Combien de temps faut-il pour voler jusqu'à la Lune ?
La lumière n'a besoin que de 1,2 seconde, tandis qu'Apollo 11 a mis 80 heures. Les missions ultérieures ont porté le record de vitesse pour un vaisseau habité à 69 heures.
Bien que cela inclue le temps du lancement à l'entrée en orbite basse, qui ne dure qu'une dizaine de minutes et peut être négligé.
La distance en ligne droite entre la Terre et la Lune est de 380 000 kilomètres. Théoriquement, à une vitesse de 11,2 kilomètres par seconde, on pourrait arriver en un peu plus de dix heures. Mais la réalité est tout autre.
Le vol spatial ne ressemble pas à une course au sol. La Lune tourne autour de la Terre, donc la trajectoire du vaisseau est un arc plutôt qu'une ligne droite, et la vitesse de l'orbite de transfert change constamment.
Selon l'astronautique traditionnelle, tant que la vitesse dépasse la première vitesse cosmique, un vaisseau peut quitter l'orbite proche de la Terre et voler vers la Lune. La vitesse maximale, cependant, reste juste en dessous de la limite supérieure de la seconde vitesse cosmique, à 11,2 kilomètres par seconde.
La raison de ce chiffre est que le système Terre-Lune se trouve encore dans la gamme couverte par la seconde vitesse cosmique — c'est-à-dire dans le champ de gravité terrestre.
La Lune elle-même est capturée par la gravité terrestre pour orbiter autour d'elle. Si la vitesse d'un vaisseau ne dépasse pas la seconde vitesse cosmique, il ne peut pas échapper au champ gravitationnel terrestre. Au moment où il atteint la Lune, une grande partie de son élan a déjà été consommée, et il lui suffit de freiner légèrement pour être capturé par la gravité lunaire.
Dépasser la seconde vitesse cosmique signifie qu'on ne peut pas compter sur la gravité de la Lune pour la capture, ce qui nécessite beaucoup de carburant supplémentaire pour réduire la vitesse.
Par conséquent, pour les vaisseaux et satellites traditionnels, il est plus approprié de contrôler la vitesse entre 10 et 11 kilomètres par seconde. Ainsi, la gravity réduira progressivement les 10 km/s d'élan maximum pendant le vol de la Terre vers la Lune. Un léger freinage ultérieur permettrait alors l'entrée en orbite lunaire.
La vitesse de Tempête en orbite proche de la Terre a atteint 7,9 kilomètres par seconde. Si elle adoptait un tel transfert orbital vers la Lune, il ne lui faudrait que trois heures et demie pour accomplir l'accélération d'incrément de vitesse requise. Elle pourrait alors dériver tranquillement, attendant d'être capturée par la gravité lunaire. Le temps nécessaire serait également de plus de trois jours, consommant à peine plus d'une tonne de carburant, ce qui est négligeable par rapport à sa masse de plus de cent tonnes.
Cependant, ce test ne visait pas à économiser du carburant. Une trajectoire de vol si économe en carburant était trop gaspilleuse pour Tempête ; ce qu'elle recherchait maintenant, c'était la vitesse.
Le voyage de Tempête vers la Lune comportait quatre étapes :
La première étape consistait à orbiter autour de la Terre tout en accélérant de 7,9 kilomètres par seconde à 11,2 kilomètres par seconde pour entrer dans l'orbite de transfert, prenant 208 minutes.
Dans la deuxième étape, Tempête se trouvait déjà sur l'orbite de transfert Terre-Lune en direction de sa destination. Soumise à une décélération moyenne d'environ 3,47 centimètres par seconde chaque seconde due à la gravité terrestre, elle continuerait à accélérer pendant environ 90 minutes, portant sa vitesse autour de 12,8 km/s.
La troisième étape verrait les moteurs arrêtés pendant environ 25 minutes. Pendant la phase de vol plané, le système RCS serait utilisé pour faire demi-tour en préparation du freinage.
La quatrième étape impliquerait la rallumage du moteur et la poursuite du freinage jusqu'à la vitesse d'orbite lunaire de 1,68 km/s, un processus d'environ 757 minutes, soit grosso modo 12,6 heures.
L'ensemble de la phase d'accélération couvrirait environ 72 000 kilomètres, la phase de vol plané et de demi-tour 18 000 kilomètres, et la phase de freinage, la plus longue, environ 310 000 kilomètres. La distance totale serait de près de 400 000 kilomètres, atteignant la Lune en 18 heures.
Même si la vitesse pendant le vol ne dépassait que légèrement la seconde vitesse cosmique, Tempête tirait presque continûment ses moteurs, brûlant environ cinq tonnes de carburant. Elle maximisait la compression du temps de vol en utilisant les limites de la technologie moteur, avec 75 % du parcours passé en décélération.
En revanche, le vaisseau Apollo, parti à la vitesse élevée de 10,8 km/s, avait déjà réduit à 800 m/s au moment où il atteignait le point de Lagrange L1 à 324 000 kilomètres, d'où la nécessité de plusieurs dizaines d'heures.
Cette méthode « gaspilleuse » de brûler du carburant est complètement infaisable pour les fusées à propulsion chimique, dépassant de loin les capacités des moteurs traditionnels.
Pendant le processus d'accélération et de décélération, Tempête a enduré des accélérations très faibles de seulement 0,265 à 0,34 mètre par seconde carré, soit moins de 0,03 G. Ainsi, même en état d'accélération, les astronautes pouvaient quitter leurs sièges et se déplacer un moment. Cependant, ils devaient se rappeler constamment l'accélération subie par leur corps, pour éviter tout accident.
De même, les trois moteurs nucléaires qui ont fonctionné continûment pendant dix-huit heures représenteraient aussi la source d'énergie de plus longue durée jamais opérée par l'humanité dans l'espace, nécessitant une attention accrue aux conditions de fonctionnement.
Bien sûr, il y avait aussi quelques inconvénients mineurs. Pour les 310 000 kilomètres où le freinage avait lieu, l'arrière du vaisseau était tourné vers la Lune, donc les hublots avant ne pouvaient pas voir la Lune. Les astronautes ne pouvaient la visualiser que via les caméras déportées, et de leurs propres yeux, ils ne pouvaient que regarder la Terre devenir de plus en plus petite dans les hublots.
...
« Houston, nous avons un problème. »
La voix de Musk résonna soudain dans la salle du Centre spatial de Houston.
Le directeur adjoint Jim, qui glandait, fut un instant surpris, puis s'approcha du micro et répondit :
« Ici Houston, Elon, qu'est-ce qui se passe ? »
« Nous avons repéré un objet volant non identifié ! Il a décollé de la station spatiale des Chinois ! »
« ... »
Le milliardaire donna à Jim une réponse absurde avant que Musk ne puisse le faire, semant des points d'interrogation dans l'esprit de tout le personnel du centre spatial.
Musk : « Nous observions juste la Station Spatiale March avec un télescope optique et nous avons remarqué quelque chose... de blanc. Oui, je pense que cela devait faire près de cent mètres de long, un objet blanc qui a quitté la station spatiale avec une traînée qui devait faire plusieurs kilomètres de long, rose de surcroît. Ce n'est pas possible pour un moteur de fusée.
Billy a tout enregistré, et je vous l'envoie immédiatement ! »
La description de Musk était assez claire, et Jim comprit rapidement ce qu'était ce soi-disant objet volant non identifié, mais cela ne devrait pas être possible, non ?
« Ici Jim, équipage du C209, vous devriez savoir que les Chinois sont allés dans l'espace avec leurs véhicules à propulsion nucléaire. Ils opèrent actuellement à la Station Spatiale Forward, et les vitesses d'éjection du moteur sont très élevées, ce n'est pas un OVNI. »
Musk : « J'ai d'abord pensé la même chose, mais leur direction n'est pas bonne ; ils accélèrent au lieu de décélérer, et ils n'entrent pas dans l'atmosphère. »
Pas entrer dans l'atmosphère ?
Jim : « Alors transmettez d'abord la vidéo, et aussi, s'il vous plaît, ne paniquez pas, il y a peut-être eu un malentendu. »
À bord du vaisseau Dragon, Tempête à plein régime venant de sortir du champ de vision du hublot, Shen Bili cherchait à retirer la carte SD pour la transmettre, mais Musk retira l'oculaire électronique et braqua l'écran vers la caméra de la cabine, rejouant la vidéo tout juste enregistrée.
Le personnel du Centre spatial de Houston porta immédiatement son attention sur la vidéo, puis vit un point brillant apparaître soudain au centre de la Station Spatiale March, et le processus d'accélération de ce point s'éloignant.
Jim demanda à Musk de repasser la vidéo, puis dit avec assurance :
« C'est Tempête, elle est sortie du module central de la station spatiale, et bien que l'image que vous nous montrez soit un peu floue, on peut encore distinguer l'empennage du vaisseau. Oui, c'est bien ça.
Mais je ne sais pas pourquoi elle accélérerait, la vidéo est trop courte, et il se peut qu'ils soient en train de préparer une modification d'orbite pour un rendez-vous avec la Station spatiale Tiangong, ce qui est parfaitement normal. »