Les vols paraboliques



Les vols paraboliques1



Description d’un vol

Phase 1 :

D’un vol horizontal à une altitude moyenne de 8000 à 9000 mètres, l’avion se met à grimper jusqu’à une inclinaison de 50 degrés, en accélérant de 1,8 à 2 g pendant une vingtaine de secondes.

Phase 2 :

L’avion réduit fortement la poussée des moteurs pendant une vingtaine de secondes mais en garde juste assez pour contrebalancer la traînée atmosphérique; à ce moment, la résultante des forces, autres que la gravité, qui agissent sur l’appareil en vol est nulle, si bien que l’avion est en chute libre et suit une trajectoire balistique en dos d’âne ou de forme parabolique. Grâce à sa vitesse initiale qui était dirigée vers le haut, l’avion continue à monter, passant par le sommet de la trajectoire parabolique à une altitude moyenne de 11000 à 12000 mètres, puis pique ensuite du nez vers le bas …

Phase 3 :

Une fois que l’angle de piqué atteint l’inclinaison de 50 degrés, le pilote remet le moteur à pleine puissance et l’avion accélère à nouveau de 1,8 à 2 g pour une vingtaine de secondes pour revenir au vol horizontal.

Ces manœuvres s’enchaînent, séparées par des intervalles de vol normal durant deux minutes ou plus. Chaque vol dure en moyenne deux heures et demie et comprend une trentaine de paraboles.

Qualité de la microgravité lors des vols paraboliques

Les accélérations résiduelles qui sont mesurées lors des paraboles sont de l’ordre de 10-2g pour un équipement attaché au plancher de l’avion et de l’ordre de 10-3g pour un vol libre dans la cabine. Ces accélérations résiduelles, qu’on s’efforce de minimiser au mieux, sont causées principalement par les conditions météorologiques (notamment le vent), par l’habileté du pilote à suivre une trajectoire parabolique exacte, par les vibrations mécaniques de l’avion dues à la structure, aux forces aérodynamiques et aux systèmes de bord de l’appareil. Pour réduire l’effet de ces accélérations parasites, donc pour améliorer l’état de la microgravité en vol libre, le pilote suit sur un écran de contrôle l’image de l’équipement en vol libre dans la cabine devant une caméra ; au lieu d’ajuster les commandes de vol en fonction des indications d’un accéléromètre, il pilote l’avion « autour » de l’équipement en chute libre.

Types d’activités expérimentales lors de vols paraboliques

Les expériences qualitatives

Ces expériences sont basées sur des idées simples et réalisées avec du matériel de laboratoire ; elles consistent à faire de la recherche pure, grâce à des tests relativement courts, qui permettent l’observation de phénomènes. Ainsi on peut observer comment des gouttes de combustible se consument en microgravité, phénomène difficile à étudier dans une station habitée pour des raisons de sécurité.

Notre expérience de mesure expérimentale de l’effet Marangoni produit par induction entre en partie dans cette catégorie d’expériences : en effet, une partie de notre travail consistera à observer si la force prédite théoriquement agira comme prévu. L’action de cette force se traduira par une certaine vitesse observable du métal fondu à sa surface. Ces observations qualitatives seront une première vérification du modèle théorique.

Les expériences quantitatives

Ces expériences ont pour objectif de mesurer des phénomènes qui se déroulent en microgravité et qui donnent des résultats scientifiques exploitables.

Dans un second temps notre expérience entrera également dans cette catégorie d’expériences. En effet, nous filmerons la surface du métal fondu à l’aide d’une caméra spécialisée qui permettra de déduire la valeur numérique de la vitesse du métal à sa surface. Ces mesures quantitatives seront comparées au modèle théorique.

Les essais de fonctionnement d’équipements expérimentaux pour l’espace

Ces essais servent à vérifier les procédures en cours d’expériences, à définir une échelle de valeurs dans laquelle les scientifiques peuvent découvrir des résultats sur orbite ; il s’agit d’obtenir des indications sur les améliorations possibles et sur les effets des ajustements en temps réel de paramètres opérationnels.

Expériences complétant celles effectuées en orbite

Ces expériences sont destinées à compléter celles qu’on a effectuées avec des instruments en orbite ; elles permettent de confirmer ou d’infirmer des hypothèses qu’on a pu faire avec les résultats obtenus et de vérifier un événement qui a pu influencer le processus dans l’espace.

Avantages et inconvénient des vols paraboliques

 

Les vols paraboliques sont plus économiques et moins contraignants que les missions sur orbite. Un vol de navette avec un laboratoire coûte plus de 400 millions de dollars. Le prix au kg est de l’ordre de 20.000 dollars.

Le développement d’un instrument suppose un investissement de plusieurs millions de dollars. Il faut le tester avant de l’envoyer dans l’espace.

Une campagne de 3 vols paraboliques (comprenant chacun une trentaine de paraboles) coûte quelque 100.000 euros. On fait voler 10 à 15 expériences pour répéter une centaine de paraboles. Il y a donc plusieurs ordre de grandeur entre le coût d’une mission spatiale et d’un vol parabolique.

L’avantage du vol spatial est qu’il permet d’obtenir des durées de microgravité constante pendant plusieurs jours ou semaines, alors que le vol parabolique ne permet que d’obtenir entre 20 et 25 secondes.



1. Ces notes sont en partie inspirées par la revue "Space Connection". Revue éditée par les Services fédéraux des affaires scientifiques, techniques et culturelles www.belspo.be