Introductionauvolspatial

Les opérations spatiales couvrent tout ce qu’il faut pour concevoir, lancer, exploiter et finalement retirer un engin spatial : planification de mission, contrôle de l’engin, communications, navigation et élimination en fin de vie. Elles intègrent ingénierie, politique, facteurs humains et gestion de systèmes en une seule discipline centrée sur la mission, car un engin mécaniquement parfait mais mal exploité échoue aussi complètement qu’un engin qui n’a jamais été bien construit.

Une équipe de contrôle de mission existe pour maintenir cette discipline en continu, en surveillant l’état de santé, la trajectoire et les communications de l’engin pendant toute la durée de la mission, et pas seulement aux moments spectaculaires. La plupart de ce que fait le contrôle de mission est banal par conception : un engin qui se comporte exactement comme prévu, c’est le bon résultat, et cela ressemble à rien du tout.

C’est la phrase sur laquelle il vaut la peine de s’arrêter avant tout le reste de ce cours : dans l’espace, les problèmes ne se règlent pas vite. La préparation est le principal outil de sécurité, et non une formalité qui précède le vrai travail.

Il n’y a pas de mur physique entre l’atmosphère et l’espace. L’atmosphère se raréfie progressivement avec l’altitude au lieu de s’arrêter (on en détecte des traces à des dizaines de milliers de kilomètres), si bien que toute ligne tracée pour séparer « l’air » de « l’espace » est une décision humaine sur l’endroit où placer une limite, et non la découverte d’une limite qui existerait déjà.

Le repère le plus utilisé est la ligne de Kármán, à 100 kilomètres, adoptée par l’organisme international qui homologue les records aéronautiques et astronautiques. Elle correspond à peu près à l’altitude au-delà de laquelle un véhicule devrait aller plus vite que la vitesse orbitale pour que ses ailes produisent une portance aérodynamique significative : le point au-delà duquel on ne vole plus, selon aucune définition qu’un avion reconnaîtrait.

Un avion dépend de la portance aérodynamique et d’une propulsion plus ou moins continue ; un engin spatial, une fois en orbite, n’a besoin ni de l’une ni de l’autre. Il se déplace par inertie, en roue libre sous l’effet de la gravité, sans poussée pour se maintenir en l’air : il ne vole pas, au sens aéronautique, il tombe plutôt autour de la Terre assez vite pour continuer à la manquer.

Cette différence paraît élégante jusqu’à ce qu’on fasse le total de ce qu’elle coûte. Le vide supprime l’atmosphère dont les avions dépendent pour la portance, le refroidissement et l’oxygène que brûle un moteur : un engin spatial évacue sa chaleur par rayonnement plutôt que par convection, et emporte son propre comburant s’il doit brûler quoi que ce soit. L’exposition aux rayonnements, négligeable sous l’épaisseur protectrice de l’atmosphère, devient un facteur de conception pour chaque composant électronique. Les écarts thermiques entre plein soleil et ombre peuvent atteindre des centaines de degrés sur une même orbite, parfois dans la même heure.

Tous sont gérables. Aucun n’est facultatif dans la planification, et une conception qui en traite un comme accessoire est une conception qui échoue de façon prévisible, généralement au pire moment pour s’en apercevoir.

Toutes les orbites ne servent pas le même but, et choisir entre elles est généralement la décision qui détermine à elle seule ce qu’une mission peut faire ou non. L’orbite terrestre basse est assez proche de la surface pour une imagerie à haute résolution et un faible délai de communication, mais un satellite qui s’y trouve se déplace trop vite par rapport au sol pour rester au-dessus d’un point : il fait le tour de la Terre en environ quatre-vingt-dix minutes et a besoin de nombreux semblables, ou de passages fréquents, pour surveiller un lieu en continu.

L’orbite terrestre moyenne échange une partie de cette proximité contre une vue plus large et une trace au sol plus lente, ce qui explique que les constellations mondiales de navigation par satellite (dont le GPS) s’y trouvent : quelques satellites à cette altitude peuvent assurer une couverture mondiale là où une constellation en orbite basse en demanderait des dizaines.

L’orbite géostationnaire est le cas particulier où le compromis est poussé à sa limite : exactement à la bonne altitude au-dessus de l’équateur, la période orbitale d’un satellite correspond à la rotation de la Terre, si bien qu’il semble suspendu immobile au-dessus d’un point du sol. C’est ce qui permet une couverture continue d’une région avec un seul engin (la raison pour laquelle les satellites météo dont on voit les animations à la télévision et la plupart des satellites de communication s’y trouvent), au prix d’une montée bien plus longue et plus coûteuse pour y parvenir et d’un délai de signal d’environ un quart de seconde dans chaque sens, que n’a pas une constellation en orbite basse.

Au-delà de tous ceux-là, les missions dans l’espace lointain quittent entièrement l’orbite terrestre pour l’exploration et la science, sacrifiant toutes les commodités opérationnelles ci-dessus pour des questions auxquelles aucun des régimes plus proches ne peut répondre.