Aujourd’hui, de plus en plus de personnes de tous âges et de tous niveaux d’éducation s’intéressent à l’espace. L’espace au-delà de notre planète devient de plus en plus intéressant, accessible et compréhensible grâce aux efforts des investisseurs privés et des promoteurs scientifiques, attirant les citoyens curieux d’acquérir de nouvelles connaissances.
Dans ce matériel, nous discuterons brièvement, en évitant les explications et formulations complexes, des vitesses cosmiques nécessaires pour surmonter les champs gravitationnels des objets astronomiques. Nous entendons souvent des expressions telles que « première (deuxième, troisième, quatrième) vitesse spatiale » dans les actualités, mais tout le monde ne comprend pas de quelles vitesses il s’agit et comment elles sont définies.
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Qu’est-ce que la vitesse spatiale ?
Les vitesses spatiales en astronautique (nous ne parlons pas seulement des vols habités, mais pour des raisons de commodité, nous appellerons tous les lancements d’engins spatiaux artificiels astronautiques) sont utilisées pour calculer la vitesse minimale requise pour :
1. Lancement d’engins spatiaux sur l’orbite terrestre ;
2. Sortie des engins spatiaux au-delà du champ gravitationnel de la Terre ;
3. Lancement d’engins spatiaux en dehors du système solaire ;
4. Sortie d’engins spatiaux en dehors de la Voie lactée.
Naturellement, les formules de calcul des vitesses spatiales s’appliquent non seulement à notre planète, mais aussi à tout autre objet dans l’univers, mais nous ne considérerons que les valeurs pertinentes pour les vaisseaux spatiaux basés sur la Terre.
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Vitesse de libération (première vitesse spatiale) — 7,9 km/s
Pour se mettre en orbite autour de la Terre, un satellite doit avoir une première vitesse cosmique ou vitesse de libération, qui pour notre planète est d’environ 7,9 km/sec. Dans ce cas, l’objet sera maintenu en orbite par ce que l’on appelle communément la force centrifuge, tandis que le mouvement de la Terre et la gravité ne permettront pas au satellite de quitter le champ gravitationnel de la planète.
Il en découle une déduction simple et intéressante : que se passe-t-il si nous jouons avec les chiffres de la formule de calcul de la première vitesse spatiale (V1 = (GM/R) à la puissance 1/2, où M est la masse de l’objet, R est le rayon et G est la constante gravitationnelle) et que nous substituons des données qui détermineront la première vitesse spatiale de l’objet imaginaire comme étant égale à la vitesse de la lumière (un peu moins de 300 000 km/sec) ?
Nous obtiendrons un objet de masse énorme et de petit rayon, sur lequel la lumière pourra tomber, mais les photons ne pourront plus quitter son champ gravitationnel, car cela nécessite une seconde vitesse cosmique, qui dans ce cas dépassera la vitesse de la lumière, ce qui est impossible dans l’univers connu. C’est un objet dont tout le monde a entendu parler et que les astrophysiciens appellent un « trou noir ».
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Deuxième vitesse spatiale — 11.2 km/sec
En 1959, l’URSS a lancé la station interplanétaire automatique Luna-1, le premier objet artificiel à quitter le champ gravitationnel de la Terre pour devenir un satellite du Soleil. Pour ce faire, l’appareil a dû accélérer jusqu’à la seconde vitesse spatiale, qui est d’environ 11,2 km/s pour la Terre. En quittant la Terre à cette vitesse, l’objet entre sur une orbite parabolique qui, en supposant qu’il n’y ait pas d’autres corps dans l’Univers, lui permettrait de s’éloigner infiniment de la planète.
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Troisième vitesse spatiale — 16,6 km/s
Il est impossible de déterminer la valeur exacte de la troisième vitesse spatiale, car elle peut fluctuer dans une fourchette assez large. Elle est influencée par l’angle de lancement par rapport à la trajectoire orbitale de la Terre et par le contact avec les champs gravitationnels d’autres planètes, qui peuvent à la fois accélérer et décélérer le vaisseau spatial. La valeur minimale de la troisième vitesse spatiale est estimée à 16,6 km/sec.
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Quatrième vitesse spatiale – 400-600 km/sec
Un terme rarement utilisé car les valeurs qu’il définit sont hors de portée de notre astronautique dans un avenir prévisible. La quatrième vitesse spatiale implique un vaisseau spatial s’envolant hors de la galaxie, ce qui est en principe impossible au niveau actuel et prévu du développement technologique. Si l’on considère que notre système solaire tourne autour du centre galactique à environ 220 km/sec, la vitesse estimée d’un véhicule artificiel pour un vol hors de la Voie lactée peut être estimée à 400-600 km/sec.
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