Les défis et les contraintes (technologiques, énergétiques et de navigation) d'un tel voyage sont nombreux vu la distance à laquelle se trouve Gliese 581d.
Les techniques de navigation d'un vol spatial.
Le lieu de départ :
Nous considérons que le poids d'un corps sur la Terre est la force gravitationnelle exercée par la Terre sur ce corps, donc nous pouvons déterminer la valeur de la pesanteur "g" a une altitude "h" sur la surface de la Terre.
La Terre n'est pas parfaitement ronde mais légèrement aplatie au niveau des pôles. Les pôles sont donc plus proches du centre de la Terre que l'équateur. "g" dépend justement de la distance au centre de la Terre. Plus cette distance augmente plus "g" diminue donc "g" est bien plus grande aux pôles qu'à l'équateur.
Echapper à l’attraction terrestre :
Pour pouvoir s’affranchir, se libérer de l’attraction exercée par la Terre sur la fusée, cette dernière doit atteindre une vitesse dite de libération. Elle doit donc bénéficier d’une impulsion suffisante : la vitesse de libération est la vitesse minimale théorique que doit atteindre un corps à une altitude donnée pour s’éloigner définitivement de la Terre.
A partir de la surface, s’il n‘y avait pas d’atmosphère, un boulet de canon devrait ainsi être projeté verticalement à la vitesse de 11,2 km/s pour ne plus jamais retomber. En pratique, la vitesse de libération, communiquée à la navette par le lanceur, est calculée en fonction de l’altitude au point d’injection. A 36 000 km d’altitude, elle ne vaut ainsi plus que 4,3 km/s.
Cette vitesse de libération est traduite par cette formule mathématique :
La vitesse de libération à la surface de la Terre vaut 40 000 km/h = 4 107 m/h soit 11,2 km/s.
La vitesse de libération d'un astre augmente ainsi lorsque sa masse augmente ou lorsque son rayon diminue.
Se diriger dans l'espace
Comment font les fusées pour se déplacer dans l'espace puisqu'il n'y a pas d'appui ? Il est vrai que dans l'espace, il y a beaucoup moins de matière que dans l'atmosphère terrestre, donc forcément, moins d'appui. Contrairement à un avion qui a besoin de s'appuyer sur l'air pour accélérer, les fusées s'appuyent uniquement sur la matière qui est éjectée en sens inverse par les réacteurs : des particules sont éjectées vers l'arrière, la quantité du mouvement du système fusée plus les particules est toujours conservée, donc la fusée accélère vers l'avant (on peut connaitre un peu ce phénomène lorsque l'on pratique du tir, la projection de la balle à grande vitesse nous pousse un peu en arrière).
Il existe des moteurs de manœuvre qui sont entrain de voir le jour mais leur fonctionnement est très complexe.
L'arrivée sur la planète :
Dans la plupart des cas, le vaisseau transportant l'équipage ne se pose pas directement sur la planète mais se place d'abord sur une orbite basse autour d'elle. Cette manœuvre garantit un atterrissage plus précis : la mise en orbite permet de déclencher la rentrée dans l'atmosphère de l'astre avec un risque d'erreur de position à l'atterrissage plus faible.
L'atterissage est une phase cruciale lors d'un vol spatial, il faut descendre sur le sol et cela nécessite de faire tomber à 0 la vitesse horizontale du vaisseau. Ce qui sera une manipulation d'autant plus difficille si le vaisseau vole à la vitesse de la lumière.
Le lancement de la fusée :
Le moteur à hydrogène est le type de moteur au principe de fonctionnement le plus simple : deux ergols brûlent dans une chambre de combustion et sont éjectés à grande vitesse, provoquant le décollage de la fusée.
Dans un des réacteurs de la fusée se trouve un liquide de H2 et dans un autre le liquide O2 . Une réaction chimique se fait et produit de la vapeur d'eau permettant le décollage de la fusée. La réaction observée est donc : 2H2+O2 = 2H2O.
Cependant, ce type de moteur ne permet pas un voyage interstellaire. En effet, il n'est pas assez puissant.
Contraintes énergétiques et technologiques.
Afin de rendre le voyage interstellaire possible, des avancées (sur plan énergétique et technologique) sont nécessaires :
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un moyen de propulsion qui puisse atteindre la vitesse maximale possible. En effet, si l’on veut atteindre de nouvelles contrées sans attendre des milliers voire des dizaines de milliers d’années avant d’obtenir les premiers résultats de l’odyssée, il faut trouver un moyen d’augmenter radicalement la vitesse du vaisseau spatial entreprenant ce voyage.
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Un moyen de production d'énergie embarquée capable d'alimenter ces propulseurs tout le long du voyage. L'objectif serait d'atteindre la vitesse de la lumière pour effectuer un voyage le plus court possible. Seul le photon, particule de lumière, a la possibilité d’atteindre cette vitesse.
Les fusées actuelles consomment beaucoup trop de carburant pour une trop courte distance : le carburant est un problème majeur quant à notre désir de voyager dans l’univers... Certains scientifiques pensent qu’il faudrait remplacer notre carburant par un autre, bien plus performant...
Pour la même raison, plus l'altitude sera grande, plus "g" diminuera. La pesanteur n'est effectivement pas identique en tous points de la Terre. Aux pôles "g" = 9.832m/s² et à l'équateur "g" = 9.780m/s². On constate donc que "g" augmente quand la latitude augmente.
Le fait de lancer une fusée à l'équateur permet d'économiser une partie de l'énergie, donc du carburant nécessaire à la fusée afin de se libérer de l'attraction terrestre.
Image de la Terre montrant l'équateur.
La base de lancement de Kourou en Guyane française est située à 5° de latitude nord de l'équateur et constitue ainsi une très bonne base de lancement.
avec :
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G : la constante gravitationnelle (6,6742×10-11 m3·kg-1·s-2)
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M : la masse de l'astre, en kg
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D : la distance de l'objet au centre de l'astre, en mètres.
