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Pourquoi Mars a ses deux semaines les plus chargées en 47 ans

C’est un février chargé pour Mars, avec trois sondes de trois pays différents arrivant sur la planète rouge en seulement neuf jours. Mais cette fête martienne n’est pas arrivée par hasard – elle a à voir avec la mécanique des orbites de la Terre et de Mars.

La première mission interplanétaire des Émirats arabes unis, la sonde Hope, a atteint l’orbite de Mars mardi (9 février), comme Rapport du site sœur de 45Secondes.fr 45secondes.fr. La première mission interplanétaire de la Chine, Tianwen-1, devrait entrer sur sa propre orbite martienne mercredi (10 février). La sonde chinoise comprend à la fois un orbiteur et un atterrisseur avec un rover à bord, qui est devrait essayer d’atterrir en surface en mai. Et le 18 février, le premier véhicule de descente de la NASA atteindra Mars et plongera directement dans son atmosphère. Si tout se passe comme prévu, le véhicule perdra sa coque extérieure et utilisera des fusées pour arrêter sa descente au dernier moment. Ensuite, il planera au-dessus de la surface pour abaisser le rover Perseverance de la taille d’un rhinocéros, à propulsion nucléaire, de 2,7 milliards de dollars, dans la terre via une grue aérienne.

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Tous ces robots apparaissant presque exactement au même moment ne sont pas une coïncidence, a déclaré Jonathan McDowell, astrophysicien et spécialiste des vols spatiaux à l’Université de Harvard.

Mars et Terre sont comme « des coureurs sur une piste circulaire », a-t-il déclaré. « Et le coureur vraiment rapide [Earth] tourne régulièrement le coureur juste à l’extérieur [Mars]. Alors parfois, ils sont juste à côté de l’autre, et parfois ils sont sur les côtés opposés de la piste. »Ce cycle Terre-Mars, ce qui signifie que la Terre chevauche complètement Mars, prend environ deux ans.

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Il faudrait une énorme fusée, des tonnes de carburant et beaucoup plus de temps pour atteindre Mars depuis la Terre alors que les planètes sont loin les unes des autres, a déclaré McDowell à 45Secondes.fr. Mais lancer alors que les planètes sont à leur plus proche absolu – lorsqu’elles sont distantes de 62,1 millions de kilomètres en moyenne – n’est pas non plus le moyen le plus efficace pour se rendre sur Mars.

Il y a un point antérieur dans le cycle de deux ans des planètes où le voyage prend moins de temps et nécessite moins de carburant. À ce stade, qui se produit une fois au cours du cycle de deux ans, la Terre est un peu derrière Mars mais continue de se déplacer plus vite que son voisin. Ce positionnement permet à l’engin spatial d’entrer dans une soi-disant «orbite de transfert Hohmann», du nom de l’ingénieur allemand Walter Hohmann, qui a élaboré les mathématiques sous-jacentes en 1925.

Une animation montre la trajectoire de l’atterrisseur InSight de la NASA de la Terre à Mars, un exemple d’orbite de transfert Hohmann. (Crédit d’image: Phoenix7777 – Travail personnel Source des données: HORIZONS System, JPL, NASA / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/))

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Voici comment cela fonctionne:

Aucune fusée ne transporte assez de carburant pour brûler tout le chemin entre la Terre et Mars, une distance qui varie entre des dizaines et des centaines de millions de kilomètres.

Cela signifie que toute aventure interplanétaire commence par une brève et intense période d’accélération, suivie d’une longue période de cabotage. Le travail des moteurs de fusée pendant cette période initiale d’accélération est de placer le vaisseau spatial sur une orbite autour du soleil qui croise Mars dès que possible. Le chemin le plus efficace entre les planètes est donc l’orbite solaire en intersection avec Mars qui peut être atteinte avec la moindre dépense de carburant, et cette orbite devient disponible une fois tous les deux ans.

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Mais les agences spatiales n’ont pas à clouer ce jour-là exactement. Tant qu’ils se lancent pendant une fenêtre de quelques semaines autour de la date, ils peuvent placer leur vaisseau spatial sur les orbites de transfert Hohmann. Attendez plus de quelques semaines, cependant, et le voyage commence à devenir beaucoup plus difficile très rapidement.

L’orbiteur Hope a été lancé le 19 juillet 2020, Tianwen-1 le 23 juillet et Perseverance le 30 juillet. Les écarts entre les arrivées des vaisseaux spatiaux ne correspondent pas exactement à leurs dates de lancement en raison de différences mineures dans leur technologie de fusée, leurs trajectoires dans l’espace. et les destinations, a déclaré McDowell. (Par exemple, il faut un angle d’approche différent pour plonger directement dans l’atmosphère de la planète que pour entrer sur une orbite haute comme Hope l’a fait.)

Ce n’est pas la première fois que l’espace orbital martien est aussi encombré, a souligné McDowell. L’Union soviétique a lancé quatre vaisseaux spatiaux sur Mars en 1973, mais l’un n’a pas réussi à atteindre l’orbite et aucun des trois autres n’a fonctionné comme prévu à son arrivée. Deux engins spatiaux soviétiques et un vaisseau spatial américain ont été lancés sur Mars en 1971, et tous ont eu des missions au moins partiellement réussies. (Les deux pays ont prévu des sondes supplémentaires cette année-là, mais la sonde américaine Mariner 8 a échoué lors du lancement et le Kosmos 419 soviétique n’a jamais échappé à l’orbite terrestre basse.)

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Ce qui est différent cette année, a déclaré McDowell, c’est la grande diversité des vaisseaux spatiaux atteignant Mars et le fait que plusieurs sondes supplémentaires sont déjà actives autour de la planète. La NASA a trois orbiteurs actifs en orbite martienne, l’Agence spatiale européenne (ESA) a l’un des siens et un orbiteur qui est un projet conjoint avec le russe Roscosmos, et l’Organisation indienne de recherche spatiale a également un orbiteur actif. Le rover Curiosity et l’atterrisseur InSight de la NASA sont également toujours actifs sur la surface martienne.

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Malgré cette situation relativement encombrée, McDowell a déclaré qu’il doutait que l’une des sondes se trouve même à des dizaines de milliers de kilomètres l’une de l’autre, même si aucun des pays n’avait vérifié ses trajectoires les uns avec les autres à l’avance.

«L’espace est grand», dit-il.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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