Pourquoi les voyageurs de l’espace ne profitent pas encore d’une gravité artificielle ?
Cela fait déjà un moment que presque tous les vaisseaux spatiaux des films de science-fiction profitent d’un système de gravité artificielle. Les gens marchent sur le pont de l’USS Enterprise ou du Battlestar Galactica comme ils le feraient sur Terre. Ils ne flottent pas dans la cabine, comme les astronautes à bord de la Station spatiale internationale (ISS). Bon, il faut quand même préciser que la gravité artificielle rend plus économique la science-fiction : ils n’ont pas à accomplir un, voir plusieurs, couteux vol parabolique pour les séquences en apesanteur, ce qui a d’ailleurs été fait pour le film Apollo 13.
En conséquence, il est facile d’oublier à quel point le manque de gravité dicte la vie de nos explorateurs de l’espace. Le mal des transports, la difficulté à rester immobile et à s’orienter et la détérioration osseuse et musculaire ne sont que quelques-uns des problèmes auxquelles les astronautes doivent faire face. Alors pourquoi n’y a t’il pas de gravité artificielle à bord de l’ISS ?
La méthode la plus réaliste pour produire une pesanteur artificielle à bord d’une station spatiale s’est d’utiliser la force centripète pour produire une sensation de traction vers le “plancher” qui imitent les effets de la gravité. C’est un peu comme l’une de ces attractions de fête foraine qui tourne très vite sur elle-même, vous faisant sentir beaucoup plus lourd, et qui peut même vous retenir contre la paroi intérieure si le sol s’effondre, comme le Gravitron ci-dessous par exemple. Dans un vaisseau spatial en rotation, les objets à l’intérieur seraient poussés vers la coque.
Dans un vaisseau spatial conçu pour produire une gravité artificielle, vous vous promèneriez perpendiculairement au “mur” auquel vous êtes collé et parallèle à ce qui serait, dans un Gravitron, le sol. La paroi deviendrait le sol et le sol deviendrait la paroi interne du vaisseau. C’est ce qui est représenté dans le GIF animé en entête, tiré de l’une des mythiques scènes de 2001 – l’odyssée de l’espace ou à partir de cet ancien test vidéo de la NASA :
Alors pourquoi n’avons-nous pas encore construit notre version centripète d’une station spatiale ? Car il y a un problème de taille. Selon John Page, spécialiste en conception aérospatiale à l’Université de Nouvelle-Galles du Sud (Australie), l’ampleur d’un tel engin poserait quelques problèmes.
Selon lui :
Plus le vaisseau spatial est petit, plus vite il doit tourner. Si vous devez générer de la gravité, il faut que ce soit fait avec un très grand vaisseau qui tourne très lentement. Plus grand est le disque, plus lentement vous avez à le faire pivoter. De plus, cela sera désorientant si votre navire dispose de quelques fenêtres.
Par ailleurs, si la partie rotative d’un vaisseau spatial était trop petite, les résidents ressentiraient une énorme différence dans la force exercée sur leur tête et ce qu’ils ressentiraient sur leurs pieds. Ils finiraient par avoir des vertiges et des étourdissements parce que le sang serait utilisé, loin du cerveau. A ce stade, il n’y a pas de vaisseau spatial, prévu ou en cour de fabrication, assez grand pour le faire. Il devrait être beaucoup plus grand qu’un terrain de football. L’ISS, en comparaison, est fondamentalement de la taille d’un petit appartement.
Les courts voyages dans l’espace n’ont pas vraiment besoin de gravité artificielle. En fait, la plupart des recherches menées sur l’ISS reposent sur l’absence de gravité. Et pour une mission de longue durée, vers Mars par exemple, la dernière chose que veut la NASA (et d’autre) s’est d’un vaisseau spatial encore plus gourmand et plus cher en carburant.
En attendant une solution moins onéreuse, les astronautes modernes s’exercent avec des poulies et d’autres gadgets qui simulent la gravité (quoiqu’assez maladroitement), et la NASA étudie l’utilisation d’une centrifugeuse de la taille d’un astronaute (ci-dessous) qui serait utilisée sur des petites périodes.
Cet appareil à nausées est loin d’être aussi bon que la vraie gravité, mais pour l’instant c’est l’option la moins chère, la plus pratique et la plus réaliste pour simuler la gravité dans l’espace.
A partir de l’interview de Jhon Page : Why don’t we build spinning spaceships that create artificial gravity?, Galileo’s Pendulum et Artificial Gravity: A New Spin on an Old Idea.
Je me suis laissé dire que l’on pouvait réaliser une gravité artificiel avec un engin spatial qui aurait une propulsion constante sur la moitié du trajet (les occupants seraient donc « projetés » sur la paroi du « fond ») et a mi-chemin retourner l’engin pour faire une décélération constante….Mais pas sur que la gravité serait effective lors de la décélération.
Est-ce réaliste ?
Oui c’est réaliste mais
Ça me rappelle une experience de Gemini XI. Après le désarrimage d’une fusée Agena mais toujours relié par un filin de 30 mètres, ils ont mis l’ensemble en rotation en maintenant le filin tendu, ce qui a créé une pesanteur artificielle, trop faible cependant pour être efficace.
Tant que l’evolution des technologies liées à l’energie n’avancerons pas , on est loin de creer une gravité dans l’espace ,
je pense que la meilleure solution reste le magnétisme à haute puissance en relation avec un équipement adéquat.
Je crois aussi que le magnétisme est à la base de la solution. S’il faut courir pour ne pas souffrir d’osteoporose, pourquoi ne pas le faire sur un tapis roulant magnétique. Des souliers (addidas ou nike) a semelles magnétiques pourraient remplacer la gravité. Certains engins de conditionnement fonctionnent déjà avec l’énergie humaine. Pourrait-on aussi utiliser les vibrations comme agent pour microfissures.
À suivre…
est-ce que la technique arrivera à égaler la nature?
un effet venturi venant du plafond pourrait créer une sorte de pesanteur artificielle mais c’est energivore.
CALCUL DES EFFORTS EXERCES SUR UN ASTEROIDE LORS DE SA DESCENTE DANS L’ATMOSPHERE TERRESTRE
Lorsqu’un astéroïde s’approche de la Terre, il se déplace à une Vitesse Relative Vr par rapport à la Terre, ses caractéristiques sont :
– Sa Vitesse Relative Vr,
– Sa Trajectoire,
– Sa Masse Ma,
– Sa Composition Physico-Chimique,
– Son Angle d’Entrée dans l’Atmosphère.
Lorsqu’il rentre dans l’atmosphère, il est soumis aux Forces de la Pesanteur Terrestre qui ont pour effet d’augmenter la Vitesse Relative selon une loi mathématique qui sera détaillée ci après, l’Accélération de la Pesanteur est-elle une fonction inversement proportionnelle à l’altitude z ? G(0) étant l’Accélération de la Pesanteur pour z = 0. Il est d’autre part soumis aux Forces de Frottement de l’air portant sa température à plus de 1000 degrés Celcius. A l’inverse de la Pesanteur, les Forces de Frottement freine le Bolide.
Détermination de la pesanteur normale On réduit la forme de la Terre à un ellipsoïde de révolution autour de son axe de rotation, de rayon selon le grand axe (à l’équateur) de 6 378 km, de rayon selon le petit axe (axe polaire) de 6 357 km et contenant la masse de la Terre (5,9736 × 1024 kg). On calcule, à l’aide de la théorie de la gravitation universelle, l’accélération de la gravité sur cet ellipsoïde théorique, puis on y ajoute l’accélération axifuge due à la rotation de la Terre autour de son axe. La pesanteur normale est la valeur calculée à l’altitude 0 (c’est-à-dire à la surface de l’ellipsoïde théorique) à la latitude de 45°. La formule pratique suivante permet de calculer une valeur approchée de l’accélération de la pesanteur à l’altitude z, en mètres et à la latitude L, en unité d’angle, lorsque z est petit vis-à-vis du rayon terrestre (typiquement, quelques milliers de mètres)
G(z) = 9,780318 X (1 + 5,3024 E-3 X sin²(L) + 5,9 E-6 X sin²(2L) – 3,15 E-7 X z)
Approximations de la pesanteur normale :
La pesanteur normale est une valeur moyenne qui ne tient pas compte des facteurs suivants :
• l’inhomogénéité du sous-sol terrestre,
• les forces de marée,
• la force de Coriolis sur les masses en mouvement.
Alain Mocchetti
Ingénieur en construction mécanique & en automatismes
Diplômé Bac + 5 Universitaire (1985)
UFR Sciences de Metz
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@AlainMocchetti