Chapitre 1 :Moyens techniques nécéssaires au lancement d'une fusée (réalisé par Claire guinaudeau)

    Dans cette partie,nous cherchons à mettre en évidence les moyens et les principes qui permettent le lancement d'une fusée dans l'espace .Nous nous demanderons si les moyens actuels permettent une propulsion optimale à travers différentes données sur le trajet terre-Mars et une expérience qui mettra en avant le principe d'action-réaction .

a-Départ et cheminement vers Mars


I-«Un moment idéal l'opposition »

             Il est vrai que l’homme pourrait se rendre sur Mars à tout moment de l’année,  cependant afin de rendre le voyage plus facile matériellement ,techniquement et psychologiquement pour les membres de l’habitacle .Les spécialistes ,dans l’hypothèse de ce voyage, attendraient la période nommée « opposition ».Cette dernière est le moment où Mars se retrouve à sa distance minimale de la terre lors de leurs rotations individuelles autour du soleil .Cette distance représente environs 60 millions de kilomètre ce qui est  une distance toujours importante mais insignifiante comparée aux 400 millions de kilomètres qui les séparent  lorsque ces deux planètes se retrouvent alignés des deux cotés du soleil .Cette distance dépend de la rotation respective de Mars et de la Terre  autour de cette étoile : on peut observer que lorsque notre planète effectue un tour, Mars en fait  la moitié .Dans le langage des personnes impliquées dans ce projet, cette période est appelé « fenêtre  de lancement » .Le problème qui se pose est la rareté du phénomène qui ne se déroule que tout les 47 ans ,la prochaine  opposition  aura par ailleurs lieu en 2018 .

II-Un lieu idéal pour décoller

Pour diminuer le distance à parcourir entre  notre planète et Mars on pourrait être tenté d’organiser le décollage sur l’ISS ou même sur la lune mais d’autres facteurs font que la terre reste la meilleure base de lancement .En effet ,la terre à une vitesse de rotation autour du soleil de 29 km/s se qui optimise la vitesse du propulseur par l‘addition de leurs deux forces .De plus ,la terre tourne également sur elle-même et produit donc une seconde vitesse qui est de plus en plus élevée lorsque l’on s’éloigne des deux pôles de rotation de notre planète .L’option la plus adéquate serait d’effectuer le décollage  à l’équateur où la terre dispose d’une vitesse de rotation autour d’elle-même d’environs  0,46 km/s ce qui est la maximum . La base de lancement de Kourou en Guyane située à 5° de latitude de l’équateur (soit une distance relativement négligeable au dessus de l’équateur)à part ailleurs été installée à cet emplacement car il offre des conditions idéales pour les lancements d'engins spatiaux .Il serait donc envisageable de sélectionner cette base pour le lancement .

"La base de lancement de Kourou en Guyane située à 5° de latitude de l’équateur offre des conditions  idéales pour les lancements d'engins spatiaux ."(La base est représentée par le point rouge )

III-Une vitesse obligatoire pour la réussite du décollage

Parallèlement à ce que nous dirons en ce qui concerne les moteurs ,ceux-ci quels qu’ils soient doivent permette à la navette d’atteindre une vitesse de 11 ,2km /s que l’on nomme « vitesse de libération » .En dessous d’une vitesse de 7,8 Km/s  ,la navette finirait par s’écraser sur terre peu après le lancement ,il existe aussi une vitesse maximum qui elle est 16,6 Km /s ,à ce stade il est possible qu’elle dépasse  notre système solaire .En complément de la propulsion délivrée par le moteur la navette pourra également exploiter les rafales de particules ainsi que les champs gravitationnels des planètes rencontrées au cours de ce voyage pour se laisser porter par celles-ci sans se mettre en orbite .Ces deux éléments représentent des avantages, à la fois technique mais également économique car ils permettent d’économiser le carburant .

  En conclusion, Les connaissances actuelles ont permis de cibler les caractéristiques requis pour permettre la réussite du décollage et le choix du meilleur trajet pour se rendre vers Mars.De plus,dans le passé des voyages ont déjà eu lieu vers d'autres destinations  avec des paramètres semblables choisit pour les mêmes raisons  et ont débouchés sur des francs succès . 

b-Le principe d'action-réaction  

Dans cette partie nous nous intéresserons au principe d’action-réaction qui correspond en fait à la troisième loi de Newton .Cette loi après sa découverte à été appliquée dans de nombreux domaines, dont la propulsion d’engins spatiaux.

I-Présentation de ce principe

    Cette loi, à été mise en évidence  et énoncée par Sir Isaac Newton au XVII siècle bien qu’elle fut utilisée avant .Mais ce n’est qu’en 1903, que le physicien Konstantin Tsiolkovski comprend de quelle manière on peut l’utiliser dans le vide grâce à l’expression de la vitesse de la fusée en fonction de la vitesse d’éjection des gaz.

 La troisième loi de newton est énoncée ainsi:

A et B étant deux corps , soient ,la force exercée par B sur A et   la force exercée par A sur B .Quel que soit l’état du mouvement de A par rapport à B ,on a toujours l’égalité vectorielle   .

II-Utilisation de ce principe dans la propulsion d'engins spatiaux

     Nous allons mettre en évidence l'utilisation de la troisième loi de newton dans la propulsion grâce à la réalisation d’une fusée à eau :                                     

                                                             

A l’intérieure de la boite à pellicule, le contact du cachet effervescent avec l’eau va engendrer un gaz exerçant une pression de plus en plus importante sur la paroi de la boite .Tant que cette pression n’est pas suffisamment important pour permettre l’ouverture du bouchon ,les forces exercées sur la paroi de la boite s’annulent ,cette dernière reste donc immobile .                    

                                              

       Lorsque la pression est suffisamment élevée, elle permet l’ouverture de la boite.Plus aucune pression ne s’exerce du côté où elle sort ,mais elle continue de s’exercer de l’autre coté .La fusée n’est donc plus en état d'inertie et avance .Les forces sont ici ,la poussée et l’évacuation de gaz .

La propulsion d’une fusée répond à la troisième loi de Newton.En effet, une première force qui constitue l’éjection de gaz est égale et opposée à la deuxième force qui correspond à la pression (vers l’avant de l’engin) ou à la poussée .De plus cette loi est valable autant dans notre atmosphère que dans le vide spatial.

Dans le cas de propulseur chimique, une combustion à lieue grâce à une réaction à l’aide d’un oxydant dans la chambre à gaz du propulseur, cette réaction va produire un gaz à température élevée  qui comme pour notre fusée à eau va chercher à sortir de la chambre par une ouverture appelée la tuyère .Le gaz va se diriger vers cette tuyère et être éjecté .Cette éjection constitue la poussée .  

En conclusion,le principe d'action-réaction est le principe fondamentale permettant la propulsion d'engins spaciaux et donc la possibilité d'un voyage vers Mars grâce à l'utilisation d'un moyen de propulsion adéquat .