Question d'origine :
Bonjour,
Dans un documentaire sur la sonde Voyager il y avait un passage où il était brièvement expliqué que pour permettre à la sonde de voyager le plus loin possible, les scientifiques de la NASA ont dû faire des calculs (sur les superordinateurs de l'époque) pour que la sonde utilise la force gravitationnelle des planètes pour accélérer et comme ça "sauter" d'une planète à l'autre et donc aller au plus loin du système solaire.
Pouvez-vous m'en dire un peu plus sur ces calculs/lois physiques?
Merci d'avance.
Réponse du Guichet
gds_db
- Département : Equipe du Guichet du Savoir
Le 27/09/2014 à 14h39
Bonjour,
L’assistance gravitationnelle est une technique utilisant l'attraction des planètes pour donner un supplément de vitesse à une sonde interplanétaire. On parle aussi d'effet de fronde gravitationnelle. Cette technique est maintenant employée pour la plupart des sondes interplanétaires, dans le but d'économiser du carburant. Voici pourquoi.
La gravitation impose de nombreuses contraintes rendant difficile un voyage en ligne droite d’une planète à un autre, à moins de disposer d’un moteur-fusée exceptionnel. En effet, pour atteindre une vitesse donnée, par exemple celle de libération d’une planète, il faut dépenser du carburant… pour propulser le carburant. Pour une charge utile donnée, il faut pouvoir éjecter des gaz aux vitesses les plus élevées possible si l’on dispose de peu de carburant. Pour le moment, on en est encore réduit à faire voyager des masses peu importantes selon des trajectoires bien déterminées lorsqu’on veut visiter une planète du Système solaire.
Il existe heureusement une stratégie pour voyager d’une planète à une autre en économisant du carburant : l’assistance gravitationnelle. Elle consiste à faire entrer une sonde dans ce que l’on appelle la sphère de Hill (du nom de son découvreur, le mathématicien et astronome George Hill), encore appelée la sphère de Roche (du nom du mathématicien et astronome français Édouard Roche). Cette sphère d’influence gravitationnelle d’un corps céleste, que l’on ne doit pas confondre avec la limite de Roche, définit une région dans laquelle un autre corps céleste a tendance à rester naturellement un satellite du premier malgré l’influence gravitationnelle d’un troisième corps. La Terre possède donc une sphère de Hill par rapport au Soleil dans laquelle se trouve la Lune, et il en est de même pour la Lune elle-même par rapport à la Terre et au Soleil, ainsi que pour les autres planètes comme Jupiter et Vénus.
Lorsqu’une sonde entre dans une sphère de Hill avec une vitesse suffisante pour ne pas y rester, sa vitesse augmente comme le ferait une bille tombant dans une cuvette avant de diminuer à la sortie de la cuvette. On pourrait croire que le bilan est nul, mais du fait du mouvement de la planète possédant une sphère de Hill, il devient possible d’emprunter une partie du moment cinétique orbitale de la planète pour douer la sonde d’une impulsion supplémentaire si l’on s’y prend bien. En passant de planète en planète, une sonde peut donc accélérer pour atteindre des vitesses considérables sans utiliser de carburant et parcourir des distances beaucoup plus rapidement.
source : Futura Sciences
Nous vous invitons à consulter les documents suivants pour approfondir le sujet :
- Le site du CNES propose deux articles : Un billard cosmique et Utiliser les ressources de l'espace et une animation flash pour mieux comprendre le principe de l'assistance gravitationnelle.
- Assistance gravitationnelle et Sphère de Hill
- Missions interplanétaires avec plusieurs assistances gravitationnelles
- L'assistance gravitationnelle, une clé des voyages interplanétaires
- Sonde voyager
- Un autobus entre les planètes / James Oberg, Edwin Aldrin - Pour la science, No 271, mai 2000, pages 44-46
- Histoire visuelle des sondes spatiales : 50 ans d'exploration de Luna 1 à New Horizons / Philippe Séguéla aux pages 219 à 227.
Articles plus techniques, en anglais :
- Nasa : A Gravity Assist Primer
- Slingshots and Space Shots
- The Gravitational Assist
L’assistance gravitationnelle est une technique utilisant l'attraction des planètes pour donner un supplément de vitesse à une sonde interplanétaire. On parle aussi d'effet de fronde gravitationnelle. Cette technique est maintenant employée pour la plupart des sondes interplanétaires, dans le but d'économiser du carburant. Voici pourquoi.
La gravitation impose de nombreuses contraintes rendant difficile un voyage en ligne droite d’une planète à un autre, à moins de disposer d’un moteur-fusée exceptionnel. En effet, pour atteindre une vitesse donnée, par exemple celle de libération d’une planète, il faut dépenser du carburant… pour propulser le carburant. Pour une charge utile donnée, il faut pouvoir éjecter des gaz aux vitesses les plus élevées possible si l’on dispose de peu de carburant. Pour le moment, on en est encore réduit à faire voyager des masses peu importantes selon des trajectoires bien déterminées lorsqu’on veut visiter une planète du Système solaire.
Il existe heureusement une stratégie pour voyager d’une planète à une autre en économisant du carburant : l’assistance gravitationnelle. Elle consiste à faire entrer une sonde dans ce que l’on appelle la sphère de Hill (du nom de son découvreur, le mathématicien et astronome George Hill), encore appelée la sphère de Roche (du nom du mathématicien et astronome français Édouard Roche). Cette sphère d’influence gravitationnelle d’un corps céleste, que l’on ne doit pas confondre avec la limite de Roche, définit une région dans laquelle un autre corps céleste a tendance à rester naturellement un satellite du premier malgré l’influence gravitationnelle d’un troisième corps. La Terre possède donc une sphère de Hill par rapport au Soleil dans laquelle se trouve la Lune, et il en est de même pour la Lune elle-même par rapport à la Terre et au Soleil, ainsi que pour les autres planètes comme Jupiter et Vénus.
Lorsqu’une sonde entre dans une sphère de Hill avec une vitesse suffisante pour ne pas y rester, sa vitesse augmente comme le ferait une bille tombant dans une cuvette avant de diminuer à la sortie de la cuvette. On pourrait croire que le bilan est nul, mais du fait du mouvement de la planète possédant une sphère de Hill, il devient possible d’emprunter une partie du moment cinétique orbitale de la planète pour douer la sonde d’une impulsion supplémentaire si l’on s’y prend bien. En passant de planète en planète, une sonde peut donc accélérer pour atteindre des vitesses considérables sans utiliser de carburant et parcourir des distances beaucoup plus rapidement.
source : Futura Sciences
Nous vous invitons à consulter les documents suivants pour approfondir le sujet :
- Le site du CNES propose deux articles : Un billard cosmique et Utiliser les ressources de l'espace et une animation flash pour mieux comprendre le principe de l'assistance gravitationnelle.
- Assistance gravitationnelle et Sphère de Hill
- Missions interplanétaires avec plusieurs assistances gravitationnelles
- L'assistance gravitationnelle, une clé des voyages interplanétaires
- Sonde voyager
- Un autobus entre les planètes / James Oberg, Edwin Aldrin - Pour la science, No 271, mai 2000, pages 44-46
- Histoire visuelle des sondes spatiales : 50 ans d'exploration de Luna 1 à New Horizons / Philippe Séguéla aux pages 219 à 227.
Articles plus techniques, en anglais :
- Nasa : A Gravity Assist Primer
- Slingshots and Space Shots
- The Gravitational Assist
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