Transfert à faible énergie
Un transfert à faible énergie, ou une trajectoire à faible énergie, est un moyen pour un véhicule spatial de changer d'orbite en utilisant significativement moins de carburant qu'un transfert traditionnel[1],[2]. Ces transferts fonctionnent dans le système Terre-Lune ainsi que dans d'autres systèmes tel qu'entre les lunes de Jupiter. Ces trajectoires ont pour inconvénient de prendre plus de temps que les transferts qui utilisent plus d'énergie (plus de carburant), par exemple les transferts de Hohmann.
Les transferts à faible énergie sont aussi connus comme trajectoires à la limite faible de stabilité (en) et incluent les trajectoires de capture balistique.
Les transferts à faible énergie suivent des trajets spéciaux dans l'espace, le réseau de transport interplanétaire. On peut traverser des longues distances avec un petit Delta-v en suivant ces trajets.
Exemples de missions
[modifier | modifier le code]Ces missions ont utilisé, ou utilisent, de transferts à faible énergie :
- Hiten de la JAXA
- SMART-1 de l'ESA
- Genesis de la NASA[3].
- GRAIL de la NASA[4],[5].
- Danuri de la KARI[6]
- BepiColombo de l'ESA/JAXA[7]
- CAPSTONE de la NASA
- Hakuto-R Mission 1 d'ispace
- SLIM de la JAXA
Ces projets de missions pourraient utiliser des transferts à faible énergie :
Histoire
[modifier | modifier le code]Les transferts à faible énergie ont été montré pour la première fois en 1991 par la sonde japonaise Hiten, qui était conçue pour passer près de la Lune sans y entrer en orbite. Le petit satellite Hagoromo fut détaché de Hiten lors du premier passage et est peut-être entré en orbite autour de la Lune avec succès, mais a souffert d'une défaillance de communication.
Lorsque Edward Belbruno (en) et James Miller du Jet Propulsion Laboratory apprirent la défaillance, ils aidèrent à sauver la mission en développant une trajectoire de capture balistique qui permit à Hiten elle-même d'entrer en orbite autour de la Lune. Cette trajectoire développée pour Hiten utilise la théorie de limite faible de stabilité et avait seulement besoin d'une petite perturbation dans l'orbite de passage elliptique, suffisamment petite pour les propulseurs du véhicule spatial[1]. Cette route aboutit à ce que la sonde entra temporairement en orbite autour de la lune avec un bilan des modifications du vecteur vitesse de zéro, mais en prenant cinq mois au lieu des trois jours usuels avec le transfert de Hohmann[8].
Économies de bilan des modifications du vecteur vitesse
[modifier | modifier le code]Pour aller d'orbite terrestre basse en orbite lunaire, on économise 25% au bilan des modifications du vecteur vitesse comparé à la manœuvre rétrograde traditionnelle de l'injection trans-lunaire. Cela permet de doubler la charge utile[9].
Robert Farquhar a décrit une route de 9 jours d'orbite terrestre basse à une capture lunaire qui a besoin de 3.5 km/s.[10] La route de Belbruno d'orbite terrestre basse a besoin de 3.1 km/s pour l'injection trans-lunaire, une économie de delta-v de 0.4 km/s. Par contre, cette dernière n'a pas besoin de manœuvres importantes une fois que le véhicule spatial a quitté l'orbite terrestre. Ceci peut-être avantageux d'un point de vue opérationnel si l'étage supérieur a un nombre d'allumages limités[11].
L'économie pour un rendez-vous avec les lunes de Mars et de 12% pour Phobos et de 20% pour Deimos. Seul un rendez-vous est pris pour cible parce que les pseudo-orbites stables autour des lunes de Mars ne passent que peu de temps à moins de 10 km de la surface[12].
Références
[modifier | modifier le code]- Edward Belbruno, Capture Dynamics and Chaotic Motions in Celestial Mechanics: With Applications to the Construction of Low Energy Transfers, Princeton University Press, , 224 p. (ISBN 978-0-691-09480-9, lire en ligne)
- Edward Belbruno, Fly Me to the Moon: An Insider's Guide to the New Science of Space Travel, Princeton University Press, , 176 (ISBN 978-0-691-12822-1, lire en ligne
)
- Interplanetary Superhighway Makes Space Travel Simpler // NASA 07.17.02: "Lo conceived the theory of the Interplanetary Superhighway. Lo and his colleagues have turned the underlying mathematics of the Interplanetary Superhighway into a tool for mission design called "LTool," ... The new LTool was used by JPL engineers to redesign the flight path for the Genesis mission"
- « GRAIL Design at MIT Website » (consulté le )
- « Spaceflight101 GRAIL Mission Design » [archive du ] (consulté le )
- (en) « Danuri all set for Korea's first moon exploration », sur www.kari.re.kr, (consulté le )
- (en) « BepiColombo overview », sur www.esa.int (consulté le )
- Adam Frank, « Gravity's Rim », Discover, (lire en ligne)
- Edward A. Belbruno et John P. Carrico, « Calculation of Weak Stability Boundary Ballistic Lunar Transfer Trajectories », AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference,
- Robert Farquhar, « THE UTILIZATION OF HALO ORBITS IN ADVANCED LUNAR OPERATIONS », sur www.lpi.usra.edu, (consulté le )
- Jeffrey Parker et Rodney Anderson, Low-Energy Lunar Trajectory Design, , 24 p. (ISBN 9781118855317, lire en ligne)
- A. L. Genova, S. V. Weston et L. J. Simurda, « Human & robotic mission applications of low-energy transfers to Phobos & Deimos » [archive du ],
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Low-energy transfer » (voir la liste des auteurs).
Voir aussi
[modifier | modifier le code]Articles connexes
[modifier | modifier le code]- Transfert bi-elliptique
- Assistance gravitationnelle
- Réseau de transport interplanétaire
- Mécanique spatiale
Liens externes
[modifier | modifier le code]- Celestial Mechanics Theory Meets the Nitty-Gritty of Trajectory Design
- Earth-to-Moon Low Energy Transfers Targeting L1 Hyperbolic Transit Orbit Juin 2005
- Low Energy Trajectories and Chaos: Applications to Astrodynamics and Dynamical Astronomy
- Navigating Celestial Currents
