Vol balistique et missiles balistiques/Trajectoire propulsée du missile balistique
La trajectoire propulsée du missile balistique est celle qu'il parcourt sous l'effet de ses gaz de combustion, de l'endroit où il a été mis à feu jusqu'au point de l'espace où il doit lancer son arme. Cette trajectoire, qui n'est pas si simple, répond à deux objectifs principaux.
D'une part, beaucoup de prudence tant que l'air n'est pas raréfié. Le résultat des forces aérodynamiques à combattre (dont l'effet du vent) contraint les angles au début du parcours. De l'autre, courber la trajectoire de façon à arriver de façon tangentielle sur (parallèle à) l'ellipse qui sera la trajectoire de l'arme (précisée plus loin).
À partir de son site de lancement (ici appelé A) le missile balistique doit placer son arme sur un point dit "d'injection" (appelé B) où la valeur et la direction de la vitesse conduira (trajectoire elliptique et mécanique de Newton) cette arme sur la cible choisie (D) après sa rentrée dans l'atmosphère (C).
La trajectoire propulsée est le chemin parcouru de A à B par le missile balistique sous l'effet de la combustion de ses différents étages.
Réalisation de la trajectoire
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Principe général
modifierLe chemin le plus court, aller tout droit de A à B distants de quelques centaines de kilomètres est irréalisable pour la raison suivante. Presque arrivé en B il faudrait brutalement changer l'axe (AB) du dernier étage à pleine vitesse pour se retrouver parallèle à l'axe définitif tangent à l'ellipse (la flèche noire sur le schéma).
La loi d'inertie rend ce mouvement brutal impossible[note 1].
Le chemin n'est donc pas le plus court. Il peut y en avoir beaucoup. On choisit celui qui consommera le moins d'énergie pour obtenir la vitesse finalement souhaitée, en force et en direction.
Début de la propulsion
modifierLa propulsion débute avec l'allumage du canal central du premier étage (en 1), puis la séparation de cet étage (en 2).
Cette première partie du trajet traverse les couches basses de l'atmosphère. Le missile balistique subit l'effet du vent, voire des rafales.
La trajectoire qu'il va suivre est définie par l'attention portée à conserver une incidence aérodynamique faible. L'axe de la poussée et l'axe du missile son très proches pour ne pas en venir à des mouvements de tuyère excessifs quand il faut contrecarrer des effets aérodynamiques brutaux.
La trajectoire à son début est essentiellement définie par cette contrainte.
Largage de la coiffe
modifierC'est généralement après s'être séparé du premier étage, à la fin de sa combustion, et pendant le vol du second que l'air devenu raréfié ne crée plus de forces de frottement nuisibles à la partie haute du missile balistique et donc aux armes placées sur le plateau (voir plus loin) recouvert par la coiffe. Celle-ci est alors larguée[note 2] (en 3).
Courbure de la trajectoire
modifierÀ 50 km d'altitude environ les forces aérodynamiques deviennent négligeables. La trajectoire peut alors s'incurver et s'optimiser sous la direction du programme de vol pour rejoindre le point B. Cette optimisation n'a qu'un seul objectif: compte tenu de la masse d'ergols emportée, la consommer de façon optimale pour atteindre in fine la très grande vitesse recherchée et l'angle requis.
Le second étage va alors se retourner vers la Terre pour combattre l'effet de l'inertie acquise (en 4, avec 4bis qui montre la trajectoire résultante).
Préparation au lancement
modifierAprès s'être séparé du second étage à la fin de sa combustion (en 5) il ne reste plus du missile balistique que son dernier étage. La trajectoire va se rapprocher de l'axe du lancement jusqu'à s'y confondre (en 6).
Lancement
modifierLorsque la vitesse en force et en direction est acquise au point B, l'ordinateur ordonne à la fois le largage de l'arme et un mouvement de retrait du dernier étage (en 7) qui va très vite s'éteindre (en 8). Le missile balistique n'existe plus. Sa trajectoire propulsée est terminée.
La durée de la trajectoire propulsée dépend du nombre d'étages et du volume d'ergols attribué à chacun de ces étages et donc du temps mis par chaque étage pour atteindre la fin de combustion. Les missiles balistiques ont tous des caractéristiques très proches (à technique et technologies semblables, ce qui est généralement le cas). Approximativement, pour les missiles balistiques à propergols solides, cette durée est de l'ordre de moins de deux minutes pour ceux qui ont deux étages et un peu plus de trois pour ceux qui en ont trois.
Dans l'exemple choisi pour le schéma (une portée maximum de 10 000 km et un missile balistique à trois étages) le troisième étage lance l'arme en fin de parcours propulsé au point B après environ 3 minutes d'une très grande accélération, à une altitude d’environ 500 km[note 3].
Notes
modifier- ↑ Dit différemment dans notre vie courante, quand notre voiture tourne au bout d'une route droite notre corps, par inertie, veut poursuivre l'axe de la route. Le tournant force à quitter cet axe que l'inertie ferait suivre s'il ne se passait rien. On parle de force centrifuge. En fait, exprimer cette force c'est traduire le principe d'inertie selon lequel nous allons normalement tout droit et que l'on doit agir sur nous (force centripète) pour suivre le tournant.
La voiture, avec l'adhérence des roues, fournit la force qui nous fait tourner. Dans l'espace une force à mettre en œuvre brutalement dépasse les capacités techniques aujourd'hui. Les films de science-fiction qui font tourner vivement et de tous côtés les vaisseaux spatiaux comme des avions dans l'air trompent regrettablement l'observateur. Ce n'est pas possible dans l'espace. - ↑ Les missiles balistiques des générations intermédiaires, généralement à deux étages, conservent leurs coiffes qui sont destinées à protéger leur arme (unique) lors de sa rentrée dans l'atmosphère.
- ↑ Soit un peu au-dessus de la station spatiale internationale qui orbite à environ 400 kilomètres.