite artificiel) ;
  • capacité à mesurer un profil atmosphérique vertical ;
  • possibilité de récupérer la charge utile et de réutiliser les instruments de la charge utile.

Historique

Première photo prise en haute atmosphère d'un système météorologique le par une fusée-sonde, l'ancêtre de la photographie satellitaire

La première est l’exploration (ou sondage) de la haute atmosphère, que n’atteignent ni les ballons (qui plafonnent vers 40 km), ni les satellites (qui orbitent au-delà de 200 km).

Les premières connaissances sur l’environnement terrestre (ionosphère, magnétosphère, etc.) ont été acquises de cette façon par les États-Unis et l’Union soviétique vers le milieu du XXe siècle, en utilisant entre autres des versions modifiées du missile balistique V2 allemand.

Depuis cette époque, des milliers de fusées-sondes ont été lancées de par le monde à des fins scientifiques (géophysique externe, aéronomie, météorologie, astronomie, physique solaire et même biologie au moyen de cobayes : chats, singes, rats, etc.).

Caractéristiques techniques

Schéma d'une fusée-sonde Aerobee. A : Charge utile - 1 : Cône - 2 : Antenne - 3 : Canaux de télémesures - 4 : Enregistreur - 5 : Balise - 6 : Parachute - 7 : Dynamo - 8 : Équipements de télémesures - 9 : Batteries - 10 : Expérience - B : Étage à ergols liquides - 11 : Réservoirs d'ergols - 12 : Moteur-fusée - 13 : Structure de la queue de la fusée - 14 : Ailette - C : Étage à propergol solide - 15 : Structure de poussée - 16 : Allumeur - 17 : Chambre à combustion - 18 : Ailette - 19 : Tuyère.

Les programmes nationaux

Programme français

Fusées sondes Bélier, Centaure, Dragon et Veronique au musée de l'Air et de l'Espace (au premier plan, une fusée Rubis)

Pour sa part, la France a mené pendant une quinzaine d’années (approximativement entre 1960 et 1975) un important programme de recherches scientifiques et technologiques avec des centaines de fusées-sondes (Centaure , Dragon , Eridan , Véronique) lancées depuis le territoire français (île du Levant, Kourou, Îles Kerguelen, Terre Adélie), algérien (Hammaguir, Colomb-Béchar, Reggane) et au cours de campagnes à l’étranger (Brésil, Norvège, Islande, etc.).

Programme européen

L'agence spatiale européenne a décidé, en 1982, un programme de recherche en micropesanteur avec les fusées-sonde Texus  et, depuis 1991, Maxus depuis la base d'Esrange.

L’agence spatiale européenne et le centre de recherches aérospatiales allemand DLR ont choisi Astrium (actuellement Airbus Defence and Space) comme maître d’œuvre pour les missions commerciales faisant appel aux fusées-sondes qui ont débuté à partir de 1988[2]

Recherche en micropesanteur

Le second type d’applications concerne les recherches en micropesanteur (qui est souvent confondue avec la microgravité). Dans ce cas, on met à profit la très faible pesanteur résiduelle observée dans la partie supérieure de la trajectoire, lorsque la propulsion a cessé et que le frottement aérodynamique est encore réduit.

Selon les vols, on peut obtenir une micropesanteur pouvant descendre jusqu'à g, et pendant une durée allant jusqu'à plusieurs minutes (13 minutes au maximum dans le cas de la fusée Maxus par exemple). C’est une application plus récente que la précédente, qui permet aux scientifiques de préparer des expériences appelées à voler sur un véhicule spatial du type navette spatiale ou satellite. Les applications concernent surtout la science des matériaux (expériences de fusion et de solidification) et intéressent notamment les États-Unis, le Japon et l’Europe.

Notes et références

  • Droit français : arrêté du 20 février 1995 relatif à la terminologie des sciences et techniques spatiales.
  1. (en) « NASA Sounding Rocket Program Overview: », NASA (consulté le 14 juin 2017)
  2. « Fusées-sondes », sur Airbus Defence and Space (consulté le 7 février 2014).

Bibliographie

  • (en) William R. Corliss, NASA SOUNDING ROCKETS, 1958-1968 A Historical summary, NASA History office,
  • CNES, Institut français d'Histoire de l'Espace, Association Amicale des anciens du CNES, Les débuts de la recherche spatiale française : au temps des fusées sondes, Editions Edite, (ISBN 978-2-846-08215-0)
  • (en) Günther Seibert, The History of Sounding Rockets and Their Contribution to European Space Research, ESA Publications Division, , 75 p. (ISBN 92-9092-550-7, lire en ligne) — Programme de recherche scientifique réalisées par des fusées-sondes des agences spatiales de l'Europe jusqu'au début des années 2000

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes