- Observation de la Terre.

La Terre est surveillée depuis l'espace grâce à des satellites qui l'observent jour et nuit. Certains, exclusivement militaires et connus sous le nom de "satellites espions", sont capables de distinguer au sol des détails d’environ 20 cm et de détecter le moindre signe de chaleur par le biais de caméras infrarouge. Dans le domaine civil, les satellites météorologiques permettent l'observation de formations nuageuses qui s'étendent sur des milliers de kilomètres. Leur évolution est observée en permanence grâce à des photographies prises à intervalles réguliers (une vue par demi-heure pour le satellite européen Météosat), y compris la nuit par enregistrement du rayonnement infrarouge. Ces satellites centralisent aussi les données issues des mesures effectuées par des bouées océaniques, des stations automatiques isolées ou des ballons sondes. L'observation directe du sol est réalisée par des satellites de télédétection. Les images recueillies trouvent leurs applications dans des domaines aussi variés que la cartographie, la géologie et la prospection minière, l'hydrologie, l'agronomie et la sylviculture, l'urbanisme et l'aménagement du territoire, la surveillance et la protection de l'environnement, etc. Les satellites de la série Spot, lancés par la France depuis I986, permettent de détecter des détails de moins de 10 mètres pour des vues en noir et blanc et de 20 mètres pour la couleur, à partir d'une orbite quasi polaire située à 830 km d'altitude. Les vues en couleur proviennent d'un enregistrement dans le vert, le rouge et le proche infrarouge. La couverture photographique complète de la Terre est assurée en 26 jours.

- Observation de l'univers.

Placer des télescopes dans l'espace permet de se libérer de l'atmosphère terrestre qui brouille les images. Cette atmosphère, qui nous protège de la plupart des rayonnements provenant de l'espace, prive aussi les astronomes d'une source d'information importante. Ainsi, malgré le coût élevé de l'instrumentation spatiale, la conquête du ciel par des satellites astronomiques a débuté très tôt et n'est pas restée longtemps l'apanage de l'URSS et des Etats-Unis. L'étude du ciel dans l’ultraviolet a commencé en 1968 avec le lancement du satellite AOA 2, celle des rayons X en 1970 avec le satellite Uhuru, et celle des rayons gamma en 1972 avec le SAS 2. Depuis, les nombreux satellites d'astronomie qui ont été lancés ont grandement contribué à la connaissance du rayonnement cosmique. Leurs prouesses sont un peu éclipsées aujourd'hui par celles du télescope spatial Hubble, fabriqué par la NASA avec une participation européenne de 15 %. Lancé par la navette Discovery en avril 1990, il ne fut opérationnel qu'un an plus tard. Long de 13 mètres pour une masse de 11 tonnes, il comporte principalement un miroir de 2,40 de diamètre dont les images retransmises par données numériques permettent d'observer un espace cent fois plus profond que les télescopes au sol. L’astronomie spatiale a apporté une moisson très riche d'informations qui ont révolutionné les connaissances astronomiques : découverte de galaxies actives, des quasars, de sources gamma, d'étoiles en formation ou en extinction, etc.

- Lanceurs et stations orbitales.

La première navette spatiale américaine, Columbia, fut lancée en avril 1981. Sa particularité (elle décolle comme une fusée mais se pose comme un avion) a permis à l'astronautique de faire d'immenses progrès, mais elle n'a pas rendu caduque l'emploi des lanceurs classiques. Parfaite pour étudier les effets de la micro-gravité sur les matériaux et le vivant, son orbite basse (5OO km) s'avère inadaptée pour de nombreux travaux, comme le lancement de satellites géostationnaires par exemple. Pour placer ces engins sur leur orbite, un moteur d'apogée est nécessaire, ainsi qu'un système de guidage sophistiqué. Ainsi 90 % des engins spatiaux continuent aujourd'hui à être lancés par des fusées traditionnelles, dont les moteurs et réservoirs sont perdus à chaque lancement. L'Europe avec sa filière Ariane couvre aujourd'hui la moitié du marché mondial des lancements. Dernière réussite de cette filière, la fusée Ariane 5 a été conçue à l'origine pour placer dans l'espace la future navette européenne Hermès, qui devait servir de liaison entre la terre et une station orbitale. Le projet est aujourd'hui au point mort. De leur côté, les Etats-Unis ont perfectionné leurs lanceurs classiques Atlas Centaur et Thor Delta. Ils envisagent pour le siècle futur la mise au point de Jarvis, une super fusée capable de placer une centaine de tonnes en orbite basse. La Chine avec Longue Marche 3, la Russie avec Energia, ont également prouvé que les lanceurs classiques ont encore de belles années devant eux. Mais le rêve d'un véritable avion de l'espace n'est pas mort. Tous les pays industrialisés possèdent dans leurs cartons des projets futuristes d'avions spatiaux. Le décollage de ces engins se fera à la verticale mais en poussée continue, à l'inverse des fusées classiques qui nécessitent une très forte poussée initiale pour s'arracher à l'attraction terrestre. L'atterrissage, également en poussée continue, sera différent de celui de la navette qui se pose comme un planeur. Prévue pour 2020, la mise en oeuvre de cet avion de l'espace se heurte à plusieurs difficultés, comme la nécessité d'inventer un moteur capable de fonctionner alternativement avec et sans oxygène, ou de fabriquer des matériaux composites résistants aux fortes chaleurs dues aux frottements sur les couches denses de l'atmosphère.

L'astronautique de demain sera surtout marquée par la construction de stations spatiales. Elles n'auront plus beaucoup à voir avec le laboratoire spatial américain Skylab, exploité en 1973 et 1974, ni avec la vieille station soviétique Mir, lancée en 1986 mais toujours utilisée en I999. La station américaine Freedom, dont les premiers éléments ont été placés en orbite en 1996 par la navette spatiale, est conçue comme un meccano, avec des modules indépendants. Elle pourra abriter six astronautes et servira de station-service pour la réparation des satellites, de laboratoire pour la réalisation d'expérience en micro-gravité, ou de base de lancement vers la Lune ou pour les satellites géostationnaires. Le Japon et l'Europe (projet Colombus), qui participent à cette aventure, accrocheront leur propre module. Enfin le siècle futur connaîtra sans doute le premier vol habité vers la planète Mars. Ce projet fort coûteux ne pourra voir le jour que dans le cadre d'une coopération internationale et devra faire appel à la technologie des moteurs nucléaires, seuls capables de fournir l'énergie nécessaire aux 18 mois du voyage aller-retour sur Mars. Les succès futurs de l'aéronautique reposent aussi en grande partie sur les gains de poids que l'on attend de la technologie des matériaux composites.

encadré 1

En attendant l'arrivée des moteurs nucléaires ou d'une autre technologie, le fonctionnement des moteurs de fusées repose sur le même principe depuis leur origine : dans une chambre de combustion très résistante, des pompes à haute pression mettent en présence un combustible et un comburant oxydant qui permet son explosion malgré l'absence d'oxygène due à l'altitude. Ces carburants, appelés ergols, peuvent être solides ou liquides. La détente des gaz est dirigée par des tuyères et pousse la fusée dans le sens opposé.

encadré 2

L'instituteur russe Constantin Tsiolkovski (1857-1935), peu connu hors de son pays, fut pourtant le véritable inventeur de la conquête spatiale. Satellite artificiel, cabine et combinaison pressurisées à doubles parois étanches, position allongée des cosmonautes au décollage, sas de sortie dans l'espace, problèmes de rentrée dans l’atmosphère, le génial précurseur avait tout prévu, et théorisé, dès 1903. Il avait surtout décrit, dans leurs moindres détails, les détails techniques des fusées, de l'alimentation par des pompes jusqu'à l'étranglement des tuyères qui augmente la poussée, en passant par le gyroscope qui stabilise l'engin ou par les déflecteurs qui, placés dans le jet des gaz d'échappement, permettent de le diriger. Tsiolkovski annonçait même, dès 1910, qu'un mélange d'hydrogène et d'oxygène liquides fournirait la plus forte poussée. Utilisé avec succès dans les Saturn des missions Apollo sur la Lune, ce mélange propulse aujourd'hui encore la navette ou Ariane.

encadré 3

La NASA rêve encore de la lune.

L’objectif est d’y retourner dans la première moitié du XXIème siècle afin d’y installer une base permanente. Dix personnes, habitant dans des modules enterrés, seraient relayées tous les six mois par des navettes interplanétaires décollant d’une station orbitale. Un laboratoire astronomique, situé sur la face cachée de l’astre nocturne, permettrait d’observer l’espace sans aucune réverbération terrestre. La base comprendrait aussi une usine d’extraction de l’oxygène des roches, destinée à alimenter en carburant les vaisseaux spatiaux. Elle servirait aussi pour le montage et le lancement des engins destinés à l’exploration de Mars.