Pourquoi des débris spatiaux peuvent endommager une navette puisqu'ils vont en orbite à même vitesse

[Philippe Régerat]

J'ai vu le film Gravity, bien explicite sur ce sujet.

Or, pourtant, tous les objets, quelque soit leur masse, "tombent" ensemble avec une même vitesse

(celle de la rotation de la terre multipliée par leur distance du centre terre (en orbite))

(on ne peut d'ailleurs plus parler d'accélération, puisqu'il n'y a plus de pesanteur et tout est à zéro G)

Galilée est d'ailleurs le premier à avoir prouvé que quelle que soient leur masse, 2 solides dans le "vide" (ou au début d'une chute avec freinage de l'air négligeable), tombaient en même temps.

Pourtant, les collisions sont fréquentes, et à des vitesses énormes, pouvant tuer les personnes telles, pour une simple écaille, une balle de fusil.

Puisque les personnes tournent exactement en même temps que ces "projectiles" (tout comme leur navette),
la vitesse relative de tout l'ensemble devrait être de zéro !!

Or ce n'est pas le cas. Pourquoi ?
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[Deedee81]

Salut,

Puisque les personnes tournent exactement en même temps que ces "projectiles" (tout comme leur navette),
la vitesse relative de tout l'ensemble devrait être de zéro !!
Or ce n'est pas le cas. Pourquoi ?

Deux raisons :

- les orbites ne sont pas nécessairement circulaires. Les vitesses à un point de croisement ne sont donc pas égales. Pour un débris suivant une trajectoire elliptique, la vitesse relative est loin d'être négligeable.
- Les directions peuvent être différentes. Imagines que tu heurtes une voiture qui arrive en face sur la route. Même si vous avez la même vitesse : PAF.

[Jean-GUERIN]

Bonjour Deedee81, Bonjour à toutes et à tous

Deux raisons :

- les orbites ne sont pas nécessairement circulaires. Les vitesses à un point de croisement ne sont donc pas égales. Pour un débris suivant une trajectoire elliptique, la vitesse relative est loin d'être négligeable.
- Les directions peuvent être différentes. Imagines que tu heurtes une voiture qui arrive en face sur la route. Même si vous avez la même vitesse : PAF.

J'ajouterai que :
- les orbites peuvent être circulaires à la même altitude, mais non coplanaires. D'où une vitesse relative potentiellement importante aux "points de concours" desdites orbites. Mais dans ce cas, le "temps de croisement" et la "probabilité de croisement" sont d'autant plus faibles que la vitesse relative - et donc l'angle de croisement, de 0 à 90 degrés est grand, et donc proche de 90 degrés ;
- pour une orbite circulaire et un autre elliptique de même périhélie ou aphélie, les risques de croisement sont également faibles.
Dans ces deux cas, les vitesses peuvent (dans des cas favorables) être assez faibles pour donner l'impression vue dans le film, mais en aucun cas à CHAQUE révolution.

- par contre, je vois mal deux satellites sur une même orbite circulaire orbitant en sens inverse : à ma connaissance, on ne lance pas de satellite en "sens rétrograde" ?


Amitiés,

Jean

[Philippe Régerat]

Donc, ce serait un peu l'équivalent, en beaucoup plus rapide, d'une voiture qui change de file en passant de la 1° à la 4° voie très rapidement sur l'autoroute, passant en biais juste devant un automobiliste circulant droit !!

Si leur vitesse est de 120 km/h et qu'il est à 30° par rapport à l'autoroute, la vitesse de percussion est de 60 km/h.... L'évitement de la collision étant très difficile devant cette queue de poisson !!

Et dans l'espace, à 30°, la vitesse de collision est de la moitié de celle du projectile et des voyageurs et navette, effectivement !!

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Je n'ai pas vu le film. Donc, je parlais d'une manière générale : satellites, débris, météorites (quand on voit le suivi du nuage de débris, c'est vraiment impressionnant, ça va dans tous les sens).

Et pour les satellites, le seul cas de sens opposés est (il me semble) pour des orbites polaires.

[Tawahi-Kiwi]

Et pour les satellites, le seul cas de sens opposés est (il me semble) pour des orbites polaires.

De nombreux satellites d'observation (terrestres ou meteorologiques) sont en orbite helio-synchrone ce qui leur permet de passer en un point de la Terre tout les jours a la meme heure (donc avec le meme angle d'observation et d'illumination).

T-K

[Jean-GUERIN]

Bonsoir Deedee81, Re-,

Je n'ai pas vu le film. Donc, je parlais d'une manière générale : satellites, débris, météorites (quand on voit le suivi du nuage de débris, c'est vraiment impressionnant, ça va dans tous les sens).

Et pour les satellites, le seul cas de sens opposés est (il me semble) pour des orbites polaires.

En fait, le film donne l'impression que la navette ou les stations des héros "croisent" des nuages de débris pendant plusieurs secondes ou dizaines de secondes, débris qui vont par rapport à eux à des vitesses "automobiles" dirons-nous (on les voit arriver "de loin", se rapprocher, cogner en 3D, s'éloigner). Et que l'on rencontre à chaque demi-orbite ou orbite (ce n'est pas très clair) ... C'est spectaculaire et ça fat un bon scénario, mais ça correspond manifestement à un cas très particulier de collision orbitale, l'immense majorité se produisant ... beaucoup plus vite et de façon moins métronomique !

Amitiés,

Jean

[f6bes]

Donc, ce serait un peu l'équivalent, en beaucoup plus rapide, d'une voiture qui change de file en passant de la 1° à la 4° voie très rapidement sur l'autoroute, passant en biais juste devant un automobiliste circulant droit !!

!

Bjr à toi,
Rien n'implique que dans l'espace les vitesses soient "excessives".
C'est la différence des vitesses RELATIVES (faibles ou fortes ) dont il faut tenir compte.
Dans l'espace TOUT ne circule pas à la MEME vitesse ( dans ce cas il n'y aurait pas de collision sur une meme orbite et dans le meme sens).
Tout ce beau monde se déplaçant de la MEME façon.
S'il y a "collision" c'est que FORCEMENT les vitesses sont différentes ( à orbite égale et meme sens).
Dans l'espace tu peux aussi bien rentrer en collision à 1 kmh de...différence. Il ne se passera pas grand chose dans ce cas.
Bonne soirée

[invite58238425]

Bonjour,

Dans l'espace TOUT ne circule pas à la MEME vitesse ( dans ce cas il n'y aurait pas de collision sur une meme orbite et dans le meme sens)

Le conditionnel ici signifie-t'il qu'il y a des collisions sur une même orbite et dans le même sens? Et que dans cette configuration, on pourrait en déduire alors qu'il existe plusieurs vitesses possibles ...?

C'est la différence des vitesses RELATIVES dont il faut tenir compte.

Quelle est la différence entre "vitesses" et "vitesses RELATIVES", (toujours dans cette configuration, même orbite, même sens?)

Merci. Cordialement

[Deedee81]

Salut,

Quelqu'un aurait des statistiques sur les vitesses relatives et fréquences de collisions pour les objets et débris ? (on doit certainement trouver ça sur le net. Sur le site de la nasa peut-être ?)

[Gilgamesh]

Dans l'espace TOUT ne circule pas à la MEME vitesse ( dans ce cas il n'y aurait pas de collision sur une meme orbite et dans le meme sens).

Ben effectivement il ne peut y avoir de collision à haute vitesse sur la même orbite dans le même sens. Quand la vitesse augmente, l'altitude aussi (et du coup la vitesse sol de l'objet diminue par rapport à celui qui est resté sur son orbite) et les objets se croisent sans se percuter.

[Jean-GUERIN]

Bonjour Deedee81, Bonjour à toutes et à tous,

Quelqu'un aurait des statistiques sur les vitesses relatives et fréquences de collisions pour les objets et débris ? (on doit certainement trouver ça sur le net. Sur le site de la nasa peut-être ?)

Oh ! Je crois qu'il n'y a même pas besoin de stats ... La vitesse relative de deux objets sur des orbites circulaires situées à la même altitude, à un point de concours de ces deux orbites est proportionnelle au sinus de l'angle des plans des deux orbites en question.

Comme la vitesse d'un satellite en orbite est par rapport à la Terre de 7,5 km.s, dès qu'on atteint 3 degrés d'angle entre les deux orbites, la vitesse relative est déjà (en gros) de 1 400 km/h, et elle augmente encore entre 3 et 180 degrés ...

Par contre, pour les fréquences de collisions, aucune idée : il y a "beaucoup" de débris, mais l'espace autour de la Terre est en 3 D, et il est "grand" par rapport aux débris ...

Donc, le scénario de "Gravity" semble bien présenter des cas vraiment très particuliers de collisions spatiales (navette et nuage de débris situés sur des orbites circulaires quasi-coplanaires, à la même altitude et au même endroit sur l'orbite par rapport à la Terre ... à la limite, ces objets auraient déjà dû se percuter AVANT d'être devenus des débris ...

Amitiés,

Jean

[ThM55]

Il y a eu un cas bien réel de collision entre deux satellites. C'était le 10 février 2009: Iridium-33 et Cosmos-2251. lls avaient des orbites quasi perpendiculaires à 700 km d'altitude. La vitesse relative était de 12 km/s. Le résultat est bien entendu une pulvérisation mutuelle avec un immense papillon de débris, s'étendant sur des altitudes de 200 à 2000 km. Rien à voir avec le film Gravity, qui m'a semblé peu réaliste en terme d'orbitologie. Ces débris sont même devenus un souci pour l'ISS à ce qu'on m'a dit. Si vous faites une recherche Google, vous trouverez facilement plein d'infos sur cet événement et ses conséquences actuelles.

Iridium, c'est une constellation de 66 satellites en orbites quasi polaires. Les orbites sont évidemment conçues pour éviter les collisions mutuelles, qui pourraient survenir au dessus des pôles (c'est là qu'ils se croiseraient s'il s'agissait vraiment d'orbites polaires à 9O degrés). Le Cosmos-2251 était en perdition, mais l'Iridium-33 était quand même maneuvrable en principe. Mais ces deux satellites se croisaient plusieurs fois par jour depuis des années, les calculs prévoyaient seulement un risque plus ou moins grand de collision. Il est difficile dans ces conditions de prendre la décision de brûler du fuel pour et éviter un risque ou de ne rien faire.

La grande peur des spécialistes des débris, c'est le syndrome de Kessler, un emballement irréversible des collisions par répartition des débris et effet domino. J'ai cru comprendre que le début du film Gravity y faisait allusion, en tout cas ils mentionnent le fait que tous les satellites en orbite basse sont détruits. Dans une situation pareille, je pense que les débris auraient toutes les vitesses relatives possibles.

[Philippe Régerat]

12 km/s pour les satellites et orbites terrestres, c'est donc 43 200 km/h !!!

Lorsque l'on sait que l'avion de chasse le plus rapide du monde est de 11 000 km/h, et que le record de vitesse terrestre est 1 228 km/h....

L'équipage d'Apollo 10, Thomas Stafford, John W. Young et Gene Cernan, a atteint la plus grande vitesse jamais réalisée par un être humain : 39 896 km/h (11,1 km/s, 24 790 mph).

[Carcharodon]

Ben effectivement il ne peut y avoir de collision à haute vitesse sur la même orbite dans le même sens. Quand la vitesse augmente, l'altitude aussi (et du coup la vitesse sol de l'objet diminue par rapport à celui qui est resté sur son orbite) et les objets se croisent sans se percuter.

Une nuance : on peut très bien avoir deux objets qui passent exactement au même endroit, sur une orbite de même inclinaison, donc avec une trajectoire identique (pendant un certain temps, au moins quelques dizaines de kilomètres) mais a des vitesses différentes.
Il suffit que l'une des orbites ait une apoastre (ApA) d'altitude supérieure a l'autre.
Et la jonction pourrait alors se faire au périastre (PeA), sur une trajectoire quasi identique, mais a une vitesse différentielle qui peuvent être très importante, de plusieurs km/s.
Le cas pourrait se présenter entre un objet possédant une orbite basse circulaire et un autre objet ayant une orbite très elliptique avec un PeA de même altitude que l'objet ayant l'orbite circulaire.
Ces deux orbites peuvent aussi se croiser très brièvement a deux intersections, si l'orbite elliptique possède un PeA inférieur a l'altitude de l'orbite circulaire.
C'est d'ailleurs le principe de la création d'un rdv orbital.

[Moinsdewatt]

Une nuance : on peut très bien avoir deux objets qui passent exactement au même endroit, sur une orbite de même inclinaison, donc avec une trajectoire identique (pendant un certain temps, au moins quelques dizaines de kilomètres) mais a des vitesses différentes.
Il suffit que l'une des orbites ait une apoastre (ApA) d'altitude supérieure a l'autre.
Et la jonction pourrait alors se faire au périastre (PeA), sur une trajectoire quasi identique, mais a une vitesse différentielle qui peuvent être très importante, de plusieurs km/s.
Le cas pourrait se présenter entre un objet possédant une orbite basse circulaire et un autre objet ayant une orbite très elliptique avec un PeA de même altitude que l'objet ayant l'orbite circulaire.
Ces deux orbites peuvent aussi se croiser très brièvement a deux intersections, si l'orbite elliptique possède un PeA inférieur a l'altitude de l'orbite circulaire.
C'est d'ailleurs le principe de la création d'un rdv orbital.

Ben non ca n'est pas un rendez vous orbital. Juste un croisement fugace. Comme si vous saluiez quelqu'un dans un train au passage à niveau alors qu vous étes en train de marcher à coté du passage à niveau.

Pour un rendez vous orbital. il faut étre rigoureusement à la méme vitesse au méme endroit, et avec le méme vecteur vitesse

[Carcharodon]

Pour un rendez vous orbital. il faut étre rigoureusement à la méme vitesse au méme endroit.

Non, ça c'est quand on terminé le rdv
Les rdv sont créés comme je le dis au dessus : on coupe l'orbite cible en créant deux intersections de l'orbite de l'engin avec l'orbite cible, en synchronisant les moments d'arrivée a l'une ou l'autre des deux intersections (la plus pratique a regler ou la moins chère en dV).
Puis, lorsqu'on arrive au moment du rdv, on effectue alors une poussée d'annulation de vitesse relative.

La façon habituelle pour procéder, par exemple pour aller a l'ISS, est de mettre l'engin en orbite d'altitude inférieure (mais de même inclinaison) a celle de l'ISS (~200 km pour les 400km de l'ISS) et de procéder a un HTO au moment propice.
Evidemment, lorsqu'on arrive a l'intersection qui va servir au rdv, les vitesses des deux objets, l'engin et l'ISS, ne peuvent pas, par définition être identiques.
Même si la différence n'est que de quelques dizaines de m/s, c'est uniquement grâce a cette différence de vitesse qu'on peut avoir un rdv, sinon les objets ne pourraient jamais se rejoindre.

Donc un rdv spatial, c'est quand on arrive a mettre deux objets au même endroit et exactement au même moment (en se rappelant qu'une seconde minuscule de différence a ce rdv, ça donne 7.5 km d'écart...), et on peut le faire GRÂCE a la différence de leurs vitesses respectives, justement.

la preuve en vidéo => http://www.dailymotion.com/video/xku...giv_videogames