Vol balistique et missiles balistiques/Défense contre les missiles balistiques

Vol balistique et missiles balistiques

• Pourquoi balistique ?
• Constitution du missile
• Trajectoire propulsée du missile balistique
• Trajectoire balistique de l'arme lancée
• Comportements en vol
• Essais en vol
• Rentrée dans l'atmosphère
• Cas particuliers
• Défense contre les missiles balistiques
• Remarques
• Réflexion sur les armes nucléaires
• Références

Introduction

Les missiles balistiques se classent aujourd'hui en deux groupes selon qu’ils sont dotés d’armes nucléaires, ou non.

Initialement, leur développement n’a eu cesse de les rendre les plus aboutis possible pour cause de stratégie nucléaire, élément moteur de leur progression technique. Jusqu’à en venir aux missiles balistiques aboutis, intercontinentaux, invulnérables et imparables munis d'armes nucléaires multiples dont sont dotés certains États.

La stratégie nucléaire fait l’objet d’une brève analyse en fin de ce livre.

Pour autant elle n’a pas exclu l’emploi tactique de missiles balistiques dotés d’armes conventionnelles. En effet, - soit parce que les premiers missiles balistiques ont été exportés par certains États, soit parce que leur puissance militaire donnait de l’appétit à d’autres, soit aussi parce que le progrès technique s’exportant lui aussi rendait leur réalisation de plus en plus accessible, soit encore parce que certains États même munis d'armes nucléaires y trouvaient un avantage tactique important, - quoi qu’il en soit, plusieurs États se sont trouvés en position de se doter de missiles balistiques emportant des explosifs classiques, et de les perfectionner.

L’emport de charges conventionnelles par les missiles balistiques confère à celui qui en est doté un avantage militaire important. Il est dû à la grande vitesse d'arrivée des armes sur leurs cibles, ce qui rend la défense et donc l’interception de ces armes très difficile.

Destruction des armes des missiles balistiques

Pour détruire les armes d'un missile balistique on peut :

• soit détruire le missile balistique lui-même avant qu'il soit lancé ;
• soit détruire les armes une fois lancées sur leurs trajectoires (elliptiques et prévisibles).

La destruction d'un missile balistique pendant sa phase propulsée est possible par un avion équipé d'un faisceau laser (Air Borne Laser (ABL) en anglais), qui se trouverait dans son environnement. Un laser, sûrement très complexe à mettre en œuvre serait capable de détruire un missile balistique durant sa phase propulsée. Pour autant, aucun système opérationnel de ce type n’existe à ce jour.

Il s’en déduit qu’aujourd’hui on ne peut empêcher un missile balistique convenablement protégé (silos, emport par sous-marin…) de lancer son ou ses arme(s). La défense contre les missiles balistiques porte non pas sur les missiles balistiques mais sur leurs armes. À ce titre le terme devient impropre et prête largement à confusion. On ne se défend pas contre des missiles balistiques. On se défend contre des armes, petites et très rapides.

Les modes d'action

Plusieurs modes d'action sont possibles. On les trouve dans la littérature sous la forme de défenses endo-atmosphériques, haut-endo-atmosphériques, exo-atmosphériques. Ces termes manquent de clarté. Pour les comprendre, voici trois observations techniques, déterminantes et simples.

Première observation

La très grande vitesse oblige à détruire par collision et non plus par explosion d’une charge. Explication.

Prenons le cas d’une arme qui se déplace à 5 km/s (ce n’est pas la plus rapide) vers laquelle on envoie une arme de défense qui irait à la même vitesse (il faut intercepter loin et donc vite).

La vitesse de rapprochement est de $5+5=10$km/s soit 1 mètre en un dixième de milliseconde. En moins d’un dixième de milliseconde l’arme de défense doit décider de l’instant de son explosion qui est calculé en fonction du temps mis par l’explosif qui détone pour placer à la bonne distance le barreau d’acier destructeur qui l’entoure afin de toucher sans erreur l’arme assaillante. La réalité technique, la puissance de calcul rend la décision impossible en un temps aussi court. Seule la collision va permettre la destruction.

On ne parle plus d’arme mais de « véhicule tueur » (Kill Vehicle, KV en anglais) qui va à la rencontre de l’arme assaillante.

Deuxième observation

Aller à la rencontre impose une détection par détecteur infra-rouge. Explication.

Ce mode de détection est passif. On ne perd pas le temps d’envoyer une onde (radar) et d’en attendre l’écho même s’il s’agit d’une onde électromagnétique. Le traitement du signal est beaucoup plus immédiat en infrarouge tandis que l’arme qui a été échauffée pendant la phase propulsée par le frottement de l’air au départ sur la coiffe et, après son largage, sur l’arme elle même tant qu’il reste des molécules d’air. Cette arme «chaude» est vue par le détecteur du véhicule tueur sur un fond de ciel « froid », ce qui est parfait pour la détection infrarouge.

Troisième observation

Cette troisième observation est une conséquence importance de la deuxième.

Un détecteur infrarouge impose un système de refroidissement continu à des températures extrêmement basses (-XXX°C) à installer dans le véhicule tueur, lequel va être très échauffé pendant le parcours dans l’atmosphère à la rencontre de la cible.

Conséquence: l’atmosphère pose un problème à la détection infrarouge. Il n’y a pas de problème dans l’espace, très froid. Il y en a un peu plus dans la très haute atmosphère. Mais le faible nombre de molécules d’air ne provoque pas un échauffement qui interdirait le fonctionnement de la détection infrarouge.. En revanche le détecteur infrarouge ne peut pas fonctionner dans l'atmosphère proche de la Terre. Elle est trop dense.

Dernière observation

Bien se souvenir (on l'a vu plus haut) que, d’une côté la vitesse de l’arme — et donc sa portée maximale — et de l’autre l’altitude de son apogée sont totalement liées.

Si l’on va très vite elle va très haut. On ne peut pas aller très vite, donc très loin (ou très près) en restant dans l’atmosphère. On va forcément dans l’espace. Et réciproquement si l’on reste dans l’atmosphère ou presque, c’est que l’on va lentement et donc pas très loin. On ne peut pas aller lentement et aller dans l'espace.

On va donc distinguer :

• les armes rapides ou très rapides des missiles balistiques à deux ou trois étages qui, tirées de loin (de 5000 à 10.000 km) ou de près passent au moins un quart d’heure voire jusqu’à une demie heure dans l’espace sur leur trajectoire elliptique. Là on peut envoyer dans l’espace un « véhicule tueur » (détaillé ci-dessous), lancé comme une arme par un missile balistique sur une trajectoire calculée pour faire se rencontrer l’arme assaillante et le véhicule défenseur. On parle de défense dans l’espace ou« hors de l’atmosphère » ou encore exo-atmosphérique ;
• les armes moins rapides des missiles balistiques à deux étages mais insuffisamment bien construits, voire de ceux à un étage, s’ils sont particulièrement sophistiqués. Là il n’y a plus de parcours spatial suffisamment long pour pouvoir intercepter dans l’espace mais on peut intercepter en très haute atmosphère. Le véhicule tueur n’est pas lancé mais amené au contact par un missile constamment propulsé jusqu’à l’impact. En fait ce missile, doté d’une détection infrarouge, devient lui-même le véhicule tueur. On parle de défense en haute atmosphère. On utilise le terme haut-endo-atmosphérique ;
• les armes peu rapides des missile balistiques mono-étages. Là il n’y a plus de parcours suffisant en haute atmosphère. Si l’apogée de leur parcours peut s'y trouver, le reste de leur trajectoire va se situer dans des couches d’air de plus en plus denses. La détection infrarouge n’est plus possible. Ce qui sauve la défense, c’est que ces armes ont une vitesse (relativement) faible, un peu supérieure à celle des meilleurs avions de chasse. La défense va donc agir avec les missiles normalement utilisés contre les avions, après en avoir sensiblement amélioré leurs performances. On parle de « défense aérienne élargie » ou endo-atmosphérique.

Contrairement à ce qui est souvent dit, l’interception n’est pas liés à la zone défendue (théâtre ou territoire), mais à la nature de la menace, et en particulier à la vitesse de rentrée de cette menace.

Différentes façons d'intercepter

Endo-atmosphérique

L’intercepteur des armes lentes (2 à 3 km/s) est un missile de défense anti aérienne initialement prévu pour la destruction des avions dont il convient de développer des versions plus performantes.

Ce sont des missiles (dits tactiques) qui utilisent l’air pour se mouvoir. Fortement améliorés pour traiter des armes assaillantes plus petites et un peu plus rapides que les avions, ils deviennent redoutables pour ces derniers.

Les armes lentes ont une portée maximum de quelques centaines de kilomètres. Elles sont donc utilisées contre des villes proches du point de lancement ou, surtout, contre des troupes au sol dans un théâtre d’opération qui, lui aussi, leur est proche. On parle alors de « défense de théâtre »

L’interception dans l'atmosphère est commune à tous les missiles anti aériens. Elle est connue et n'est pas décrite ici.

Exo-atmosphérique

Les armes très rapides (6 à 7km/s) ont une portée minimum de l’ordre de 500 à 1000 km et maximum de 10.000 km. Elles peuvent aller très loin mais aussi très près. Un théâtre comme un territoire peuvent être agressés par des missiles balistiques de vitesses très variées, y compris des missiles à haute vitesse tirés à portée très inférieure à leur portée maximale, mais conservant à la rentrée leur vitesse initiale et être donc lancées quasiment aux mêmes faibles portées que les armes lentes. Ils peuvent ainsi avoir pour cible un très grand territoire où, dans tous les cas, leur vitesse d’arrivée (autour de Mach 8 ) les rend imparables.

Ce qui les caractérise, c’est d’avoir un très long parcours prévisible dans l’espace au cours duquel on peut les intercepter quand il est connu. Dans l’espace, les trajectoires sont mathématiquement déterminées. La connaissance du début de la trajectoire de l’arme suffit pour déterminer où cette arme va se trouver ensuite, tout au long de son parcours à venir et l'intercepter. Ce sont des satellites et des radars qui vont calculer la trajectoire et le point de rendez-vous de l’intercepteur (le véhicule tueur). Il est lancé par un missile balistique sur ordre du système d’alerte et d’interception spatiale.

Ce système ne peut être suffisamment précis pour faire aller directement à la rencontre - et donc au choc - l’arme et l’intercepteur. La trajectoire calculée (dont on montre ci-dessous comment elle sera déterminée) sera toujours imparfaite. C’est donc le rôle de l'objet lancé par le missile balistique dit "véhicule tueur" ( Kill Vehicle) que de réaliser avec ses quatre propulseurs latéraux, alors qu’il va arriver au contact, les petites et dernières corrections de trajectoire qui s'imposeront pour aller au choc.

L'interception de déroule de la façon suivante:

La trajectoire de l’arme assaillante (trajectoire elliptique en bleu, portée 3000km) est déterminée par les observations successives d’un satellite puis d’un radar comme le montrent les schémas ci-dessous (où la Terre est représentée plate).

Interception spatiale

• Image 1.Le satellite d’alerte observe en infrarouge l’allumage du missile balistique assaillant (Image 1 en 1) et le suit jusqu’à la fin du parcours propulsé et la séparation de l’arme (en 2). Cette phase, très brève, dure au plus trois minutes. Après trois minutes (pour les plus longues portées, la moitié dans le cas de ce schéma) le missile balistique s’est totalement détruit (séparations successives des étages et arrêt de propulsion du dernier étage). Le satellite ne reçoit plus de signal venant de la combustion des étages dont la flamme donne aussi une information sur la nature du missile balistique..

• Image 2. Le satellite donne alors les éléments qu’il vient de recevoir au radar d’alerte. À cause de la rotondité de la terre le radar doit attendre que l’arme soit visible (en 3). On cherche à le placer au plus près de la menace pour ne pas perdre trop de temps dans la détermination de la trajectoire. Quand l’arme est en 4, le radar considère avoir eu suffisamment d’information pour déterminer la trajectoire de l'arme (ellipse 1) et calculer le point futur de rencontre (en 6). D'ailleurs, il ne faut pas qu’il perde trop de temps dans le déclenchement de la riposte. Aussi, connaissant les caractéristiques du missile balistique qui va envoyer le véhicule tueur (KV) au contact de l’arme, il lui transmet sa trajectoire à venir lui et ordonne son lancement.

• Image 3. Le KV est lancé quelques minutes après sur la trajectoire calculée (ellipse 2, en pointillé) pour que le choc se produise en 6. Mais la trajectoire calculée par le radar ne peut être parfaite. Doté d’une capacité de détection infrarouge, le KV dès qu’il est « en vue » de l’arme assaillante (Image 4) affine la trajectoire de collision et corrige les erreurs en se déplaçant selon ses quatre axes à l’aide des quatre moteurs fusée tout en poursuivant sa trajectoire (Image 5) ce qui conduit à la collision prévue en 6.

Haut-endo-atmosphérique

Les armes ni lentes ni très rapides (4 à 5 km/s) posent, on l’a dit, un problème particulier. Leur trajet dans l’espace est trop court pour y être interceptées mais leur vitesse d’arrivée interdit de les traiter par un missile de défense aérienne élargie.

L’intercepteur est un missile. Il est proche de la constitution des missiles balistiques par une énorme capacité de propulsion afin d’être extrêmement véloce tout au long de son parcours qui sera long (plusieurs dizaines de kilomètres). Il intercepte au moyen d'une détection infrarouge

La complexité de cette détection, on l’a dit aussi, vient de ce que le détecteur infrarouge doit rester à une température très faible alors qu’il est échauffé par le frottement de l’air résiduel ce qui complexifie sa technologie. Par ailleurs c’est tout le missile qu’il faut, in fine déplacer latéralement pour rencontrer la cible la et non pas un (petit) Kill Vehicle, comme il en est pour l’interception dans l’espace. Aussi la capacité de ces intercepteurs est-elle limitée à des armes pas trop rapides ce qui correspond à un portée maximum de 3 000 km environ.

Les grands équipements

Les radars

Radar de détection des armes balistiques très rapides et de très longue portée

Plusieurs satellites de détection en infrarouge sont nécessaires dont l’un se trouvera bien placé pour saisir l’instant même de l’allumage du missile balistique assaillant, en donner les caractéristiques (analyse de la lumière émise propre à des catégories de missiles) et informer le radar de la trajectoire ce qui lui permettra de se mettre en position d'attente.

Ce qui est demandé au radar, la trajectographie de l’arme, en fait un outil d’une remarquable complexité. Il doit "voir" à plusieurs milliers de kilomètres un objet conique qui s'est séparé du missile balistique (l'ogive) de toute petite dimension (diamètre de la base de l'ordre de 50cm, hauteur de l'ordre de 150cm) . Une raison pour le placer au plus près de la menace, l'autre étant la rotondité de la Terre et donc le besoin de voir l'objet au-dessus de l'horizon du radar le plus tôt possible. Selon la géographie le radar sera implanté au sol, ou en mer.

Les missiles balistiques Les missiles anti-missiles balistiques sont, pour la première génération, des missiles balistiques dont l’arme nucléaire est remplacée par un véhicule tueur. On cherche ensuite à les améliorer pour qu’il aillent encore plus vite, le temps dévolu à l’interception étant très court. On leur demande à la deuxième génération d’aller deux fois plus vite.

Exemples d'interceptions d'armes à très grande vitesse

Des exemples sont utiles. En effet certains analystes - et non des moindres - qui se sont penchés il y a quelques années sur l’interception à haute vitesse en doutaient beaucoup. Ils utilisaient l’expression suivante: « c’est comme si l’on voulait arrêter une balle de fusil avec une autre balle de fusil ».

Une balle de fusil au sortir du canon a une vitesse de l’ordre de 1000m/s. Comme on l’a vu plus haut, à 1 km/s on ne va pas bien loin. D’évidence parler de la vitesse d’une balle de fusil c’est n’avoir rien compris aux trajectoires elliptiques des armes ni à la mécanique de Newton appliquée à la Terre.

Il convenait donc de dire: "on va détruire une arme qui va de quatre à sept fois plus vite qu’une balle de fusil par un véhicule qui va aussi presque sept fois plus vite qu'une balle de fusil et cela fonctionne".

On le montre ci-dessous.

Dans l'espace

Les américains ont conduit de nombreuses interceptions dans la partie spatiale (dite par eux midcourse) de la trajectoire de l'arme assaillante à très grande vitesse avec le programme Ground-Based Midcourse Defense. L’article Wikipédia qui y est consacré est riche d’enseignements sur les difficultés rencontrées. On voit (essai IFT5) que dans les premiers essais la maquette de l’arme assaillante émettait sa position GPS pour faciliter l’interception. Puis les succès sont devenus majoritaires.

La Chine n’a pas fait de même. Elle a choisi pour première cible le 11 janvier 2007 un de ses vieux satellites (vitesse supérieurs à 8km/s pour mémoire), ce qui, incidemment, a créé plus de mille débris dans un espace proche qui en a déjà trop. L’idée est la même. Mais plutôt que de mettre un répondeur GPS pour s’assurer de la position de l’arme attaquée, on en choisit une dont la trajectoire est parfaitement connue, et connue, longtemps avant le tir du véhicule tueur ce qui facilite les choses.

La Chine a fait enfin sa première interception complète le 11 janvier 2010 montrant ainsi au monde le seuil technologique qu’elle avait atteint [1], tant dans la destruction (assez facile) des satellites que celle (plus difficile) des armes balistiques.

Des voix se sont élevés contre la maîtrise militaire de l’espace, dite « arsenalisation de l’espace » [2]mais d’autres l’estiment inéluctable et observent le retard de l’Europe.

Dans l'atmosphère raréfiée

Dans le cadre de la Terminal High Altitude Area Defense les américains ont réalisé de nombreux essais avec le THAAD [3]. Ce missile a mis longtemps avant de devenir opérationnel montrant ainsi la complexité des difficultés techniques à résoudre. C’est maintenant chose faite (2017). Ses essais sont détaillés dans l'article de Wikipédia qui lui est consacré.