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330 années-lumière

par Viince, le 15/01/2020 à 00:28 - 49 visites

Avec les moyens de propulsions actuels, combien d'années seraient nécessaires pour qu'un vaisseau spatial parcoure 330 années-lumière ?

Réponse du Guichet du savoir

par bml_sci, le 17/01/2020 à 16:14

Réponse du département Sciences et techniques

Bonjour,

La réponse est très simple au niveau des calculs.
Mais la première partie nous amène à quelques précisions avant de rentrer dans le vif du sujet et donc le calcul en lui-même.

1) Les moyens actuels de propulsion des fusées.

On commence à parler de l’utilisation d’autres moyens de propulsion plus efficaces que les moteurs fusée actuels basés sur la transformation d’une réaction chimique de gaz enflammés transformés en énergie cinétique :

- le moteur à plasma ;

- le moteur à propulsion nucléaire ;

- la voile solaire testée en 2019 sur le satellite LightSail 2.

Mais tout cela reste encore de la science-fiction pour l’envoi d’un vaisseau au-delà du système solaire. Pour l’instant les sondes spatiales ont toutes été envoyées par le moyen du « bon vieux moteur fusée chimique ergol-propergol » (la première fusée vraiment opérationnelle de ce type est la sinistre V2 de l’armée nazie datant de la fin de la seconde guerre mondiale).

Or, pour arracher ces quelques dizaines ou centaines de kilogrammes que représentent ces sondes à la Terre et son attraction, il faut les amener à la vitesse prodigieuse de 11, 2 km/s, soit 40 320 km/h.

Et pour cela il faut brûler énormément de carburant et de comburant. Alors pour un vaisseau emmenant des humains, vous pouvez imaginer la difficulté. Regardez sur des images d’archives la taille de la fusée Saturn V emmenant 3 hommes dans des conditions spartiates pour un voyage de quelques jours sur la Lune.

Bref, avec les moyens actuels et un départ depuis le sol, en attendant un hypothétique assemblage d’une fusée en orbite terrestre, quasiment tout le carburant est épuisé quand le vaisseau a quitté la Terre.

Mais pour les sondes spatiales, on a trouvé un accélérateur gratuit et formidablement puissant : l’effet de fronde gravitationnelle donnée par l’attraction des planètes du système solaire, voire du Soleil lui-même. Par un calcul savant de balistique, l’on fait « tomber » la sonde vers par exemple Jupiter pour l’accélérer, puis on allume un petit moteur pour l’arracher à l’attraction de la géante gazeuse et le tour est joué.

Explications en images :




Les sondes Voyager 1 et 2 ont joué ainsi au ping-pong avec Saturne, Jupiter et Pluton pour prendre de la vitesse de se diriger au-delà du système solaire aux vitesses respectives de 62 140 km/h et 57 890 km/h.


Mais imaginer de faire la même chose avec un vaisseau habité c’est autre chose. Et si on se loupe en frôlant Jupiter ? Arthur C. Clark a montré dans son livre 2010 Odyssée deux que l’opération est complexe et peu rassurante pour les passagers. Comme vous pouvez le constater dans cet extrait du très bon film tiré du roman :

.


Bref, pour notre calcul, prenons la vitesse de la sonde spatiale la plus rapide jamais lancée par l’homme. C’est la sonde allemande Helios 2 qui, profitant de l’accélération énorme due à l’attraction du Soleil, a atteint la vitesse inégalée de 70,2 km/s environ (252 292 km/h).


2) Le calcul proprement dit (enfin)

Par convention, une distance de 330 années-lumière est la distance que parcourt la lumière en 330 années.
Pour rappel, la vitesse de la lumière est de 299 792,5 km/s (en arrondissant un peu le chiffre).
Et Hélios 2 croise donc à 70,2 km/s.

Si la lumière met 330 années à parcourir cette distance, la sonde mettra un temps correspondant au rapport entre 299 792 km/s, vitesse de la lumière et sa vitesse propre de 70,2 km/s multiplié par 330 ans.

Soit (299 792,5 / 70,2) x 330 = 1 409 281 années environ.


Oui, nous arrondissons car pour un tel voyage, nous ne sommes pas à trois mois ou quatre mois près…


Pour aller plus loin (c’est le cas de le dire !)


De feu et de glace par André Brahic, 2010 ;

Voyager dans l’espace / Yaël Nazé, 2013

Explorateurs de l’espace / Michel Tgnini et Hélène Courtois, 2019

Engins spatiaux / Guiseppe De Chiara et Michael H. Gorn, 2019.


Cordialement.
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