Assistance gravitationnelle

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L'assistance gravitationnelle, dans le domaine de l'astronautique, est l'utilisation de l'effet du champ gravitationnel d'un corps céleste sur le vecteur vitesse d'un engin spatial, lorsque la trajectoire a été prévue pour en tirer profit. Le terme correspondant en anglais est gravity assistance.

[modifier] Explication

Dans un premier temps, l'engin spatial s'approche de la planète et finit par rentrer dans sa zone d'influence (il entre dans sa sphère de Hill). Le champ gravitationnel attire de plus en plus l'engin spatial qui voit sa vitesse augmenter : il « tombe » vers la planète et donc accélère. Bien entendu, la trajectoire de l'engin a été établie de manière à éviter une collision avec la planète choisie. Il dépasse donc la planète sain et sauf et sort progressivement du champ gravitationnel de celle-ci, en perdant petit à petit de la vitesse. À la fin du survol (lorsqu'il sort de la sphère de Hill), l'engin spatial a perdu autant de vitesse pendant la phase de sortie qu'il en a gagné pendant la phase d'entrée. Vous vous demandez sans doute l'intérêt d'une telle manœuvre qui n'a apparemment servi à rien. Pourtant sa vitesse a considérablement changé, en grandeur et en direction.

Du point de vue de la planète, l'engin suit une trajectoire hyperbolique, tracée de son point d'entrée dans la sphère de Hill de la planète jusqu'à sa sortie. À ces points, la vitesse de l'engin est la même, mais son orientation est différente. Du point de vue du Soleil, l'orientation et la magnitude de la vitesse de l'engin ont changé. Ceci permet soit d'envoyer l'engin plus loin du Soleil (il emprunte alors de l'énergie et du moment angulaire à la planète), ou au contraire de diminuer son orbite (l'engin donne énergie et moment angulaire à la planète). C'est précisément par ce mécanisme que les planètes peuvent capturer des comètes ou éjecter des astéroïdes du système solaire.

[modifier] Exemple

Prenons comme exemple Voyager 2, qui a fait le tour des planètes géantes. Le vaisseau spatial a été lancé sur une orbite standard de transfert de Hohmann vers Jupiter. Si Jupiter n'avait pas été là au moment de l'arrivée du vaisseau spatial, celui-ci aurait continué sur son orbite et serait revenu vers la Terre.

Cependant, l'arrivée de la sonde spatiale a été soigneusement calculée de sorte qu'elle passe derrière Jupiter dans son orbite autour du Soleil. Quand le vaisseau spatial arrivait sous l'influence du champ de gravité de Jupiter, il est tombé en direction de Jupiter, augmentant sa vitesse au maximum lors de l'approche la plus étroite vers Jupiter. Puisque toutes les masses dans l'univers s'attirent, Jupiter a accéléré le vaisseau spatial sensiblement pendant toute la phase d'approche (et le vaisseau spatial a ralenti Jupiter dans son orbite, de façon infime bien sûr), puisque le vaisseau spatial s'est approché par derrière. Dépassant Jupiter, le vaisseau spatial pendant sa phase d'éloignement a ralenti relativement à Jupiter, jusqu'à quitter la zone de gravité de Jupiter. Sa vitesse relative à Jupiter lors de son départ de cette zone était identique à sa vitesse d'arrivée, par conservation de l'énergie. Mais relativement au Soleil, sa direction a été changée. Elle a laissé les environs joviens portant une augmentation du moment angulaire volé à Jupiter. La pesanteur de Jupiter a servi à relier le vaisseau spatial à l'énorme réserve de moment angulaire de la planète. Cette technique a été répétée à l'approche de Saturne et Uranus.