Aérofreinage

 Ne doit pas être confondu avec Aérofrein.

Vue d'artiste de l'aérofreinage de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter.

L'aérofreinage, également appelé freinage atmosphérique, est une manœuvre de mécanique spatiale qui permet de modifier les caractéristiques de l'orbite elliptique d'un vaisseau spatial en utilisant les forces de frottement (la traînée) exercées par l'atmosphère de la planète. Cette manœuvre est utilisée principalement pour placer une sonde spatiale en provenance de la Terre sur son orbite de travail autour de la planète qu'elle doit étudier. Le vaisseau utilise beaucoup moins de carburant que s'il avait utilisé ses moteurs dans ce but, ce qui permet d'augmenter la charge utile. C'est une manœuvre délicate (elle peut conduire à la destruction du vaisseau spatial si la trajectoire n'est pas précise) et parfois très longue (plusieurs mois pour atteindre l'orbite nominale).

Principe

Aérofreinage de la sonde Mars Climate Orbiter.

Toute sonde qui doit se mettre en orbite autour d'une planète autre que la Terre est souvent obligée, lors de son approche finale, de ralentir, afin que le champ de gravité puisse la retenir, et ainsi la placer sur orbite. Généralement, les ingénieurs emploient un des moteurs de la sonde^[1] qui donne le « coup de frein ». Cependant, les paramètres orbitaux ainsi obtenus ne sont jamais exactement ceux attendus. Il est alors nécessaire de ré-allumer un moteur pour atteindre l'orbite visée, mais ce protocole utilise du carburant en quantité, diminuant la durée de vie de la sonde. La méthode du freinage atmosphérique utilise très peu de carburant, et préserve ainsi la sonde.

Peu avant de commencer les manœuvres, les contrôleurs allument légèrement un moteur de la sonde à l'apoapse, afin de diminuer la vitesse, et donc d'abaisser l'altitude du périapse. Celui-ci se retrouve alors dans les couches hautes de l'atmosphère. Les structures de la sonde, et plus particulièrement les panneaux solaires, offrent une surface importante à la manière d'une voile : les frottements ralentissent la sonde, qui perd de la vitesse au périapse, et donc de l'altitude à l'apoapse. Passage après passage, la période diminue, et l'orbite se circularise à la hauteur du périapside. Quand l'orbite finale est atteinte, les propulseurs sont utilisés pour sortir le périapse de l'atmosphère.

Les panneaux solaires

La sonde Mars Climate Orbiter.

Lors des manœuvres de freinage atmosphérique, les panneaux solaires jouent un rôle important, offrant une grande surface, qui est parfois augmentée grâce à l'ajout de volets aux extrémités.

Avant la rentrée dans les couches hautes de l'atmosphère, l'angle d'inclinaison des panneaux solaires est ajusté pour obtenir un maximum de frottements.

Risques

Atmosphère minimale

L'aérofreinage nécessite l'existence d'une atmosphère suffisamment dense. Il n'est pas utilisable pour satelliser une sonde autour de notre Lune, par exemple. La satellisation de MESSENGER autour de Mercure, dont l'atmosphère est extrêmement ténue, utilise plutôt une technique d'appui gravitationnel lors d'une trajectoire complexe.

Dangers pour la sonde

Sondes ayant utilisé le freinage atmosphérique

• Magellan (1989-1994), cartographie radar de Vénus, premier aérofreinage
• Mars Global Surveyor (1996-2006), cartographie de Mars
• Mars Climate Orbiter (1998-1999), aérofreinage entre le 23 septembre et le 25 novembre 1999^[2]
• Mars Odyssey (2001- ), recherche d'eau sur Mars
• Mars Reconnaissance Orbiter (2005-), environ six mois d'aérofreinage entre mars et novembre 2006^[3]

Notes et références

Annexes

Articles connexes

• Traînée
• Coefficient de traînée
• Appui gravitationnel

Liens externes

• (fr) Le freinage atmosphérique - Philippe Labrot, nirgal.net
• (en) Happy Navigators Prepare to Say "Goodnight and Goodbye" to Odyssey's Successful Aerobraking - NASA, 1^er novembre 2002

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