UNE RÉEXPLORATION DE L’ESPACE

Étude sur les engins spatiaux

Avant-propos

L’être humain est un grand explorateur; il cherche sans cesse à découvrir et à comprendre le monde qui l’entoure.  L’espace est pour lui un terrain de « jeu » fantastique. Dans cette étude, nous tenterons de répertorier les outils qu’il a inventés, afin d’améliorer sa connaissance de  l’univers.
Personnellement, nous avons comme objectif de présenter un résumé de ce qui est actuellement utilisé au niveau de l’exploration spatiale, que l’on parle de fusées, de stations spatiales, de satellites, de robots, etc. Notre propos se veut plus une centration sur les fonctionnalités actuelles de ces outils d’exploration que sur l’historique de leur création, car plusieurs de ces inventions ont été perfectionnées et présentent maintenant des caractéristiques assez différentes de leurs « ancêtres ».
Pour chaque catégorie d’engins spatiaux, nous en fournirons une définition ainsi que des informations concernant leurs fonctions,  leurs instrumentations et leur localisation ; en outre, nous présenterons un engin spécifique, qui nous aidera à mieux comprendre cette catégorie d’outils exploratoires. Nous complèterons les chapitres par les nouveaux développements ainsi que par un bref commentaire.
Il peut être utile de savoir que des règles ont été établies afin de contrôler l’utilisation de l’espace. C’est en 1972 qu’a été conclue, entre Londres, Moscou et Washington, la convention sur la responsabilité internationale pour les dommages causés par des objets spatiaux.
Aussi, chaque engin spatial est identifié par un numéro d’immatriculation international des objets spatiaux (COSPAR), géré par le National Space Science Data Center (NSSDC); cet organisme fait partie de l’agence spatiale américaine, la NASA. Le numéro d’immatriculation est formé de trois sous-ensembles soit : l’année du lancement, suivi d’un numéro de trois chiffres attribué à chaque lancement dans l’ordre calendaire et de trois lettres permettant de distinguer les différentes composantes placées en orbite au cours du même lancement : satellite, étage de fusée, composante de la fusée. Par exemple, le lancement d’Ariane 5, le 20 décembre 2008, 65e tir de l’année, a placé quatre objets en orbite : le dernier étage de la fusée était immatriculé (2008-065D), la structure inter-satellites SYLDA (2008-065C) et deux satellites de télécommunication (2008-065A et 2008-065B). La convention sur l’immatriculation des objets spatiaux a été adoptée par l’ONU le 12 novembre 1974. Même s’il était possible d’accoler un numéro à chaque engin cité dans cette étude, nous avons décidé de n’en rien faire, vu que les démarches devaient être effectuées pour chaque engin et que le numéro n’apportait, en fait, rien de plus à la compréhension de l’engin.
Les mots suivis d’un astérisque* renvoie au Glossaire.

SECTION 1
Les lanceurs
CHAPITRE 1.1 : Les fusées.
Partie A : Qu’est-ce qu’une fusée?
Une fusée est un véhicule propulsif capable d’envoyer une charge utile dans l’espace. Habituellement ces véhicules ne servent qu’une fois; cependant, depuis 2015, la compagnie Space X essaie de trouver le moyen de récupérer une section de ses fusées, Falcon 9, dans le but de les réutiliser ultérieurement; la réussite est à venir après deux tentatives qui ont échoués de peu.
La silhouette d’une fusée ressemble à un gros cylindre de 30 à 60 mètres de haut avec au sommet, protégée par une coiffe, la charge utile, composée d’un ou de plusieurs satellites et à la base, un groupe de moteurs assurant la propulsion. Les fusées décollent verticalement et leur déplacement est obtenu par l’éjection d’importantes quantités de gaz produits par les moteurs. L’énergie produite par les moteurs est obtenue par la combustion de carburant (hydrogène ou kérosène) et d’un comburant (généralement de l’oxygène); on appelle ces produits des ergols et ces ensembles de produits sont nommés propergols*. Une fois les réservoirs de propergols vidés, ils sont largués.
Plus spécifiquement, l’énergie thermique issue de cette combustion est transformée en énergie cinétique (vitesse d’éjection des gaz) dans la tuyère des moteurs. La tuyère est un conduit de forme conique, convergent puis divergent; elle permet d’expulser les gaz de combustion à des vitesses considérables, créant ainsi, par le principe d’action/réaction, une poussée qui accélère le lanceur. Pour que le lanceur décolle, la poussée doit obligatoirement être supérieure à sa masse. Pour mettre un engin en orbite terrestre, il faut lui donner une poussée qui lui permet d’atteindre 7,9 km/s ou 28 500 km/h; si l’on veut que l’objet se libère de l’attraction terrestre, sa vitesse doit atteindre 11,2 km/s ou 40 300 km/h.
L’atmosphère terrestre est la couche de gaz qui entoure la terre. Elle a une épaisseur d’environ  60 km vers l’équateur alors qu’elle n’est plus que de 30 km vers les pôles.
La fusée comprend habituellement plusieurs étages; chaque étage est doté de son ou ses propres moteurs et est largué lorsque le carburant est épuisé; le moteur de l’étage suivant est alors allumé. Le dernier étage propulsif communique la partie la plus importante de la vitesse horizontale au satellite. Pour augmenter ses performances, on choisit souvent une propulsion cryogénique*. Cet étage, dans les lanceurs les plus sophistiqués, peut être éteint et rallumé plusieurs fois, ce qui donne plus de souplesse pour mettre en place les charges utiles sur leur orbite.

Partie B : À quoi servent les fusées?
Globalement, le but d’une fusée est de transporter une masse donnée (charge utile) à une altitude donnée (orbite) à une vitesse donnée (28 000 km/h en général).
À compter de 1950, les fusées ont été utilisées pour mettre en orbite des satellites, pour envoyer des sondes spatiales vers les autres planètes et pour permettre à l’homme d’aller dans l’espace. Malgré des améliorations spécifiques, la technologie de base des fusées est en grande partie semblable à celle utilisée vers la fin des années 1960.
Chaque lanceur possède ses propres caractéristiques. Le lanceur Soyouz de la Russie a une capacité de lancement d’environ 2,8 t, alors que la fusée Ariane peut mettre sur orbite des charges qui vont jusqu’à 10 t.
L’endroit d’où le lanceur part est important et plus on se rapproche de l’équateur, plus le lanceur est puissant. Le Soyouz peut, s’il est lancé de la Guyane, propulser jusqu’à 2,8 t de charges utiles en orbite géostationnaire*, alors que sa capacité n’est que de 1,7 t, s’il est lancé de la Russie.
Partie C : Fusée spécifique : Ariane 5
Ariane 5 a été développée à partir de 1995 afin de remplacer Ariane 4 qui arrivait au maximum de ses capacités. Ariane 5 est un lanceur qui permet de placer des satellites en orbite géostationnaire et qui envoie aussi des charges lourdes en orbite basse. Le centre de lancement est à Kourou en Guyane. Ariane 5 est le fruit de l’agence spatiale européenne (ESA) qui est une agence intergouvernementale réunissant une vingtaine de pays européens. C’est la troisième agence spatiale en importance, après l’américaine NASA et l’agence russe, Roscosmos.
La version ECA du lanceur Ariane 5 peut placer jusqu’à 10 t de charge utile en orbite géostationnaire et 20 t en orbite terrestre basse. La poussée du moteur Vulcain d’Ariane 5 est de 110 t. Le maître d’œuvre est Airbus Defence and Space et le lanceur est commercialisé par la société Arianespace.
Ariane 5 peut se subdiviser sommairement en trois parties. L’étage un, partie du lanceur mis à feu au décollage; l’étage médian est l’endroit où se situent les équipements  et le troisième étage est réservé à la charge utile qui est protégée par une coiffe.
Dépendamment des configurations, Ariane 5 a une hauteur de 47 m à 52 m, un diamètre d’environ 5,4 m et un poids d’environ 750 t. Les moteurs sont alimentés par deux propulseurs contenant 480 t de poudre (propergol solide); chaque propulseur consomme 2 t de poudre par seconde pendant environ 2 minutes; après ces deux minutes, l’engin voyage  déjà à une vitesse d’environ 8 000 km/h. La fusée est ensuite poussée par l’énergie cryogénique que fournissent 220 t d’ergol liquide (hydrogène et oxygène).
Partie D : En développement.
Space X a présenté, en mars 2015, sa plus puissante version de son lanceur actuel, Falcon 9 v1.1. Son vol inaugural est prévu pour la fin de l’été. La société luxembourgeoise SES a finalement accepté cette version boostée du lanceur pour placer son satellite SES 9 (5 300 kg) en orbite de transfert géostationnaire.
Space X est une compagnie très active actuellement; la nouvelle fusée, la Falcon Heavy, pourra amener des charges utiles de 53 T en orbite basse et jusqu’à 21 t en orbite géostationnaire. Le premier étage de ce lanceur monstre est constitué de trois premiers étages des lanceurs Falcon 9 qui sont utilisés conjointement et qui développent une puissance proche de ce que peuvent fournir 18 Boeing 747.
Véga, futur lanceur européen, sera adapté au lancement de petits satellites (300 kg à 1,5 t).
Partie E : Commentaires.
Aujourd’hui, au moins huit nations disposent de fusées et de bases de lancement. Les Russes utilisent surtout les bases de Baïkonour et de Plesetsk alors que les Américains font partir leurs lanceurs de Cap Canaveral, de Vandenberg, de Wallops Island et aussi de Sea Launch. Cette dernière base est la seule base flottante au monde. L’Europe lance ses fusées, Ariane, à partir de trois sites en Guyane et utilise aussi la base Baïkonour. Les autres principaux pays possédant des lanceurs et des bases sont le Japon, la Chine, l’Inde, Israël et l’Iran.

SECTION 2
Vaisseaux spatiaux habités
CHAPITRE 2.1 : Les capsules spatiales.
Partie A : Qu’est-ce qu’une capsule?

Encore en 2015, seuls trois puissances maîtrisent bien la conception des capsules spatiales : la Russie, les États-Unis et la Chine.
Une capsule est un engin spatial habité ou non, non réutilisable. La capsule se divise généralement en deux parties. Un module habitable où vit l’équipage et un module de services contenant le carburant, les réserves d’oxygène, l’alimentation électrique et le système de propulsion principal; ce dernier système est abandonné peu avant la rentrée atmosphérique au retour sur terre.
Les éléments du module habité : tout d’abord, il y a un bouclier thermique dont la fonction est de protéger le vaisseau contre la chaleur dégagée lors du retour dans l’atmosphère terrestre; le parachute, lui, permet de ralentir la vitesse de la capsule lors de l’atterrissage ou de l’amerrissage. Nous retrouvons aussi un sas d’amarrage qui permet de transférer l’équipage sur un autre vaisseau; plus rarement, il y a un sas de sortie extravéhiculaire. Il y a finalement des trappes d’accès pour l’embarquement et le débarquement de l’équipage.
Les éléments du module de services : il y a nécessairement un moteur pour propulser la capsule vers son retour sur la terre, un système de contrôle qui oriente la capsule pour la navigation, l’amarrage, la désorbitation et la rentrée dans l’atmosphère. Autre nécessité est le système qui achemine l’oxygène et l’électricité vers le module habité; c’est un groupe électrogène qui produit l’électricité auquel peut s’ajouter des panneaux solaires. Finalement, ce module possède un système de télécommunication qui permet de rester en contact avec le centre de contrôle sur terre ainsi que de communiquer avec d’autres vaisseaux.
Partie B : À quoi servent les capsules?
Avant les navettes, la capsule était le seul moyen d’envoyer des hommes dans l’espace et de les ramener sur terre. Ces vaisseaux sont aussi utilisés pour apporter du fret à la station spatiale internationale. L’agence spatiale américaine a fait une entente avec la compagnie Space X afin que leur capsule Dragon serve de relais pour apporter hommes et fret à l’ISS.
Partie C : Le retour des astronautes sur terre.
Tout d’abord, ils s’insèrent dans le vaisseau encore attaché à l’ISS à 400 km au-dessus de la terre. Il faut trois minutes pour que le détachement du vaisseau soit complété. Premièrement, des pousseurs mécaniques pousseront délicatement le Soyouz en avant, à une vitesse de 12 à 15 cm/s. Aucun système de propulsion ne peut être utilisé tant que la capsule n’est pas à une distance suffisante de l’ISS, afin de ne pas brûler ou polluer celle-ci.
Trois minutes plus tard et maintenant à 20 m de l’ISS, le commandant actionne un propulseur durant 15 secondes, ce qui fera atteindre la vitesse de 22 km/h à la capsule qui se dirige alors vers la terre. La rentrée dans l’atmosphère est toujours une phase critique; un propulseur à l’avant de Soyouz ralentira très précisément son orbite autour de la terre; s’il n’y a pas assez de puissance, la capsule risque de poursuivre sa trajectoire dans l’espace et s’il y en a trop, la vitesse de rentrée sera trop élevée, ce qui pourrait entraîner trop de chaleur autour de la capsule et possiblement sa désintégration. La vitesse idéale est de 120 m/s.
À 140 km d’altitude, le Soyouz se sépare en trois parties à l’aide d’explosifs. Le module central sera le seul à survivre au reste de la descente, les deux autres se désintègreront dans l’atmosphère. Le bouclier thermique fait maintenant face à l’atmosphère et le module conservera sa trajectoire; il peut augmenter ou diminuer sa vitesse de descente en tournant sur lui-même. Les astronautes subissent une énorme décélération, environ 4 G à 35 km d’altitude.
À 10,5 km d’altitude, la vitesse est passée de 28 000  à 800 km/h et l’extracteur du parachute s’est déployé.
À 5,5 km, le bouclier thermique est éjecté et la capsule largue l’excédent de combustible et d’oxygène pour réduire les risques d’explosion lors de l’atterrissage.
À 70 cm du sol, six rétrofusées s’activent en dessous du module pour réduire sa vitesse à environ 2 m/s.
L’équipe de secours, dépêchée par hélicoptère, atterrit près du module et détache le grand parachute pour éviter qu’il n’emporte le module plus loin; cinq minutes plus tard, les astronautes sont libérés du vaisseau qui les a ramenés sur terre.
Partie D : Capsule spécifique : Soyouz.
Soyouz désigne une famille de vaisseaux spatiaux habités soviétiques, puis russes après l’éclatement de l’URSS. Ces engins existent depuis 1967; ils permettent de desservir l’orbite terrestre basse et assurent la relève des équipages des stations spatiales.
Le vaisseau Soyouz est composé de trois sous-ensembles; un module de service qui regroupe la propulsion et l’avionique, un module de descente dans lequel l’équipage se tient durant le lancement et qui est le seul module à revenir au sol et enfin, un module orbital qui est utilisé par les cosmonautes durant leur séjour en orbite. Ce dernier module comprend le système d’amarrage et l’écoutille permettant de passer dans la station spatiale après l’amarrage à celle-ci.
Soyouz peut effectuer un vol autonome d’une durée de 3 à 15 jours ou rester amarré à la station spatiale jusqu’à 200 jours. L’engin est lancé par la fusée russe qui porte aussi le nom de Soyouz et le lancement s’effectue à la base de Baïkonour. Le module de descente revient au sol à proximité de son point de départ; il est d’abord ralenti par des parachutes et lorsqu’il est  près de toucher le sol, de nouvelles rétrofusées sont utilisées, permettant de réduire la vitesse du module dans une fourchette de 1,4 à 2,6 m/s. La version la plus récente de Soyouz est le Soyouz-TMA.
Cette capsule mesure 10 m de hauteur, possède un diamètre de 2,65 m et est d’une masse totale de 7,25 t.
Le vaisseau-cargo Progress qui ravitaille l’ISS est un dérivé de la capsule Soyouz.
Partie E : En développement.
En 2010, les Russes ont lancé la capsule Soyouz TMA-01M, qui est une version améliorée du Soyouz TMA en opération depuis 2002; depuis ce temps, les nouveaux projets ont été abandonnés, faute de partenaires et d’argent.
Les Américains sont cependant très actifs; la capsule CST-100 produite par Boeing devrait être lancée en 2017 à partir du lanceur Atlas V et aurait une autonomie de vol de 60h. Quant à Dragon V2 de la compagnie Space X, elle devrait être lancée par un Falcon 9 aussi en l’année 2017.
New Shepard est une capsule suborbitale de la compagnie Blue Origin. Son vol inaugural est prévu en 2019 et serait lancée par le futur lanceur Vulcan.
En plus, la NASA a annoncé en mai 2011 que le développement d’Orion se poursuivait et que cette capsule pourrait être utilisée à partir de 2020.
Partie F : Commentaires.
Les capsules ont été à l’origine des voyages des humains dans l’espace; elles ont été déclassées par les navettes américaines qui pouvaient être réutilisables; cependant depuis que les navettes ont été abandonnées en 2011, les capsules Soyouz ont été les seules à pouvoir transporter des astronautes. Aujourd’hui, en 2015, les Américains reviennent à l’utilisation de la capsule et leurs prochains vols vers l’ISS, à bord de leurs capsules privées, devraient s’effectuer vers 2018.
CHAPITRE 2.2 : Les navettes.
Partie A : Qu’est-ce qu’une navette?
C’est un véhicule spatial qui avait l’avantage de pouvoir revenir sur terre en effectuant un atterrissage contrôlé à la manière d’un avion ou d’un planeur; les navettes étaient en forme d’avion à ailes delta. En outre, les navettes étaient réutilisables. Cependant, ces navettes avaient aussi besoin d’être propulsées et le décollage de la terre s’effectuait grâce à deux propulseurs à poudre et à un énorme réservoir extérieur d’hydrogène et d’oxygène liquides. Les navettes américaines, qui ont été mises en service à partir de 1981 et qui ont été dans l’espace sont Columbia, Challenger, Discovery, Atlantis et Endeovour; la navette Entreprise a été la première  produite mais n’a jamais été dans l’espace. Les navettes Columbia et Challenger ont été détruites lors de missions. Les navettes ont été abandonnées en 2011.
Les Russes ont eu aussi construit des navettes; seule la navette Bourane a effectué un vol orbital; c’était en 1988 et la navette était automatisée, il n’y avait pas d’équipage à l’intérieur. Le programme de lancement de navettes a ensuite été abandonné, faute de moyens financiers. Quant au projet européen Hermès, il n’a jamais pris son envol.
Partie B : À quoi servent les navettes?
Les navettes américaines ont été utilisées, pendant environ trente ans, pour le transport d’équipages, pour la construction de l’ISS, pour mettre en orbite des satellites, pour réparer le télescope spatial Hubble, etc.
Partie C : Navette spécifique : X-37B.
Les informations techniques portent sur la navette X-37B qui est actuellement la seule navette opérationnelle. La navette X-37B peut se déplacer sur une orbite comprise entre 230 km et 1 064 km d’altitude et la rentrée atmosphérique s’effectue comme pour les anciennes navettes de la NASA. La descente s’effectue avec une pente de 20° en volant à 400 km/h, avant de se poser de manière automatique sur un terrain d’atterrissage classique.
Sa structure, qui est isolée de l’extérieur par un bouclier thermique, utilise, contrairement aux anciennes navettes, des panneaux en composite plus léger que l’aluminium qu’il remplace.
L’espace cargo, fermé par deux portes, fait 1,2 m X 2,13 m. La X-37B abandonne les piles à combustibles au profit des panneaux solaires, déployés en orbite depuis la soute; ceux-ci permettent d’accroitre la durée des séjours en orbite, en rechargeant les batteries d’accumulateurs.
La petite navette, X-37B, a été construite par Boeing en lien avec l’U.S. Air Force et l’Agence pour les projets de recherche avancée de défense (DARPA).  Cette navette mesure 8,9 m de longueur et présente une envergure de 4,5 m; sa masse au lancement est de 5,5 t. Cet engin est muni d’une paire d’ailes, d’un aileron et d’une soute qui peut s’ouvrir dans l’espace. Elle est habituellement lancée par une fusée Atlas V depuis Cap Canaveral en Floride.
Son premier lancement a été fait en 2010 et elle a déjà passé au total 1 334 jours dans l’espace, dont 670 jours lors de son troisième lancement; en mai 2015, elle en est à son 4ième  lancement. La navette devrait tester des matériaux mis au point par la NASA ainsi qu’un nouveau système de propulsion basé sur l’ionisation du Xénon. En outre, vu que cette navette est liée au militaire, plusieurs expériences et instruments sont gardés secrets.

Le moteur ionique expulse, à forte vitesse et vers l’arrière, un faisceau continu d’ions (atomes de Xénon qui ont gagné ou perdu un ou plusieurs électrons) afin de créer une poussée. L’ionisation s’effectue grâce à de l’énergie électrique obtenue via des panneaux solaires. Ses avantages seraient importants : l’impulsion donnée serait jusqu’à dix fois supérieure à celle fournie par les propulseurs chimiques, la masse de carburant emportée est significativement réduite (ce qui laisse de la place pour d’autres instruments et peut-être armements) et enfin, l’engin spatial pourrait aller plus vite et aussi plus loin que ceux alimentés par les propulseurs chimiques.
Partie D : En développement.
Le Dream Chaser de la compagnie Sierra Nevada Corporation (SNC) semble être la seule navette qui a des chances de voir le jour prochainement; en fait, elle pourrait transporter des équipages de la terre à l’ISS vers 2017, si tout va bien.
Partie E : commentaires.
Malgré que les capsules soient revenues en force pour le transport des astronautes, l’utilisation d’une nouvelle navette n’est pas exclue, si l’on tient compte des économies que la navette réutilisable permet d’obtenir.
CHAPITRE 2.3 : Stations spatiales.
Partie A : Qu’est-ce qu’une station spatiale?
Une station spatiale est un véhicule spatial non récupérable, satellisé autour de la terre, capable d’abriter des astronautes pour des séjours de longue durée et auquel peuvent venir s’amarrer des vaisseaux spatiaux automatiques ou pilotés par des humains.
Partie B : À quoi servent les stations spatiales?
La plus importante utilisation touche les recherches sur l’effet de l’apesanteur et de l’isolement  sur le corps humain ainsi que sur d’autres organismes vivants; les recherches portent aussi sur  les fluides ou sur différents matériaux. Les travaux effectués dans la station servent principalement à améliorer la vie des hommes sur terre, même si ces les expériences visent aussi à préparer de futurs vols spatiaux de longue durée qui pourraient être tentés vers la planète Mars.
Les Russes ont été les premiers à créer une station spatiale, la station Mir; les navettes spatiales américaines la visitèrent régulièrement à partir de 1996.
Partie C : Station spatiale spécifique : ISS.
La station spatiale internationale (ISS) se promène à une vitesse d’environ 28 000 km/h sur une orbite comprise entre 330 km et 435 km au-dessus de la terre; elle fait 16 fois le tour de la terre à chaque jour et il est possible de l’apercevoir à l’œil nu, lorsqu’elle survole notre partie du globe. Son numéro d’immatriculation est 1998-067A.
Le premier module a été lancé en 1998 et la station est le fruit d’une coopération internationale de 16 pays, dont plusieurs d’Europe ainsi que les États-Unis, la Russie, le Japon et le Canada. C’est en novembre 2000 que les premiers humains, un Américain et deux Russes, intègrent l’ISS. Depuis ce temps, 215 personnes ont habité la station et 6 astronautes y vivent aujourd’hui pour de longues périodes; l’équipage est remplacé régulièrement.
La station spatiale mesure 110 m de longueur et 74 m de largeur, avec une hauteur de 30 m. La surface habitable correspond à peu près à une maison qui aurait 5 chambres.
La contribution canadienne à ce « casse-tête spatial » est un système d’entretien mobile. Il a d’abord servi à l’assemblage de la station elle-même et il comprend trois éléments de robotique, soit : le Canadarm 2 qui mesure 17 m de longueur; ensuite, il y a Dextre qui est un robot bricoleur chargé des travaux d’entretien et de routine; finalement, il y a une base mobile qui sert à la fois de plateforme et de poste d’entreposage.
Le pilotage de la station, c’est-à-dire le rehaussement de l’orbite et les manœuvres d’évitement de débris spatiaux, est assuré par le module russe Zvezda;  les cargos Progress russes, l’ATV européen et le HTV japonais, ainsi que Dragon et Cygnus de la Space X,  assurent actuellement le ravitaillement de la station, alors qu’un Soyouz russe assure de manière exclusive la relève des équipages, depuis l’arrêt des navettes spatiales américaine en 2011.
Les principaux modules qui composent l’ISS : Installé en 1998, Zaria, de la Russie et Unity des États-Unis. En 2000, Zvezda de la Russie s’amarre à Zaria et se retrouve à l’opposée d’Unity. En 2007, Harmony des États-Unis se joint à la structure de la station. En 2008, Columbus de l’Europe et Kibo du Japon sont amarrés à Harmony. En 2009, est installée la grande poutre qui est la pièce maîtresse de l’ISS ainsi que le mini-research 2 de la Russie. En 2010, Tranquility des États-Unis est le troisième nœud de la station. En 2011, Robonaut-2 est intégré à la station ainsi que Leonardo, un module permanent tout-usage fourni par Thales Alenia Space. Pour ceux qui veulent avoir un aspect détaillé de l’ISS, il suffit de faire une demande sur Google qui vous présentera alors plusieurs sites à consulter.
En mai 2015, la NASA a déplacé le module permanent (PMM) du module Unity au module Harmony à l’aide du bras robotique Canadarm 2. L’emplacement libéré sur le module Unity pourra être utilisé par les capsules Dragon et Cygnus pour le transport du fret, alors que la capsule Dragon V2 de Space X et le CST-100 de Boeing se poseront sur Harmony avec les astronautes; c’est à partir de 2018 que les États-Unis utiliseront régulièrement ces capsules vu que leur contrat de transport avec l’agence russe Roscosmos prendre fin à ce moment. De fait les Américains pourront alors utiliser quatre sites d’amarrage, deux pour le fret sur Unity et deux pour les astronautes sur Harmony.
En mai 2015, le Canada a confirmé son financement à l’ISS jusqu’en 2024, il est le troisième pays à s’être engagé à ce niveau après les États-Unis et la Russie, les deux poids lourds de l’exploration spatiale.
Partie D : En développement.
En mars 2015, la Chine annonçait la construction d’une deuxième station spatiale qui commencerait en 2016; trois grands rendez-vous sont prévus avec une mission habitée; le lancement d’un nouveau module orbital (Tiangong-2), l’entrée en service du nouveau lanceur CZ-7 et le lancement du véhicule de ravitaillement Tianzou-1. La chine a déjà mis en orbite basse, 380 km, Tiangong-1 en 2011; ce laboratoire spatial a été habité à deux reprises, soit environ 7 jours en 2012 et 12 jours en 2013.
La concurrence est forte afin d’obtenir les nouveaux contrats pour le transport de marchandises. Sierra Nevada Corporation a dévoilé sa nouvelle version de son Dream Chaser. Il peut être mis en orbite par un lanceur classique car il utilise un système d’ailes pliables; en outre, le véhicule est équipé d’un système de propulsion non toxique et non hypergolique. À l’image des anciennes navettes américaines, il peut se poser sur la terre comme un avion. En mars 2015, on ne sait pas s’il sera choisi comme transporteur de marchandises pour alimenter l’ISS.
Pour le transport des équipages entre la terre et l’ISS, les compagnies Space X et Boeing auraient des contrats, mais en mars 2015, leurs véhicules ne sont pas encore utilisés, probablement vu qu’ils sont encore au niveau expérimental.
En septembre 2015, le démonstrateur de module gonflable BEAM (Bigelow Expandable Activity Module) de Bigelow Aerospace devrait être amarré à l’ISS. Ce module devrait être monté à bord d’une capsule Dragon de Space X lors de la mission CRS-8.
Partie E : Commentaires.
En créant l’ISS, plusieurs pays espéraient pouvoir développer des alliages inconnus sur terre, grâce à la microgravité; 30 ans plus tard, les activités industrielles rentables ne sont pas au rendez-vous; néanmoins, de nombreuses études poussées sont conduites en matière d’astronomie, de physiologie, de psychologie et les retombées pour la compréhension de l’homme et de l’univers sont incalculables.

SECTION 3

Satellites artificiels

Qu’est-ce qu’un satellite artificiel?

Un satellite artificiel est un objet fabriqué par l’être humain, envoyé dans l’espace à l’aide d’un lanceur et gravitant autour d’une planète ou d’un satellite naturel comme la lune. La vitesse imprimée au satellite, par la fusée, lui permet de se maintenir très longtemps dans l’espace, en décrivant une orbite autour du corps céleste.
Le satellite artificiel est composé d’une charge utile, définie spécifiquement pour la mission qu’il doit remplir, et d’une plate-forme souvent standardisée assurant des fonctions de support comme la fourniture d’énergie, la propulsion, le contrôle thermique, le maintien de l’orientation et les communications.
Le satellite est suivi par un centre de contrôle au sol, qui envoie des instructions et recueille les données collectées, grâce à  des stations terrestres qui font le relais.
Les satellites artificiels ont été créés pour accomplir différentes fonctions ou tâches. Dans cette section, nous étudierons les satellites de télécommunication, d’observations de la terre, météorologiques, d’observations astronomiques et militaires.
Les satellites et sondes spatiales lancés depuis la terre ont déjà visité toutes les planètes du système solaire et c’est la planète Mars qui a été visitée le plus souvent.
CHAPITRE 3.1 : Satellites de télécommunication.
Partie A : À quoi servent les satellites de télécommunication?
Les satellites sont des engins placés, par un système de transport spatial (fusée, navette), en orbite autour d’un astre et en général à l’entour de la terre. Ils peuvent utiliser une orbite géostationnaire*, une orbite terrestre base* ou une orbite Molnia*. Leur principale fonction est la téléphonie internationale, car les satellites peuvent couvrir toutes les régions du globe et ainsi permettre aux bateaux et aux avions de rester en contact avec les stations terrestres.
Ces satellites sont utilisés par les télévisions, les radios hertziennes et radios-amateurs, par internet et aussi pour le positionnement (GPS américain). En outre, ils peuvent servir de relais pour les communications entre les satellites d’observations en orbite basse ou pour les vols habités, sans toujours dépendre des réseaux des stations au sol.
Partie B : Satellite spécifique de télécommunication : Alphasat.
Satellite Alphasat, le plus grand satellite de télécommunication géostationnaire de manufacture européenne, a été lancé le 25 juillet 2013 par Arianespace depuis la base de lancement de Kourou (Guyane) par le lanceur Ariane 5. Construit par Astrium, Alphasat couvre l’Europe, l’Afrique et le Moyen-Orient; il élargit le réseau mondial large bande d’Inmarsat. Sa durée de vie est de 15 ans et l’envergure de ses panneaux solaires est de 40 m; il a été monté sur la plateforme Alphabus qui est destinée aux satellites de grandes dimensions.
Alphasat est un satellite qui possède quatre charges utiles. Le premier démonstrateur est un terminal de communication laser; il permet des liaisons de données à grande vitesse entre les satellites en orbite basse et ceux placés en orbite géostationnaire. Le second démonstrateur est relié à la communication dans les bande Q et V qui sont au-dessus de la bande Ka dans le spectre des fréquences. 
La troisième charge utile est un senseur d’étoiles et le quatrième est un instrument pour caractériser l’environnement spatial; il surveille notamment l’environnement radiatif GEO et ses effets sur les composantes électroniques et les capteurs de satellites.
L’intérêt de ce satellite est de rendre possible des communications mobiles à partir de terminaux qui ne nécessitent pas d’infrastructures terrestres. L’utilisation de la bande L, de grande longueur d’ondes, permet aux utilisateurs de ne pas se soucier de la position du satellite pour communiquer; cette fréquence très basse se propage très bien.
Le satellite emporte une immense antenne de forme ovale de plus de 11 m par 13 m. La valeur ajoutée d’Alphasat est qu’il fournit un service performant alors que la largeur du spectre disponible, en bande L, est très faible. Toute l’astuce consiste à gérer les ressources disponibles selon un principe similaire à celui des fréquences radio. Le satellite est capable de gérer 200 zones de couverture et de réutiliser en moyenne 50 fois chaque fréquence.
Partie C : En développement.
Airbus Defence and Space a été choisi pour construire 900 satellites, projet OneWeb, qui permettront de relier toutes les régions du monde par internet. Les premiers lancements par ArianeSpace devraient s’effectuer en 2018. En outre, cette même compagnie lancera le satellite Quantum vers 2018 et ce satellite sera équipé d’une antenne réseau à commande de phase et d’une connectivité flexible; en fait, il sera totalement reconfigurable en orbite, par voie logicielle à partir de la terre.
Partie D : commentaires.
Vers les années 2010, le marché des satellites de télécommunication en orbite géostationnaire était en moyenne de 20 à 25 satellites par an, réalisés pour la plupart par quatre américains : Space System/Loral, Boeing, Lockheed Martin, Orbital Science et par deux européens : Astrium Satellites et Thales Alenia Space.
CHAPITRE 3.2 : Satellites d’observations de la terre.
Partie A : À quoi servent les  satellites d’observations de la terre?
Ces satellites servent à effectuer des observations géophysiques et géographiques de la terre depuis l’orbite terrestre. Les observations portent habituellement sur la météorologie (voir chapitre 3.3), sur l’inventaire des ressources naturelles et sur la géodésie, qui étudie la dimension, la forme et le champ de pesanteur de la terre ainsi que du fond océanique. L’aspect militaire est aussi important et fait partie du chapitre 3.5.
La majorité des satellites d’observations de la terre fait partie de la catégorie des satellites de télédétection, dont les instruments analysent les ondes électromagnétiques (lumière visible, ultraviolet, infrarouge, rayon X et gamma) émises par l’objet observé. Au besoin, le satellite émet un train d’ondes et analyse les ondes retournées (radar).
Le diamètre de la terre est de 12 756 km et la vitesse de rotation de notre planète est de 1 675 km/h.
Typiquement, les instruments utilisés sont des caméras, spectromètres, radars et radiomètres. D’autres satellites peuvent utiliser des magnétomètres, des lasers et des détecteurs d’ions ou d’atomes neutres; ces satellites essaient surtout de mesurer le champ gravitationnel de la terre ainsi que son champ magnétique.
Partie B : Satellite spécifique d’observations de la terre : RISAT-1.
Le RISAT-1 (Rada Imaging Satellite) est doté d’un radar développé par l’agence spatiale indienne, l’ISRO, et a été lancé en 2012 par un lanceur indien PSLV-XL. Il a été placé sur une orbite héliosynchrone* de 536 km avec une inclinaison de 97°. La durée du cycle orbital est de 25 jours et l’orbite choisie est crépusculaire (passage au niveau des terres à 6h et 18h. La durée prévue de la mission est de 5 ans.
Le satellite RISAT-1 pèse 1 858 kg et son radar opère dans la bande C; il est doté d’une antenne plane de 6 m sur 2 m. Il comprend deux ailes couvertes de panneaux solaires, générant 2 200 watt d’électricité qui sont stockés dans une batterie NiH2. Le satellite est stabilisé sur trois axes à l’aide de roues à réactions actionnées par des moteurs à l’hydrazine.
Sa mission est de fournir, en tout temps, des images des régions situées sous les nuages ou couvertes de neige, de nuit comme de jour.
Partie C : en développement.
Les futurs satellites Sentinelle-6 du programme Copernicius (ESA) fourniront des mesures de haute précision sur la topographie de la surface des océans. C’est Airbus Defence and Space qui en est le concepteur. Les engins seront lancés en 2020 et en 2026. L’union européenne s’appuie sur plusieurs familles de Sentinelle dont chacune explore la terre et son environnement. En juin 2015, AerienSpace a utilisé un lanceur Véga pour mettre en orbite le premier satellite de la famille Sentinelle-2; ce satellite sera sur une orbite héliosynchrone à une altitude de 786 km.
Partie D : Commentaires.
Au Canada, la compagnie MacDonald, Dettwiller et ass (MDA) a fabriqué les deux satellites d’observations de la terre, Radarsat 1 et 2. C’est aussi cette compagnie qui a fabriqué le bras articulé de l’ISS. Radarsat-2 a été lancé en décembre 2007 et sa durée de vie prévue était  de sept ans, mais il est encore en vie et peut prendre plus de 30 000 images par année. Il a une masse totale de 2 000 kg et la dimension de ses panneaux solaires est de 3,73 m par 1,8 m. Il survole la terre à une altitude de 800 km et se déplace à 28 000 km/h environ. Étant donné qu’il fonctionne en ondes radar, il peut balayer la terre en tout temps, jour et nuit, et peu importe les conditions météorologiques.
CHAPITRE 3.3 : Satellites météorologiques.
Partie A : À quoi servent les satellites météorologiques?
Un satellite météorologique est un satellite artificiel qui a comme mission principale de recueillir des données concernant le temps et le climat de la terre. Ils peuvent différencier nuages, précipitations, vent, brouillard, etc.
Certains satellites sont géostationnaires, c’est-à-dire qu’ils sont situés directement au-dessus de l’équateur et à une altitude de 35 880 km; ils peuvent alors prendre en continu la même portion du globe, surtout dans les spectres visibles et infrarouge. Les médias utilisent souvent ces données lors de leurs bulletins météorologiques.
D’autres satellites sont dits circumpolaires car ils orbitent autour des pôles à une altitude basse qui se situe entre 720 km et 800 km de la terre; vu qu’ils sont plus près de la terre que les satellites géostationnaires, ils offrent une meilleure résolution de la composition des nuages, de la brume, des feux de forêt, des courants marins, etc.
Les satellites météorologiques sont munis de deux types de senseurs. Des radiomètres pour la télémesure de la température de l’atmosphère et des hydrométéores* qui s’y trouvent; ces radiomètres opèrent habituellement dans le spectre de l’infrarouge. Les radiomètres, opérant dans le spectre visible, permettent de noter la brillance de la réflexion solaire sur les différentes surfaces.
Certains sondeurs servent aussi à découvrir la structure de la température et de l’humidité de l’atmosphère terrestre. En outre, les satellites météorologiques peuvent aider, en s’associant aux satellites d’observations de la terre, à comprendre la progression des glaciers, des déserts, de la pollution atmosphérique, etc.
Partie B : Satellites canadiens.
Le satellite Alouette 2 fut lancé le 29 novembre 1965 par la fusée Thrust Thor-Agena B du site Vandenberg AFB aux États-Unis. Son numéro est 1965-098 A au NSSDC. Il avait un périgée* à 505 km, une apogée* à 2 987 km, une période de 121,4 min, une inclinaison de 79,8° et une excentricité* de 0,15266.
En mars 2015, le Canada lançait un petit satellite hybride, Cassiope, qui vise à percer les mystères de la météo spatiale. Pour y arriver, le satellite utilise la charge utile scientifique ePOP qui observe l’ionosphère. L’ePOP observe là où l’espace et la haute atmosphère entrent en contact. L’ePOP comprend une suite de huit instruments scientifiques dont des imageurs plasma, des récepteurs d’ondes radio, des magnétomètres et des caméras.
Ces instruments recueillent des données concernant l’impact des tempêtes solaires sur les communications radio et sur la navigation par satellite.
Cascade constitue la deuxième charge utile du satellite Cassiope; c’est un démonstrateur de communication qui fait la cueillette d’imposants fichiers de données numériques et qui les achemine un peu partout dans le monde.
La plateforme Smallsat hexagonale de Cassiope mesure à peine 180 cm de longueur par 125 cm de hauteur, mais elle est très polyvalente et peut être utilisée pour diverses missions.
Partie C : Satellite spécifique météorologique : Météosat.
En 2009, l’ESA, agissant pour le compte d’Eumetsat, lance un appel d’offre pour une troisième génération des satellites Météosat. Les satellites Météosat troisième génération (MTG) utilisent des radiomètres qui effectuent des mesures de l’intensité du flux sur des parties bien déterminées du spectre des rayonnements électromagnétiques, ultraviolet, lumière visible ou infrarouge.
Lorsque la mesure du rayonnement est effectuée en fonction de la longueur d’onde, au lieu de l’intensité du flux, l’instrument prend le nom de spectroradiomètre. Toutes ces mesures permettent de mesurer avec précision le contenu en vapeur d’eau et en eau liquide de l’atmosphère.
Ces satellites (MTG) comportent deux charges utiles, soit le MTG-I qui fournira aux utilisateurs des informations sur l’heure, la position et l’intensité des impulsions optiques détectées.
La deuxième charge utile est le MTG-S qui est un spectromètre travaillant dans deux bandes de l’infrarougsolution spatiale de 4 km. Le MTG-S embarquera aussi à son bord le système d’observation Sentinel-4; cet ajout permettra une capacité nouvelle d’analyse de la chimie atmosphérique et l’identification des concentrations de gaz tels que l’ozone et le dioxyde d’azote.
Les satellites Météosat de deuxième génération fournissent déjà toutes les 15 minutes une série de douze images du disque terrestre et de son atmosphère, chacune dans une bande de fréquence différente.

Partie D : En développement.
MetOp est une famille de trois satellites qui sont placés en orbite polaire héliosynchrone* et développés conjointement par l’ESA et l’EUMETSAT. MetOp-A a été placé en orbite en 2006, MetOp-B en 2012 et le lancement de MetOp-C est planifié pour fin 2017. L’orbite des satellites est située à 820 km d’altitude. MetOp ne prend pas de cliché du globe, mais fonctionne plutôt comme un scanner qui ne verrait de la terre qu’une bande à la fois. Il fait le tour de la terre en 100 minutes, donc 14 fois le tour de la terre par jour. Ces satellites contiennent douze instruments de mesures météorologiques.
Partie E : Commentaires.
Chaque pays développé possède des satellites météorologiques vu qu’ils sont très importants pour l’aspect économique d’un pays et qu’ils permettent aussi de prédire le temps qu’il fera demain et après-demain. Néanmoins, les prédictions sont encore peu fiables, étant donné les nombreux paramètres à analyser et leur imprévisibilité. 

CHAPITRE 3.4 : Satellites d’observations astronomiques.

Partie A : À quoi servent les satellites d’observations astronomiques?
On peut classer les satellites astronomiques en fonction des longueurs d’ondes qu’ils observent. Le terme de télescope est généralement réservé aux instruments qui utilisent une optique, ce qui n’est pas le cas des satellites astronomiques observant les rayonnements Gamma, X et radio.
Certains satellites peuvent observer plusieurs longueurs d’ondes et certains instruments étudient même les noyaux et/ou les électrons du rayonnement cosmique, alors que d’autres cherchent les ondes gravitationnelles.
Les satellites pouvant détecter les rayons gamma, qui sont des rayons de très grandes puissances, observent surtout les supernovae, les étoiles à neutrons, les pulsars et les trous noirs. Ces satellites sont généralement situés sur des orbites terrestres dont l’altitude varie de 350 km à 600 km. Les plus récents sont le Astrorivelatore Gamma ad Immogini Leggero (AGILE) de l’agence italienne (ASI) lancé le 23 avril 2007 et le Fermi Gamma-ray Space Telescope de la NASA lancé le 11 juin 2008.
Les satellites observant dans le spectre du rayon X mesurent le rayonnement émis par les photons de haute énergie; ce rayonnement ne peut traverser l’atmosphère terrestre et doit alors être observé depuis l’espace. Ces satellites observent les rayons X provenant des galaxies, des supernovae, des étoiles et même de notre lune, bien que la majorité du rayonnement X de la lune provient de la réflexion du rayon X de notre étoile, le soleil. La majorité de ces satellites est située sur une orbite terrestre allant de 500 km à 800 km. Le plus récent a été mis en orbite en avril 2009 et appartient à l’agence indienne (ISRO), c’est le satellite Astrosat.
Les satellites observant dans le spectre des ondes radio servent généralement à réaliser de l’interférométrie à très longue base. Étant donné que les ondes radio sont détectées de la terre, il y a un télescope sur terre qui est synchronisé avec le satellite dans l’espace et les signaux de ces deux sources simulent alors un radio-télescope dont la taille serait la distance entre les deux instruments, ce qui en fait un radio-télescope énorme. Les observations effectuées portent sur plusieurs objets célestes dont les supernovae, les lentilles gravitationnelles, les masers et les galaxies. Le RadioAstron de l’agence internationale IKI a été lancé en 2011 et oscille sur une orbite terrestre de 10 000 km à 390 000 km.
Les satellites œuvrant dans l’ultraviolet, c’est-à-dire entre 100 et 3 200 Ä (angström), observent ces rayonnements émis par les étoiles et les galaxies. Le plus récent lancement, en 2015, provient de l’agence russe Roscosmos qui a mis le satellite WSO-UV sur une orbite géosynchrone.
L’astronomie en lumière visible est la forme la plus ancienne d’observations des astres; elle porte sur le rayonnement visible qui se situe entre 4 000 et 8 000 Ä. Ces télescopes étudient aussi les étoiles et les galaxies ainsi que des nébuleuses et les disques protoplanétaires. L’agence spatiale ISRO a mis sur orbite terrestre (650 km) le satellite Astrosat en avril 2009.
Les télescopes, qui fonctionnent au niveau du rayonnement infrarouge, observent surtout les étoiles froides dont les naines brunes, les nébuleuses ainsi que les galaxies qui démontrent un important décalage vers le rouge. Le rayonnement infrarouge possède une énergie plus faible que la lumière visible et est donc émis par des objets plus froids. Le télescope WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) de la NASA a été placé sur orbite terrestre (650 km) en 2009.
Dans les fréquences millimétriques, les photons sont très nombreux mais de faible énergie; il faut donc en collecter beaucoup pour pouvoir observer. Ce rayonnement permet de mesurer, entre autres, le fond diffus cosmologique et le rayonnement continu de freinage de notre galaxie.
Le fond diffus cosmologique ou le rayonnement fossile, qui ne serait qu’à 2° C au-dessus du zéro absolu, fait l’objet d’une traque depuis plusieurs années. Le satellite COBE a été lancé le 18 novembre 1989 par la NASA, le satellite WMAP, autre satellite de la NASA a été lancé le 30 juin 2001 et finalement le satellite Planck de l’ESA a été mis sur orbite le 14 mai 2009 au point de Lagrange L2; ce satellite était 1 000 fois plus précis que COBE et 30 fois plus que WMAP; il s’est éteint le 23 octobre 2013 après avoir confirmé le Big Bang; il a aussi précisé que l’univers était vieux d’environ 13 milliards 820 millions d’années et qu’il est composé de 5% de matière ordinaire, 26% de matière noire et de 69% d’énergie sombre; en outre, il a aussi détecté que l’espace à trois dimensions n’est pas parfaitement plat mais présente une infime courbure et que l’hémisphère nord de l’univers est légèrement plus froid que l’hémisphère sud.
Certains satellites sont spécialisés dans la détection du rayonnement cosmique et des électrons émis par le soleil et notre galaxie. Le spectromètre magnétique Alpha (AMS), de la NASA et de l’ESA, a été lancé en mai 2011 et se retrouve sur la station spatiale internationale (ISS).
Finalement l’observation des ondes gravitationnelles, prédites par la relativité générale d’Einstein, pourra être effectuée par le Laser Interferometer Space Antenna (LISA) qui sera la responsabilité de la NASA et ESA. Il devrait être lancé en 2017 et placé sur l’orbite solaire soit à environ 1 UA (unité astronomique). Les ondes gravitationnelles n’ont jamais pu être observées directement.
Partie B : Satellites spécifiques d’observations astronomiques : Herschel et Kepler.
En Europe :
Herschel est un télescope spatial révolutionnaire de l’ESA. Il a été lancé par la fusée Ariane 5 en mai 2009 et il a été opérationnel jusqu’en 2013. Plus grand que tous ses prédécesseurs, avec une masse d’environ 3 t pour une hauteur de près de 7,5 m et de largueur de 4 m. Il a été le premier observatoire de l’espace à couvrir l’intégralité de la bande, allant du submillimétrique à l’infrarouge lointain. Il était situé à 1,5 millions de km de la terre, autour du point de Lagrange L2.
Airbus Defence and Space a réalisé le miroir en carbure de silicium (SiC). Le SiC est un matériau exceptionnel dont les propriétés thermomécaniques permettent de fabriquer des instruments à la fois extrêmement légers et immensément grands; le miroir mesure 3,5 m de diamètre et il ne pèse que 350 kg, contre 1,5 t si les matériaux avaient été standards.
Afin d’éviter que le rayonnement infrarouge, émis par les instruments eux-mêmes, ne couvre le signal reçu, les instruments sont refroidis à -271°C, soit environ deux degrés au-dessus du zéro absolu, à l’intérieur d’une unité cryogénique, le Cryosat. Avec cette température, les instruments peuvent pénétrer au cœur des régions inexplorées de l’univers froid.

Aux États-Unis :

Le télescope spatial Kepler de la NASA a été lancé le 7 mars 2009, à bord d’une fusée Delta II depuis la base de lancement de Cap Canaveral en Floride, et il a été placé en orbite héliocentrique; il est utilisé pour détecter l’infime variation lumineuse qui se produit lorsqu’une planète passe devant son étoile, c’est la méthode du transit.
Ce satellite, le télescope Kepler, pèse plus d’une tonne et possède un miroir de 1,4 m de diamètre qui permet une ouverture de 0,95 m. Celui-ci est équipé d’un détecteur de 95 millions de pixels qui lui permet de mesurer la luminosité d’une étoile avec une précision photométrique de 20 ppm pour une étoile de magnitude apparente de 12. Son énergie est fournie par un panneau solaire délivrant une puissance de 651 watts.
Kepler a été inactif de mai 2013 jusqu’au printemps 2014 vu une panne dans son système d’orientation; cependant Kepler a été utilisé, depuis ce temps, d’une manière qui n’était pas envisagée à l’origine et qui permet d’observer successivement 9 zones différentes jusqu’en juin 2016; ces zones sont réparties le long de l’écliptique.
En janvier 2015, Kepler avait déjà confirmé l’existence de plus d’un millier d’exoplanètes et il y a encore plus de trois mille détections à confirmer. Encore en 2015, le télescope a permis la détection d’un nouveau système planétaire, situé à 150 millions d’années-lumière du soleil. La plus petite des trois exoplanètes de ce système planétaire, la Kepler-452b, circulerait dans la zone habitable de cette étoile naine rouge et est considérée actuellement comme la sœur jumelle de la terre.
Partie C : En développement.
Le télescope spatial Hubble a été mis en orbite, par la NASA, le 24 avril 1990 à 590 km d’altitude; il mesure 2,4 m de diamètre. Sa limite de résolution théorique est de 0,05‘’ d’arc; en fait, il peut distinguer 2 pièces de 10 cents placées l’une à côté de l’autre à une distance de 70 km de l’observateur. Ce fameux télescope sera remplacé par le télescope spatial James Webb (JWST) dont le lancement par une Ariane 5 est prévu à partir de 2018.
Partie D : Commentaires.
Grâce à ces satellites spécialisés, nos connaissances de l’univers augmentent considérablement; néanmoins, la découverte d’une exoplanète abritant la vie est toujours attendue et la compréhension de la naissance de l’univers ainsi que sa fin sont encore des mystères à élucider.
CHAPITRE 3.5 : Satellites militaires.
Partie A : À quoi servent les satellites militaires?
Les satellites de reconnaissance permettent de cartographier un territoire et surtout d’identifier les installations fixes, les armes et les troupes. 5 satellites SAR-LUPE, produits par l’Allemagne, ont été lancés entre 2006 et 2008; ils ont une durée de vie de 10 ans, sont sur une orbite héliosynchrone et possèdent une résolution de 1 m.
Les satellites d’alerte précoce permettent de détecter le lancement de missiles balistiques. De 1970 à 2010, les Russes ont lancé 56 satellites d’alerte de la série US-K, alors que les Américains en ont placé 23 de la série DSP sur orbite moyenne.
Les satellites de télécommunications fournissent des liaisons sécurisées aux troupes au sol. De 1964 à 2005, les Russes ont mis, en orbite Molnia*, 178 satellites de la série Molnia.
Les satellites de navigation permettent aux individus, mais aussi aux missiles et obus, de déterminer leur position et par conséquent celle de leur cible. Depuis 1978, les États-Unis ont mis, sur une orbite moyenne, 68 satellites de la série GPS.
Enfin un satellite peut être une arme en soi, en étant une bombe orbitale ou une arme anti-satellite.
Partie B : Satellite spécifique militaire : Iantar.
Les satellites de reconnaissance ou satellites espions permettent de cartographier un territoire et surtout d’identifier les installations fixes, les armes et les troupes.
Iantar est avec le Zénith une des deux grandes familles de satellites de reconnaissance militaire mise en œuvre par l’Union Soviétique, puis par la Russie, dont le premier exemplaire a été lancé en 1974. Il s’agit d’un satellite de reconnaissance optique lourd utilisant, dans la majorité des versions, une ou deux capsules de rentrée pour ramener sur terre les films photographiés depuis l’espace. Près de 200 satellites de ce type ont été lancés, se déclinant en plusieurs séries. La version 4K2M de ce satellite espion continue d’être lancé régulièrement.
Le satellite a la forme d’un cône haut de 6,3 m, avec un diamètre maximal de 2,7 m et une masse de 6,6 t. Il a une durée de vie de deux à neuf mois, est placé sur une orbite basse et offre une résolution de 0,5 m.
Ce satellite comprend 4 sous-ensembles :
-La base du cône, la partie la plus large, est occupée par le compartiment des équipements; on y retrouve la propulsion principale, le système de régulation thermique, les réservoirs d’ergols et le système de télécommunications. Deux ensembles de quatre panneaux solaires sont attachés de part et d’autre de ce sous-ensemble.
-Le module instrumental contient le système de contrôle d’altitude, l’électronique, le gyroscope, etc.
-La capsule de descente contient à la fois le système photographique et la partie optique. À la fin de la mission, cette partie du satellite se détache et utilise sa propre propulsion pour effectuer une rentrée atmosphérique. Elle atterrit grâce à un système de parachute, ce qui permet sa récupération.
-Deux petites capsules de rentrée, fixées de part et d’autre de la capsule de descente, peuvent être larguées, avant la fin de la mission, pour rapporter une partie des films pris.
Partie C : En développement.
Les satellites russes Radouga-Gran, dont la version initiale a été lancée à 34 exemplaires entre 1974 et 1999, permettent de prendre en charge des communications militaires sécurisées. La seconde génération, les Radouga-1/Globus, est lancée en 8 exemplaires entre 1999 et 2009. La troisième génération, les Radouga-1M1, est lancé depuis 2007 et en 2015, 3 exemplaires avaient été mis en orbite.
Partie D : commentaires.
Les satellites militaires sont habituellement associés à un pays particulier; cependant en 2009 a été créé le commandement interarmées de l’espace (CIE) qui est sous la responsabilité de la France. En mai 2015, le CIE avait la responsabilité de onze satellites dont deux Hélios et deux Pléïades, satellites d’observation, trois Élisa qui sont des satellites pour l’écoute, deux Syracuse 3, un Athena Fidus et un Sycral 2, qui sont des satellites de télécommunications. Tous ces satellites sont français mais le CIE est en partenariat avec l’Allemagne et l’Italie.
Un rapport publié en 2015 et destiné au Congrès américain stipule que le développement rapide des technologies spatiales chinoises pourrait menacer les capacités militaires des États-Unis par leur programme qui vise à neutraliser les satellites.

SATELLITES ARTIFICIELS

Nom/Acronyme              Pays/Producteur             Début/fin           Observations/tâches
Alphasat                             Europe/ArianeSpace     2013                      Télécommunications    
RISAT-1                                               Inde                                      2012                      Obser. Terre
Sentinelle-2                       ESA                                       2015                      Obser. Terre
Cassiope                             Canada                                2015                      Météo spatiale
Météosat                           ESA                                       2015                      Météo terrestre
MetOp                                ESA                                       2012                      Météo terrestre
Herschel                             Europe                                2013                      Astronomie
Kepler                                  NASA                                   2009                      Astronomie
JWST                                    NASA                                   2018                      Astronomie
SAR-LUPE                           Allemagne                         2008                      Militaire
US-K                                     Russie                                  2015                      Alerte militaire
Iantar                                   Russie                                  1974                      Surveillance optique
DMSP                                   États-Unis                          2015                      Militaire (explose)                         

SECTION 4
Sondes et robots d’exploration

CHAPITRE 4.1 : Sondes.
Partie A : Qu’est-ce qu’une sonde?

Une sonde est un engin spatial, non habité, lancé dans l’espace et destiné à l’étude des astres du système solaire et à l’exploration du milieu interplanétaire. La sonde se distingue des autres engins spatiaux non habités qui, eux, restent en orbite terrestre.
Les sondes spatiales peuvent prendre plusieurs formes pour remplir leurs missions soit, orbiteur placé en orbite autour d’un corps céleste à observer, atterrisseur qui explore directement le sol du corps céleste, impacteur qui fonce directement sur l’objet à étudier, etc.
Vu que les sondes sont amenées à franchir de très grandes distances, elles doivent disposer de suffisamment d’énergie, car elles voyagent  dans des régions où le rayonnement solaire est faible; elles doivent aussi disposer d’une grande autonomie de décision, car l’éloignement du centre de contrôle ne permet plus aux opérateurs humains de réagir en temps réel aux événements; en outre, elles doivent résoudre les problèmes de télécommunication rendue difficile par les distances éloignées et résister à des rayonnements et à des températures extrêmes, qui malmènent l’électronique embarquée. Enfin, pour parvenir à destination, elles doivent parfois utiliser des méthodes de navigation et de propulsion spéciales, comme l’assistance gravitationnelle, l’aérofreinage et la propulsion ionique.
Chaque lancement consiste en un rendez-vous d’une très grande précision. Malgré une amélioration dans l’autonomie  des sondes, pour arriver à destination, il faut aussi tenir compte du mouvements des planètes, décoller au bon moment, naviguer à la bonne vitesse et se diriger dans la bonne direction. À des millions de kilomètres et souvent plusieurs années après le lancement de la sonde, un seul degré d’erreur ou quelques minutes de décalage peut faire échouer cet impressionnant défi.
Partie B : À quoi servent les sondes?
Les sondes sont habituellement outillées de caméras, spectromètres* de masse, spectrographes* en phase gazeuse, capteurs d’ions*, d’instruments pour mesurer les températures, les champs magnétiques, électriques, etc.
Les sondes atmosphériques sont des sondes spatiales qui traversent l’atmosphère d’une planète pour l’étudier. La sonde Juno lancée en 2011 en direction de Jupiter est alimentée par des panneaux solaires de 450 watts.
Les rovers sont des astromobiles qui une fois déposés sur le sol d’un corps céleste peuvent se déplacer pour réaliser des études en direct. Le rover Opportunity, que l’on peut considérer comme étant un robot, explore la planète Mars depuis déjà plusieurs années.
La sonde Rosetta lancée en 2004 a atteint la comète Tchourioumov-Guerassimenko en 2014 et son atterrisseur Philae a réussi à s’y posé le 12 novembre 2014; il a communiqué seulement jusqu’au 15 novembre avant de tomber en dormance; il s’est réveillé le 14 juin 2015 lorsque la comète s’est rapprochée du soleil, améliorant la luminosité reçue par Philae ainsi que sa température. Philae, qui est opérationnel à -45°C, montrait une température de -35°C; en outre, il dispose, en juin 2015, de 24 watts de puissance alors qu’il a besoin de 12 watts pour établir un contact avec Rosetta et de 19 watts pour envoyer des données. Philae était à 180 millions de km de Rosetta lorsqu’il a repris contact avec la sonde qui orbite autour de la comète.
La sonde New Horizon, lancée en 2006, a survolé Pluton et sa lune Charon en juillet 2015 et poursuit maintenant sa route vers la ceinture de Kuiper. New Horizon est l’engin le plus rapide jamais envoyé dans l’espace, passant au large de Jupiter à plus de 50 000 km/h, elle a atteint, par l’effet d’assistance gravitationnelle, une vitesse proche de 75 000 km/h qu’elle maintient maintenant. Ce procédé pour changer la direction d’une sonde ou pour lui donner une poussée est aussi parfois appelé « effet catapulte ».
La sonde Deep Space utilise du Xénon pour se déplacer; le gaz est ionisé puis accéléré électriquement à la vitesse de 30 km/s. Les ions du Xénon sont émis à cette vitesse hors de la sonde et la propulsent dans la direction opposée, ce qui la fait avancer.
Partie C : Sonde spécifique : Dawn.
La sonde Dawn de la NASA a une masse de 725 kg à sec et d’environ 1 237 kg avec les ergols. Elle a été lancée le 27 septembre 2007 par un lanceur Delta II; son numéro d’immatriculation est 2007-043A.
La structure centrale de Dawn est un cylindre en matériau composite à base de fibre de carbone dans laquelle sont logés les réservoirs de xénon et d’hydrazine, utilisés pour propulser et orienter la sonde. Par la suite, la sonde utilise aussi une version améliorée du moteur ionique qui nécessite un apport important en électricité; alors les panneaux solaires sont de grandes dimensions et peuvent fournir jusqu’à 10,3 kw au niveau de l’orbite terrestre; cependant ces panneaux ne peuvent plus fournir que 1,3 kw au niveau de la ceinture d’astéroïdes.
La sonde embarque une caméra fonctionnant en lumière visible et proche infrarouge, un spectromètre gamma et à neutron ainsi qu’un spectromètre en lumière visible et infrarouge; en outre, le système de télécommunication est mis à contribution pour mesurer le champ de gravité par effet Doppler depuis les stations terrestres.
Entre juillet 2011 et juillet 2012, Dawn a orbité autour de Vesta et a pris environ 31 000 photos de surface. Depuis avril 2015, Dawn est satellisée autour de la planète naine Cérès à une altitude de 13 500 km. Elle a déjà filmé les mystérieux spots blancs au cœur d’un cratère de 80 km; en juin 15, la sonde tournera à seulement 4 400 km d’altitude, en août à 1 500 km et à seulement 400 km d’altitude en décembre 2015. Cérès a un diamètre de 950 km et une densité de 2; elle est probablement composée en grande partie d’eau et pèse environ un milliard de milliard de tonnes.
Partie D : En développement.
La NASA test Adapt, un atterrisseur de précision qui peut s’orienter grâce à une caméra qui permet d’analyser le terrain durant la descente; les données sont ensuite comparées à celles préenregistrées dans l’atterrisseur, qui s’ajuste alors en conséquence.
Partie E : Commentaires.
Les sondes sont des outils qui voyagent très loin et certaines ont même dépassé les limites de notre système solaire.
CHAPITRE 4.2 : Robots d’exploration spatiale.
Partie A : Qu’est-ce qu’un robot d’exploration spatiale?
Un robot, que ce soit pour de l’exploration spatiale ou autre, est un système alimenté en énergie qui évolue dans un environnement statique ou dynamique; il est formé d’un microcontrôleur  ainsi que d’un ou plusieurs capteurs et actionneurs.
La structure du robot est contrôlée de manière à effectuer une ou un ensemble de tâches. Ce contrôle inclus trois phases distinctes qui se répètent en boucle : la perception, le traitement et l’action.
Un robot fonctionne par l’exécution continue d’un programme informatique constitué d’algorithmes. Ce programme est écrit dans un langage de programmation dont la nature est choisie par le constructeur.
En fait, les robots spatiaux sont des atterrisseurs qui effectuent différentes tâches sur les corps célestes.
Partie B : À quoi servent les robots d’exploration spatiale?
Plusieurs tâches sont accomplies par les robots et vont de l’observation, à l’exploration et à l’analyse.
Le robot Dextre, construit par le Canada, est un peu différent car sa mission est d’entretenir au meilleur de sa forme l’ISS; il peut changer les batteries de certains appareils et remplacer des caméras qui sont fixées à l’extérieur de la station, ce qui permet de réduire les sorties, toujours risquées, des astronautes.
Partie C : Robot spécifique d’exploration spatiale : Curiosity.
Curiosity, le rover de la NASA, est arrivé sur la planète Mars en mars 2012 après un voyage qui a duré huit mois. Son mandat est de trouver de l’eau et surtout de rechercher les composantes nécessaires à l’apparition de la vie. Curiosity est, à ce jour, le rover de tous les records. Outre son coût, ses mensurations dépassent largement celles de Spirit et d’Opportunity; ce dernier rover, qui est sur mars depuis le 25 janvier 2004, est encore opérationnel. Curiosity présente une surface de 3 m par 2,7 m et une hauteur de 2,2 m; son poids avoisine 900 kg. Curiosity n’est pas alimenté par des panneaux solaires mais grâce à un générateur nucléaire. Il a apporté 75 kg de charges utiles, incluant dix instruments.
Le ChemCam tire au laser sur des roches et permet d’analyser à distance leur composition. Le SAM utilise la chromatographie et la spectrométrie pour étudier les échantillons. Le REMS est une station de météorologie alors que le CheMin identifie les minéraux présents. Le RAD est un détecteur de radiation alors que le DAN est un détecteur de neutrons censé mesurer l’hydrogène dans le sol.
Curiosity possèdent aussi plusieurs caméras dont une qui filme les aspects microscopiques et son coffre à outils se complète par une perceuse, une foreuse et une brosse.
En 2015, le robot poursuit sa lente ascension du Mont Sharp, point culminant au centre du cratère Gale où il fut déposé en août 2012; il poursuit la quête d’informations sur l’habitabilité passée de ce site qui fut vraisemblablement un lac, il y a deux milliards d’années. Les données collectées par Curiosity sont innombrables et la NASA en a pour plusieurs années à les analyser. La présence d’eau sur Mars, il y a plusieurs années, a été confirmée ainsi que plusieurs minéraux.
Partie D : En développement.
Tous les ans, la science-fiction s’invite dans la réalité grâce à l’institut des Concepts Avancés de la NASA, Niac. Dans le domaine de l’exploration robotique, les grandes lunes glacées des planètes Saturne et Jupiter sont des destinations de choix. Dans le cas de Titan, lune de Saturne, JPL propose d’explorer les profondeurs d’un des grands lacs de méthane à l’aide d’un sous-marin et le centre spatial Glenne de JPL( Jet Propulsion Laboratory) veut aussi faire voler, dans l’épaisse atmosphère de Titan, un quadricoptère qui serait largué d’un ballon ou d’un atterrisseur.
Partie E : Commentaires.
Les robots ont vraiment pris la place des humains dans l’exploration spatiale; ils permettent d’effectuer de nombreuses analyses et découvertes à moindre coût, comparés à un équipage d’astronautes; transportés par des sondes, ils peuvent rejoindre les planètes les plus éloignées. Il y a plusieurs robots qui examinent et explorent la planète Mars, prélude peut-être à une mission où l’homme se rendra sur la planète rouge.
SONDES : ORBITEURS, ATTERRISSEURS, DIVERS

SECTION 5
Les débris
CHAPITRE 5.1 : Les débris.
Partie A : Qu’est-ce qu’un débris spatial?
Un débris spatial, dans le domaine de l’astronautique, est un objet résiduaire d’une mission spatiale se trouvant sur orbite.
La taille de ces débris peut varier de quelques millimètres à la taille d’un autobus; les plus gros d’entre eux sont des morceaux de lanceurs spatiaux ou de satellites inutilisés. Les débris plus petits sont de tailles variables et peuvent provenir de pièces détachées de ces plus gros morceaux (parfois à la suite de leur explosion).
Partie B : Où retrouve-t-on les débris spatiaux?
Lorsqu’un satellite devient inutilisable, il existe actuellement deux solutions pour le mettre au rancart. Il est parfois précipité dans l’atmosphère terrestre pour le détruire ou bien, il est placé en orbite cimetière à environ 36 300 km d’altitude, soit au moins 300 km au-dessus de l’orbite géostationnaire. Les satellites d’observations de la terre sont généralement à 2 000 km d’altitude et l’ISS est à 400 km.
Vu les nombreux débris spatiaux, il y a des risques que les débris déjà existants se heurtent les uns les autres et génèrent de nouveaux débris, rendant ainsi certaines orbites non utilisables. Le satellite canadien Neosat permet de suivre le mouvement des astéroïdes et de surveiller des débris spatiaux.
Les débris sont principalement situés sur les orbites basses, c’est-à-dire à moins de 2 000 km d’altitude. Pour éviter les plus gros débris, l’ISS doit régulièrement modifier son orbite.
Il y a plus de 6 000 satellites qui ont été placés en orbite, dont encore au moins 1 000 sont actifs. Il y a plus de 16 000 objets de plus de 10 cm de diamètre, 300 000 entre 1 cm et 10 cm et plus de 350 millions de moins de 1 cm. Un objet de 30 g qui se déplace à 7,5 km/s présente autant d’énergie cinétique qu’une grosse voiture de 2 t roulant à 100 km/h.
En février 2009, le satellite américain Iridium-33 a été détruit par sa rencontre avec le satellite russe inutilisé Cosmos-2251.
Les systèmes de détection actuels ne permettent pas vraiment de suivre de nombreux petits débris (moins de 10 cm). Mais l’US AIR FORCE va déployer en 2019 le Space Fence, qui est construit par Lockheed Martin au coût de 915 millions de dollars. Alors que les systèmes actuels ne peuvent pas suivre plus de 23 000 objets, le Space Fence pourra en suivre 150 000 objets d’un diamètre d’à peine 5 cm.
Partie C : Un débris spécifique : DSMP-F13.
Le 3 février 2015, le satellite militaire américain de météorologie, le DMSP-F13, a explosé en 46 morceaux. Il avait été lancé en 1995 et il était situé sur une orbite à 800 km d’altitude où évoluent la plupart des satellites d’observations de la terre.
Partie D : Solutions.
Les ingénieurs de l’ESA ont inventé le filet spatial pour tenter de récupérer les débris de l’espace. L’ESA envisage d’utiliser ce procédé en corrélation avec un bras robot, un harpon et un canon à ions.
Deux équipes de chercheurs veulent combiner le télescope Euso, qui doit être installé sur l’ISS en 2017, et un laser, conçu pour étudier les rayons cosmiques, afin de détruire des débris. L’équipe travaillant sur le laser s’est rendue compte qu’il est possible de focaliser le faisceau lumineux sur un débris, ce qui le chauffera suffisamment pour qu’une partie se vaporise et l’éjection de gaz ainsi produite provoquera un mouvement par réaction, lequel infléchira la trajectoire du débris pour le diriger vers l’atmosphère où il se consumera naturellement.
Les solutions pour diminuer les risques de collisions sont les robots de la DARPA, les transporteurs de l’ESA, les filets du Japon et les lasers. Malgré ces pistes de solutions, une difficulté importante reste le rendez-vous avec les objets qui filent à toutes vitesses. C’est pour cela que la prévention est importante et devrait être accentuée.
Au niveau préventif, la passivation des étages supérieurs des satellites, par le largage du carburant résiduel, limite les risques d’explosion. La désorbitation rapide des satellites est souhaitée et, à défaut, la règle de 25 ans impose que tout satellite se trouvant sur une orbite basse soit rentré dans l’atmosphère à l’intérieur de ces 25 ans.
Pour les satellites en orbite géostationnaire, étant donné que le retour dans l’atmosphère n’est pas encore envisagé, le satellite est alors transféré sur une orbite de rebut où ne se trouve aucun engin opérationnel.
Le projet CleanSpace One, instauré par l’école polytechnique fédérale de Lausanne, avec la complicité de Swiss Space System, consiste à capturer à l’aide d’un satellite équipé d’un filet le CubeSat qui mesure dix cm de côté; une fois capturé, il sera largué vers l’atmosphère terrestre où il sera alors détruit. Le lancement du satellite nettoyeur n’est pas prévu avant 2016.
Partie E : commentaires.
Sans les efforts de récupérations des débris et des engins inopérants, il sera très difficile de continuer la course à l’exploration spatiale, sachant que depuis 1957 plus de 6 000 engins ont été expédiés dans l’espace, générant régulièrement de nombreux débris spatiaux.

CONCLUSION

À ce jour, l’exploration de l’espace n’a toujours pas permis de découvrir les origines de l’univers ni de la vie ailleurs que sur terre. Néanmoins, les connaissances sur notre système solaire augmentent à grands pas et chacune de ses planètes a déjà été visitée, dont Pluton, la planète naine en juillet 2015.
En outre les technologies développées pour l’exploration spatiale bénéficient aussi au commun des mortels. De nombreux emplois sont créés, des expériences portant sur la santé profitent à la médecine, d’autres, comme les panneaux solaires, font avancer notre compréhension de l’énergie renouvelable; il en est de même pour de nombreux domaines, dont l’informatique, l’optique, l’ingénierie, etc.

La conception et la mise en forme de cette étude n’ont pas été très faciles et la lecture ainsi que sa compréhension exigent aussi un effort important. Félicitations aux personnes qui ont réussi à passer au travers et qui en retiennent une idée générale.

ANNEXES
Annexe 1 : Sigles et symboles.
ASI : Agence spatiale italienne.
CNES : Centre national d’études spatiales en France.
CNSA : Agence spatiale de la Chine.
CSA : Agence spatiale canadienne.
COSPAR : Numéro d’immatriculation internationale des objets spatiaux.
DLR : Agence spatiale de l’Allemagne.
ESA : European Space Agency, fondée en juillet 1973, 17 pays sont actuellement membres.
EUMETSAT : Organisation européenne pour l’exploitation des satellites météorologiques.
IKI : International Climate Initiative, crée par les Allemands.
ISRO : Indian Space Research Organisation.
ISS : International Space Station.
JAXA : Agence spatiale japonaise.
NASA : National Aeronautics and Space Administration; voit le jour le 29 juillet 1958.
NSSDC : National Space Science Data Center.
ONU : Organisation des Nations Unies.
Roscosmos : Agence spatiale de Russie.

Annexe 2 : Numéro d’immatriculation des objets spatiaux.
L’article IV de la convention sur l’immatriculation dit que chaque État qui fait le lancement d’un objet spatial doit fournir au secrétaire général de l’organisation des Nations Unies les renseignements suivants : A) Nom de l’état qui fait le lancement; B) l’indicatif approprié ou le numéro d’immatriculation de l’objet spatial; C) Date et territoire ou lieu de lancement; D) les principaux paramètres de l’orbite, y compris, la période de révolution, l’inclinaison, l’apogée et le périgée; E) la fonction générale de l’objet spatial.

Annexe 3 : Certaines mesures.
Accélération gravitationnelle de la terre (g) : 9,8 m/s².
Accélération gravitationnelle de la lune : 1,6 m/s².
Accélération gravitationnelle du soleil : 274 m/s².
Année-lumière : 9 460 milliards de km par année.
Masse de la terre : 6 x 1024 kg.
Période de rotation sidérale de la terre : 86 164 s.
Rayon de la terre : 6,4 x 10³ km.
Vitesse de la lumière : 300 000 km/s.
Vitesse du son : 340 m/s.
Unité astronomique (UA) : 150 millions de km, soit la distance terre-soleil.

GLOSSAIRE
Angström : Unité de longueur valant 0,1 nanomètre, soit 10-10 m.
Année-lumière : La distance parcourue par un photon pendant une année terrestre.
Apogée : Point le plus éloigné de l’orbite de l’engin gravitant autour de la terre ou d’un autre corps céleste.
Atterriseur : Une sonde spatiale atterrissant à la surface d’un corps céleste.
Cryogénique : Relatif à la cryologie qui est un ensemble de disciplines scientifiques et techniques qui étudient et utilisent les très basses températures.
Excentricité : Éloignement du centre de l’orbite d’une planète, d’un satellite, etc.
Ion : Atome ayant gagné ou perdu un ou plusieurs électrons.
Hydrométéores : Toutes les formes d’eau, liquide ou solide, présentent dans l’atmosphère, à l’exclusion des nuages.
Impacteur : Une sonde spatiale qui percute un astre; le critère déterminant étant que l’Impacteur est détruit par sa rencontre avec l’objet percuté alors que l’objet continue d’exister.
Orbite géostationnaire : Une orbite qui est située à 35 784 km au-dessus de l’équateur. Un satellite sur cette orbite fait le tour de la terre en 23h 56m 4s.
Orbite géosynchrone : Une orbite sur laquelle un satellite se déplace dans le même sens que la planète (d’ouest en est pour la terre) et dont la période orbitale est égale à la période de rotation sidérale de la terre (soit environ 23h 56m et 4s).
Orbite héliosynchrone : c’est une orbite géocentrique légèrement rétrograde dont on choisit l’altitude et l’inclinaison de façon à ce que l’angle entre le plan de l’orbite et la direction du soleil demeure quasiment constant.
Orbite Molnia : Une orbite très elliptique inclinée de 63,4° par rapport au plan de l’équateur et d’une période de 12h. Son apogée est à près de 40 000 km située au-dessus de l’hémisphère nord alors que son périgée est près de 1 000 km au-dessus de l’hémisphère sud.
Orbite terrestre basse : Une orbite située entre l’atmosphère terrestre, 300 km, et la ceinture de Van Allen à 2 000 km d’altitude. La période de révolution des satellites est comprise entre 90 min et 120 min.
Orbiteur : Une sonde spatiale qui étudie un corps céleste en se plaçant en orbite autour de celui-ci.
Périgée : Point le plus rapproché de l’orbite de l’engin gravitant autour de la terre ou d’un autre corps céleste.
Photon : Particule lumineuse circulant à la vitesse de la lumière.
Propergol : Produit composé d’un ou plusieurs ergols et capable, par réaction chimique, de fournir l’énergie de propulsion pour une fusée.
Rover : Une sonde spatiale, un véhicule conçu pour explorer la surface d’un corps céleste; ses déplacements sont habituellement guidés  depuis la terre vu qu’il n’est pas habité. Cependant, certains, comme le rover lunaire de la NASA, sont conçus pour transporter des astronautes et être pilotés par eux.
Sonde spatiale : Un véhicule, sans équipage, lancé dans l’espace pour étudier les objets célestes. La sonde se distingue des autres engins spatiaux non habités qui, eux, restent en orbite terrestre.
Spectrographe en phase gazeuse : Appareil servant à enregistrer les spectres lumineux.
Spectromètre de masse : Appareil enregistrant et mesurant les atomes selon leur masse.
Véhicule spatial : Un véhicule permettant de se déplacer dans l’espace ou d’y accéder depuis la         surface d’un corps céleste.

BIBLIOGRAPHIE
Bogdanov, Grichka et Igor. 3 minutes pour comprendre la grande théorie du BIG BANG, Paris, Le Courrier du Livre, 2014, 184 pages.
Depovere, Paul. Vers la fin des découvertes, Paris, Boeck, 2011, 177 pages. C’est une traduction du livre américain, The end of Discovery, écrit par Stannard Russel en 2010.
Le petit Larousse illustré 2012.
Morissette, Gaétan. Astronomie, premier contact, Ste-Foy, Griffon d’argile, 2003, 370 pages.
Polacco, Michel. La conquête spatiale pour les nuls, Paris, First, 2009, 394 pages.

SITES INTERNET

Chaque objet cité dans cette étude possède un site internet qui lui est destiné; le point de départ pour la compréhension des objets est, néanmoins, souvent associé aux deux sites ci-dessous.
www.Wikipédia.ca
www.Futura-Science.com

TABLE DES MATIÈRES
Avant-propos……………………………………………………………  2
SECTION 1 : LES LANCEURS………………………………………   3
—CHAPITRE 1.1 : Les fusées………………………………………… 3
SECTION 2 : VAISSEAUX SPATIAUX HABITÉS………………… .. 6
—CHAPITRE 2.1 : Les capsules………………………………………  6
—CHAPITRE 2.2 : Les navettes………………………………………  8
—CHAPITRE 2.3 : Les stations ……………………………………… 10
SECTION 3 : SATELLITES ARTIFICIELS…………………………  13
—CHAPITRE 3.1 : Satellites des communications……………………13
—CHAPITRE 3.2 : Satellites d’observations de la terre……………  15
—CHAPITRE 3.3 : Satellites météorologiques……………………… 16
—CHAPITRE 3.4 : Satellites d’observations astronomiques…………18
—CHAPITRE 3.5 : Satellites militaires………………………………  21
SECTION 4 : SONDES ET ROBOTS D’EXPLORATION…………  23
—CHAPITRE 4.1 : Les sondes………………………………………  24
—CHAPITRE 4.2 : Les robots d’exploration………………………… 26
SECTION 5 : LES DÉBRIS…………………………………………… 30
ANNEXE 1 : Sigles et symboles………………………………………   30
ANNEXE 2 : Numéros d’immatriculation des objets spatiaux…………31
GLOSSAIRE :……………………………………………………………32
BIOGRAGPHIE ET SITES INTERNET :………………………………33
TABLES DES MATIÈRES :……………………………………………  34

Étude amorcée en mars 2015 et complétée en juillet 2015.