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La conquête spatiale

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     Le 4 octobre 1957, l’Union Soviétique réussie une première dans l’histoire : satelliser un objet autour de la terre, Spoutnik 1, une sphère de 58cm de diamètre. Ce lancement, marque le début de la course à l’espace, et aura un impact mondial.

     Nous verrons dans cet article, comment se rendre dans l’espace, ensuite nous ferons un résumé des faits majeur de la conquêtes spatiale, et enfin nous verrons les perspectives que l’espace offre dans le domaine de la reconnaissance.

I/ Comment se rendre dans l’espace

     La limite définie par la Fédération Aéronautique Internationale entre l’atmosphère terrestre et l’espace se situe à 100km d’altitude. Cette limite appelé ligne de Kármán, détermine à l’altitude à partir de laquelle les principe de l’aérodynamique n’ont ne permettent plus de voler.

     Le vol spatial se décompose en deux phases : Le lancement, qui procure à l’objet la poussée nécéssaire pour échapper à la force gravitationnelle, et le “vol” Cette dernière partie est régie par les lois de la mécanique spatiale et du vol balistique. c’est à dire que le projectile n’est plus propulsé et ne rencontre d’autres contraintes que la force de gravité. Il poursuit donc sur la trajectoire fournie par le lancement, tout en perdant de l’altitude à cause de l’attraction terrestre.

     Le premier à s’être penché sur les caractéristique du vol spatial est Constantin Tsiolkovski (1857-1935), considéré comme le père de l’astronautique, dans son livre L’exploration de l’espace cosmique au moyen d’engins à réaction, publié en 1903. Dans lequel il établi en autre, les Trois vitesses cosmiques.

source : wikipédia

Les trajectoires A et B représentent des projectiles effectuant un vol suborbital, les C et D un vol orbital et la E un un projectile ayant atteint au moins la vitesse de libération terrestre

  • La vitesse de satellisation, env. 8km/s. Au delà de laquelle le projectile se satellise du fat de la force centrifuge, et entre dans le domaine du vol orbital
  • La vitesse de libération de l’attraction terrestre, env. 11km/s. Au delà de laquelle le projectile sort du champs gravitationnel terrestre sans quitter celui du soleil, et entre dans le domaine du vol interplanétaire
  • La vitesse d’évasion du système solaire, env. 17km/s. Au delà de laquelle le projectile quitte le système solaire, et entre dans le domaine de vol interstellaire

     Le domaine de vol des objet envoyé dans l’espace à une vitesse inférieur à 8km/s est nommé suborbital.

     Actuellement, l’unique moyen de mettre un objet en orbite consiste à l’y envoyer à l’aide d’un lanceurs. Ces lanceurs sont propulsé par des moteurs fusées. Bien qu’appartenant à la famille des réacteurs, leurs fonctionnement diffèrent des autres car ils emportent leurs comburant.

II/ Faits majeur de la conquêtes spatiale

     Voici un résumé des faits majeur ayant marqué la conquête spatiale :

  • 4 octobre 1957 : lancement par l’Union Soviétiques de Sputnik-1, premier satellite artificiel , début de la conquête spatial
  • 3 novembre 1957: Laïka, premier être vivant envoyé dans l’espace
  • 2 janvier 1959 : lancement de Luna-1, premier objet artificiel à approcher de la lune, et premier satellite artificiel du soleil, qui marque le début de l’exploration spatial
  • 18 octobre 1959 : La sonde Luna-3 transmet les premières images de la face cachée de la Lune
  • 12 avril 1961 : première mission spatiale habité, Youri Gagarin premier homme à effectuer un vol spatial
  • 14 décembre 1962 : La sonde Mariner-2 effectue le premier survol d’une autre planète, Vénus,
  • 16 juin 1963 : Valentina Terechkova, première femme envoyé dans l’espace
  • 18 mars 1965 : Le soviétique Alexeï Leonov effectue la première Sortie Extra-véhiculaire
  • 3 février 1966 : premier atterrissage sur la lune par Luna-9
  • 16 mars 1966 : Premier amarrage réussi entre Gemini 8 et un étage de lanceur
  • 21 juillet 1969 : Neil Armstrong et Buzz Aldrin sont les premier hommes à poser le pieds sur la lune
  • 19 avril 1971 : Lancement Saliout-1, première station spatiale habitée
  • 17 juillet 1975 : Premier rendez-vous orbital américano-soviétique entre une capsules Apollo et Soyouz.
  • 20 juillet 1976 :  Viking-1 réussit le premier atterrissage opérationnel sur Mars
  • 12 avril 1981 : Premier décollage de la navette spatiale Columbia.
  • 13 mars 1986 : La sonde Giotto survole à 596 Km la comète de Halley
  • 4 juillet 1997 : Atterrissage de Mars Pathfinder et du Rover Sojourner
  • 20 novembre 1998 : mise en place du premier module de la station spatiale internationale (ISS)
  • 14 janvier 2005 : La sonde Huygens se pose sur Titan.
  • 08 avril 2016 : La société SpaceX récupère pour la première fois un étage de lanceur, elle réalisera également le premier vol d’un étage récupéré de manière similaire et réutilisé le 30 mars 2017

III/ Les perspectives offertes par l’espace dans le domaine de la reconnaissance aérienne

     Même si les satellites de reconnaissance ont été imaginé dès le débuts de la conquête spatiale, la crise de l’U-2 à considérablement accéléré les recherches dans ce domaine.

     En effet, l’espace aérien d’un pays s’arrête au niveau de la ligne de Karman. Les satellites sont donc dans une sorte d’espace internationale, ou la destruction d’un satellite  reviendrait à un acte de guerre telle la destruction d’un navire dans les eaux internationales. Le premier programme de satellites de reconnaissance est mené par les par  les États-Unis et se nomme Key Hole (trou de serrure, abrégé KH). La première génération (KH-1 à 3) sera en service entre 1959 et 1962, équipé d’une caméra à film argentique. Après 11 échecs, le premier satellite de type KH-1 atteint une orbite basse, et renvoie sa pellicule sur terre. Malgré une résolution d’image inférieur à celle de l’U-2, le nombre de prises de vues est supérieur à celui du programme U-2 entier. Ces résultats, obtenus également par les soviétiques, vont pousser d’autres états tels que la Chine et la France à lancer leur propres satellites de reconnaissance militaires (respectivement en 1974 et 1995).

     Cependant, le grands inconvénient de ces missions, outre leurs couts, est la durée de vie des satellites qui est de quelques jours au mieux. Les soviétiques sont le plus touchés par cette contrainte, et on estime que le programme de satellites de reconnaissance soviétique représente prés de 10% des satellites mis en orbite (près de 800 sur ≈8 000 lancés depuis 1957).

     Avec le temps, de nouveaux systèmes équiperons les satellites tels des radars (voir article sur les radars à synthèse d’ouverture), et l’imagerie numérique. La duré de vie des satellites augmentera considérablement, passant de quelques jours, jusqu’a plusieurs années. Des stations habités a but de reconnaissance sont imaginé, mais les projets sont avortés, compte tenu du cout nécessaire par rapport aux résultats obtenus. Malgré la fin de la guerre froide, les satellites de reconnaissances restent des atouts militaires précieux.

L’aviation (1914-1918)

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Bristol Fighter

     Durant la grande guerre l’observation et la reconnaissance aérienne gagne en efficacité. Durant ce premier conflit mondial, une avancé technologique majeur fut acquises. C’est l’arrivé des avions. Dans un premier temps, leurs buts était de faire de la reconnaissance aérienne. On utilisé des avions comme celui-ci

     Au départ, les pilotes devait dessiner ce qu’ils voyait en faisant leur patrouille de reconnaissance. Mais par la suite les appareil photos pouvaient être monté à bord. Alors il y avait un copilote pour gérer l’appareil photo mais aussi l’armement à l’arrière de l’avion ainsi que le pilote.

I/ Les avantages de l’aviation

     L’aviation a permit d’avancé dans le domaine de la reconnaissance aérienne. Par rapport au ballon d’observation expliqué dans un de nos articles, les avions avait une plus grande mobilité. Il pouvait se déplacer, alors que les ballons étaient statique. Ces derniers permettait aussi d’effectuer des plus long vole, pouvant aller jusqu’à une centaine de kilomètre. C’est aussi avec ces premiers avions que l’on ajoute les premiers appareil photo embarquée qui permettent de prendre de cliché du front ainsi que de lieu stratégique à détruire par l’artillerie.

II/ Les inconvénients de l’aviation

     Bien qu’un bond novateur dans l’histoire de la reconnaissance aérienne, les avions avait tout de même quelques défauts. Le rayon d’action de ces derniers étaient tout même très limiter du à la faible capacité des réservoirs de ces avions et à leur faible discrétion. Ils étaient aussi limité par la météo.

 

     En conclusion, nous avons pu voir au travers de cette article que l’aviation a permit de faire un bon dans le domaine de la reconnaissance aérienne. Cette innovation avait toute de même des avantages. Elle était mobile alors que le système vu dans un de nos précédent article était statique. Mais l’aviation du début XXe siècle avait tout de même des inconvénients tels que leur faible rayon d’action, leurs faible résistance aux défenses anti-aériennes mais aussi leur limitation à cause du facteur métrologique. Cette innovation aura permit d’avancer dans le domaine militaire puisque dans les conflits qui suivront la première guerre mondial, ils seront réutilisé surtout du coté allié pour la préparation du débarquement de Normandie.

Le réacteur

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     Les premiers appareils à réactions font leur apparition a la fin de la seconde guerre mondiale, du cotés allemand. Plus efficace que les moteurs traditionnels à hélices, ils permirent entre autre de franchir le mur du son.

     Nous verrons, tout d’abord, le fonctionnement d’un réacteur, puis nous étudierons les possibilité que ce mode de propulsion offre, a travers un exemple, l’U-2 Dragonlady.

I/ Fonctionnement d’un turboréacteur

     Le fonctionnement d’un réacteur repose sur le principe d’action-réaction, énoncé par Isaac Newton : «Tout corps persévère dans l’état de repos ou de mouvement uniforme en ligne droite dans lequel il se trouve, à moins que quelque force n’agisse sur lui, et ne le contraigne à changer d’état.» (Isaac Newton, Philosophiae naturalis principia mathematica, 1867). Il s’agit, grâce à ce principe, d’accélérer une masse d’air afin de créer une force de poussée, qui, va propulser l’avion par réaction. Le fonctionnement de tous les turboréacteurs reposent sur 3 étapes : Compression – Combustion – Détente.

     Un turboréacteur est composé de 2 ensembles : la section froide, comprenant l’entré d’air, la chambre d’admission et le compresseur. Cette première est destiné à aspirer et comprimer l’air. la section chaude, comprenant la chambre de combustion, la turbine et la tuyère. Sert quant à elle à mélanger l’air avec un carburant, puis à enflammer le mélange afin de le dilater et donc de l’accélérer, une partie du mélange va ensuite entrainer la turbine qui permet, via un arbre de transmission,de mettre en mouvement le compresseur  et autres systèmes permettant le fonctionnent du réacteur (alternateurs…), et le reste s’échapper par la tuyère.

source Wikipédia

Coupe latérale d’un réacteur

     Ce réacteur crée une poussé, résultat de l’accélération de l’air entre la chambre d’admission du réacteur et la tuyère. On l’obtient par combustion d’un carburant, avec comme comburant l’air. Cette poussée peu être calculé de la manière suivante : Fpoussé=Qm(Vsortie-Ventrée) où :                                                                                                 Qm est le débit massique de l’air dans le moteur en Kg/s (le débit de carburant est négligeable)                                                                                                                                                Ventrée est la vitesse d’entré des gaz dans le compresseur                                                 Vsortie est la vitesse de sortie des gaz de la tuyère                                                                         Qm*Ventrée représente la force de trainée de l’entrée d’air                                                 Qm*Vsortie représente la poussée à la sortie de la tuyère

     Un système de post-combustion, avec une injection de carburant après la chambre de combustion, permet d’augmenter le performances. Un réacteur n’est pas capable de démarrer tout seul. En effet le compresseur est alimenté par de l’énergie fournie par la turbine. Il dispose donc d’un APU (Auxiliary Power Unit) ou d’un groupe électrique démarrant le compresseur qui permet alors de faire fonctionner la turbine et de rendre le réacteur autonome.

II/ Les possibilités offertes par le turboréacteur dans la reconnaissance aérienne : L’U-2 dragonlady

     L’U-2 Dragonlady est un avion développé pour effectuer des missions de reconnaissance à très haute altitudes, développé afin de photographies des sites sensibles d’URSS.

     A la sortie de la seconde guerre mondiale, les États-Unis on eu la nécessité de mettre a jour leurs outils de reconnaissance. En effet, le perfectionnement des système de défense anti-aériens et des radars, ainsi que le recentrage des lieux stratégiques soviétiques suite à l’opération Barbarossa, rendirent impossible l’acquisition d’images des sites de lancement soviétiques. Il était donc nécessaire, pour les États-Unis, de développer un appareil capable de survoler l’union soviétique, tout en restant hors de porté des radars. Un appel d’offre fut donc lancé, remporté par le projet du Skunk Works (cellules de Lockheed travaillant sur les projet les plus techniques, dont nous reparlerons avec le SR-71), avec l’U-2. Le premier vol eu lieu le 1er septembre 1955.

source : Flickr

Un U-2A en Vol

     Il était propulsé à l’époque par un réacteur J57-P13 de 66.19 kN de poussée. Il utilisait cependant un carburant spécifique : le JTPS. Issue d’un mélange d’hydrocarbures, ce carburant spécialement adapté au vol de haute altitude, possède un point de gel plus bas, ainsi qu’une viscosité plus élevée. L’U-2 montra des performances exceptionnelles : un plafond opérationnel se situant à 70 000ft (21 300m soit le double d’un avion de ligne actuel), une capacité d’emport de charge utile de près de 2,4t ainsi qu’un rayon d’action de 3 000 km. Il est cependant un avion complexe a piloter. En haute altitude, sa vitesse de décrochage se situe 20 kmh en dessous de sa vitesse maximale, et sa cellule semblable a celle d’un planeur le rend peu maniable. Sont train monotrace, rende également l’atterrissage difficile.

Source : Wikipedia

Un U-2A avec différentes charges utiles qu’il peu emporter

     Les premiers survols en territoires hostiles on lieu en 1956. Ils permirent de récolter des informations sur de nouveaux bombardiers stratégiques, des programmes de sous marins, des sites de construction de lanceurs. Les radars soviétiques arrivaient a déceler l’avion mais pas de manière continuelle. De nombreuse tentatives d’interceptions eurent lieu sans aboutir.

     Cependant, le 1er mai 1960, l’évolution des radars ainsi que les nouveaux missiles SA-2, permirent d’abattre un U-2. Cet incident, sans pour autant remettre en question l’U-2, mit un coups d’arrêt au survols des territoires soviétiques jusqu’à l’arrivé du SR-71, et poussa les États-Unis a développer des satellites de reconnaissance.

     L’U-2, est toujours, après diverse mise a niveau, en service actif, et surclasse actuellement  plusieurs drone dans son domaine.

La Guerre Froide

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     A la fin de la seconde guerre mondiale, deux puissances nucléaires émergent : les États-Unis et l’URSS. Ces deux blocs se livrent une guerre froide, basé sur la menace nucléaire constante. Chacun veux donc être au courant des capacités réelles de l’adversaire.

     La guerre froide a donc été l’une des périodes les plus prolifiques en termes d’innovations dans le domaine de la reconnaissance aérienne. Que se soit sur le plan aéronautique, spatial et même de l’imagerie. Mais qu’elles on été ces innovations?

     Notre plan pour cette partie ce déroule ainsi :

  • Le réacteur plus haut, plus vite, plus loin
  • La conquête spatiale, un nouveau terrain d’observation
  • Les radars a synthèse d’ouverture : vers une reconnaissance tout temps
  • Le SR-71 Blackbird : arrêt sur un l’uns des appareils de reconnaissance les plus avancé jamais construit
  • Le numérique, le début d’une nouvelle ère

Les ballons d’observations

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     Les prémices de la reconnaissance aérienne remonte à la fin du XVIIIe siècle. La France a donné le pas pour quelques fondamentaux. En France, en 1794, elle crée la première Compagnie d’aérostiers.

     Le Comité du SALUT PUBLIC a en effet été informé de l’importance des ballons et autres montgolfières dans les armées . Pendant la bataille de FLEURUS , des ascensions sont réalisées à bord du ballon captif “l’Entreprenat” et l’observation aérienne naît véritablement pendant les sièges de Maubeuge et de Charleroi . Le général MORLOT tient en effet informé le général JOURDAN des mouvements adverses pendant plus de 9 heures et contribue de façon déterminante à la victoire du 26 juin 1794.

    A partir de là, le brouillard de la guerre se dissipe peu à peu puisque maintenant, on peut observer l’ennemi à distance et manœuvrer en fonction des réactions de ce dernier. Mais cette invention sera abandonnée pendant un siècle à l’initiative de Napoléon. Cependant les ballons d’observation reviendront sur le front durant la première guerre mondiale. Nous allons vous décrire ci-dessous les raisons pour lesquelles ces ballons furent abandonnée par Napoléon et par la suite.

I/ Les avantages

    Les ballons d’observation, permirent dans un premier temps de pouvoir repérer les ennemis à distance puisqu’on pouvait monter en altitude à bord d’une nacelle pour environ deux à trois personnes. Mais l’un des gros points forts de ces ballons était de pouvoir donner des informations en temps réel sur la stratégie adopté par l’ennemi et donc de réagir en conséquence.

II/ Les inconvénients

     Bien que très bien, ces ballons d’observations avaient des inconvénients majeures ce qui leur vaudra d’être retiré des armées ou utilisé à des buts de protections par la suite. Tout d’abord ces ballons étaient statiques, mais de plus ils étaient extrêmement sensibles et peu résistants puisqu’ils étaient chargés en hydrogène, un composant chimique hautement inflammable. Le moindre tire dessus le faisait s’embraser et le personnel présent en son bord était anéanti.

    Un souci majeur aussi sur ce système était sa mise en place, très longue dû à son gonflage de longue durée car il fallait le gonfler en gaz. Un autre problème de ce système était son indiscrétion totale puisqu’il était repérable à très longue distance. Par la suite les systèmes qui remplaceront ce dernier auront pour but d’être plus discret.

III/ Déclin et réutilisation

    C’est au cours du début du XXe S., que les armées commencent à s’intéresser à l’aéronautique. Les ballons comme présentés ci-dessus furent progressivement remplacés par des avions. Au final les ballons d’observation furent réutilisés par les armées mais pas dans les sens originaux de leur conception. Comme on peut le voir sur cette photo, les ballons servirent de protections contre les attaques aériennes sur les bateaux (Les objets volants au fond de la photo). Ils furent utilisés pendant la première guerre mondiale dans un premier temps pour l’observation mais par la suite en protection.

     En conclusion, nous avons pu voir que les ballons d’observation bien que très bien avaient tout de même quelques inconvénients. Ces derniers, ont permis de faire avancer l’aéronautique. Ce sont les précurseurs de la reconnaissance aérienne.