Les instruments de l’espace

Les instruments de l’espace

L’Almanach Cousteau de l’Environnement – Outils propres et impropres – pages 387-389
 

A la fin des années 70, il y avait déjà plusieurs centaines de satellites tournant au dessus de nos têtes. Les USA avaient placé 402 satellites et stations en orbite, l’URSS 379, la France 13, le Canada 8, le Royaume-Unis 7… Depuis 60 ans, plus de 5 000 engins ont été lancés en orbite et il y aurait, à la fin de l’année 2016 (selon l’association l’UCS, Union of Concerned Scientists), 1459 satellites opérationnels en orbite terrestre, principalement originaires des USA (40,6%), de la Chine (13,2%) et de la Russie (9,3%). Le nombre de satellites artificiels en orbite ne fera que croître puisque pas moins de 1 150 satellites devraient être lancés au cours de la période 2013-2022, contre (seulement) 810 de 2003 à 2012. Les satellites restent en orbite longtemps après avoir achevé leur mission, ce qui pose un problème d’encombrement de l’espace (lire article “Les déchets de l’espace“).

Le premier satellite artificiel, Spoutnik 1, a été mis en orbite par l’Union Soviétique le 4 octobre 1957, marquant le début l’ère spatiale. Les Etats-Unis ont lancé leur premier satellite, Explorer 1, le 31 janvier 1958.

C’est l’écrivain américain Arthur C. Clarke (2001 : l’Odyssée de l’espace) qui est considéré comme l’inventeur du satellite de communication dont il a décrit les principes fondamentaux dans son article “Extra-terrestrial Relays” paru en octobre 1945 dans le magazine britannique Wireless World. En 1962, le satellite américain Telstar 1 (AT&T) permit de réaliser la première diffusion d’image transatlantique ; la culture américaine allait pouvoir dominer le monde occidental. Intelsat I (“Early Bird”), placé en orbite géostationnaire en 1965, ouvrit le premier service commercial de télécommunication par satellite. L’intérêt d’une orbite géostationnaire (36 000 km d’altitude à la verticale de l’équateur) est qu’elle semble fixe à un observateur à la surface de la Terre. A partir de mai 1969, les satellites tIntelsat permettent de couvrir l’ensemble de la planète et permettent la retransmission en direct de l’alunissage d’Apollo 11. L’application la plus importante pour les satellites de communication est la téléphonie internationale. Ils sont concurrencés dans ce domaine par les câbles optiques terrestres ou sous-marins dont la technologie n’a cessé de progresser.

Telstar 1

Le premier satellite météorologique, Tiros I a été lancé en 1960. Il a été suivi par de nombreux autres qui fournissent des données sur les processus dynamiques au niveau de l’atmosphère et des océans. Les satellites comme Seasat A (1978) ont permis de visualiser les courants marins, le mouvement des vagues, la température des mers, les glaces polaires, les cyclones et même la pollution des océans. Des satellites comme Landsat (1972-2013) ont permis de tracer des cartes précises de la surface des continents, en particulier des terres agricoles, de l’abondance des récoltes, de l’amplitude des pollutions… Landsat a ainsi permis en 1976 de suivre l’évolution de la marée noire au large de l’île de Nantucket. La technologie des satellites météorologiques n’a cessé d’évoluer et les prévisions sont devenues toujours plus précises. Cette évolution sera d’autant plus nécessaire avec le réchauffement climatique qui devrait provoquer une augmentation de la fréquence des canicules, des tempêtes, des sécheresses et des inondations. Il sera nécessaire de prévoir l’évolution des cyclones ou des ouragans d’heure en heure. Une nouvelle génération de satellites météo géostationnaires, la série “GOES-R”, dont la conception aura coûté 10 milliards de dollars, va permettre de scanner la terre toutes les 5 minutes (et même toutes les 30 secondes pour les zones fréquemment menacées par des évènements climatiques violents).

D’autres satellites, comme l’OAO (Orbiting Astronomical Observatory) ou l’OSO (Orbiting Solar Observatory) étaient tournés vers l’espace pour étudier le rayonnement cosmique, les radiations solaires et le bruit de fond de la Galaxie…, sans être gênés par les distorsions créées par l’atmosphère terrestre. Le télescope spatial Hubble lancé par la NASA en 1990, devrait fonctionner jusqu’en 2021, après des débuts plus que difficiles (une grave aberration optique, découverte peu après le placement sur orbite, avait dû être réparée en 1993). Il aura coûté environ 10 milliards de dollars. Le Télescope Spatial James Webb (JWST), le successeur de Hubble, sera lancé en 2018 par la fusée Ariane 5 (ESA) jusqu’à une orbite située à quelques 1,6 million de kilomètres de la terre. Ce nouveau joujou de la NASA aura coûté plus de 8,7 milliards de dollars. Il sera, à priori, capable d’observer l’univers tel qu’il était il y a 13 milliards d’années, en capturant des images distantes de 1,324 kilomètres.

Près des trois quarts des satellites lancés depuis Spoutnik 1 ont été destinés à des applications militaires, principalement pour espionner les autres pays. En 1983, le Président des Etats-Unis R. Reagan (ex-acteur de Westerns, ce qui pourrait tout expliquer) lance officiellement le programme d’armement “Strategic Defense Initiative” pour protéger le pays contre une éventuelle attaque nucléaire. Il sera heureusement abandonné en 1993, un an après l’élection du Bill Clinton. (lire article “La guerre de l’espace”).

La navette spatiale et la fusée Ariane ont permis de réduire considérablement le coût des lancements de satellites et ont ouvert la possibilité de fabriquer des stations spatiales. Les informations recueillies sur la Terre et ses ressources devenaient toujours plus détaillées. Le système Navstar-GPS (1978, entièrement opérationnel en 1995 avec 24 satellites) devait révolutionner la navigation maritime et aérienne. On imaginait des satellites capables d’emmagasiner l’énergie solaire pour la restituer à la surface de la planète sous forme de microondes que des stations transformeraient en électricité (lire article “La construction dans l’espace”). On imaginait certains travaux impossibles à réaliser sur terre, en particulier dans le domaine de la métallurgie, de la cristallographie, de la physique des fluides ou du médicament. C’est pour réaliser ce type de recherche scientifique dans l’environnement spatial que la Station Spatiale Internationale (ISS) a été conçue. Placée en orbite terrestre basse, elle est occupée en permanence par un équipage international. Son assemblage en orbite a débuté en 1998 et devrait s’achever en 2018. La recherche effectuée à bord de l’ISS porte principalement sur la compréhension des effets sur le corps humain de séjours prolongés dans l’espace (atrophie musculaire, ostéoporose, redistribution des liquides biologiques). L’accident de la navette spatiale Columbia en 2003 et des problèmes de financement ont retardé sensiblement la construction de l’ISS dont les ambitions ont été revues à la baisse à plusieurs reprises. De nombreux détracteurs lui reprochent son coût élevé, estimé à plus de 115 milliards de dollars, difficilement justifiable, selon eux, par les résultats scientifiques obtenus. L’ISS devrait être opérationnelle au moins jusqu’en 2024.

ISS – Station Spatiale Internationale

dans les années 70, les sondes interplanétaires commençaient à sonder notre système solaire, comme Mariner (Vénus en 1979, Pioneer (Mars), Voyager (Jupiter, Saturne), Galilée (qui devait entrer dans l’atmosphère de Jupiter en 1984), Voyager II (qui devait atteindre Uranus en 1986). Deux sondes devaient être mises sur orbite en 1983 pour un voyage d’exploration vers le soleil, en se servant du champ gravitationnel de Jupiter pour être propulsées. Une sonde européenne devait partir en 1985 à la rencontre de la Comète de Halley en 1986. Il était aussi prévu d’envoyer une Rover automatisée sur Mars, une sonde sur Titan (la lune de Saturne), une station d’études solaires sur Mercure… La plupart de ces missions ont été couronnées de succès. L’espace faisait beaucoup rêver à la fin des années 1970. L’exploration de l’espace s’est poursuivie dans les décennies suivantes, notamment avec l’exploration de Saturne et de Titan par la sonde Cassini-Huygens en 2004, l’atterrissage sur Mars de Phoenix en 2008 ou le survol de Pluton par New Horizons en 2015. La NASA va prochainement envoyer une sonde spatiale qui devra atterrir à la surface d’Europe, l’une des lunes de Jupiter, pour y détecter d’éventuelles formes de vie (Europe contient sous sa surface déserte un gigantesque océan).

Aujourd’hui, des sociétés privées de taille moyenne, généralement des start-up, peuvent mettre en orbite leur propre satellite de télécommunication ou d’observation pour un coût de lancement toujours plus modéré (typiquement, un satellite de télécommunication coûte de 150 à 500 millions de dollars). La durée d’exploitation serait d’environ 15 ans et l’investissement pourrait être amorti au bout de 4 à 5 ans seulement, ce qui en ferait un commerce très lucratif. Space X, start-up du milliardaire Elon Musk, a mis en orbite en décembre 2013 un satellite commercial de télécommunication. D’autres sociétés américaines, comme Virgin Galactic (Richard Branson) ou Orbital ATK, devraient entrer sur ce marché très prometteur de l’espace. Qui fera le ménage lorsque l’encombrement de l’espace sera devenu trop problématique ?

 

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