Après la période de course à l’espace, l’exploration spatiale s’est définitivement imposée comme un secteur animé d’une dynamique de découverte et d’innovation permanentes. Il s’agit maintenant d’optimiser les coûts de telles missions d’explorations (il ne faut pas oublier que la course à l’espace a consommé plus de 100 milliards de dollars du budget des Etats-Unis). C’est pour cette raison que, au début des années 1970, le gouvernement américain démarre le programme Space Shuttle. C’est dans ce cadre de ce programme que sera construit le premier vaisseau spatial réutilisable, la navette spatiale américaine.
1. Une navette qui marque un grand pas dans la conquête spatiale
La navette spatiale américaine (officiellement Space Transportation System, Système de transport spatial) est un engin habitable et piloté conçu et utilisée par les USA. Son premier vol eut lieu le 12 avril 1981 et ce fut le premier engin capable d'emmener de gros satellites en orbite basse et, éventuellement, de les rapporter sur Terre.
Figure 1 - Décollage de la navette spatiale Columbia, 1981 (NASA).
Cette innovation s’explique en majorité par le manque de moyens que commençait à ressentir la NASA au début des années 1970. C’est donc à cette époque que les chercheurs commencèrent à chercher des innovations tout en trouvant des moyens de réduire les importants coûts qu’occasionnait ce domaine si vaste. Ainsi, c’est dans les années 70 que le programme Space Shuttle fût lancé. Ses objectifs annoncés étaient :
- de réduire les coûts d’une mission spatiale puisque les navettes furent dès lors réutilisables donc il n’était pas nécessaire d’en construire d’autres.
- de construire et de desservir des stations orbitales telles que la Station Spatiale Internationale.
- de permettre la réparation de quelques satellites en orbite.
Ce programme a donc été d’une aide technologique importante mais également d’une grande utilité économique. Il a donné lieu à une centaine de lancements et a été très utile tant aux USA qu’aux autres pays du Monde avec la Station Spatiale Internationale. (123 vols, 113 sorties extravéhiculaires, 66 satellites mis en orbite)
Figure 2 - La navette spatiale Challenger se désintégrant 73 secondes après son envol.
Mais malgré sa réussite globale, le programme de la navette spatiale américaine fût entaché de 2 accidents mortels pour les équipages :
- la destruction au décollage de la navette, le 28 janvier 1986, suite à la rupture d'un joint d'un booster.
- la désintégration le 1er février 2003 de Columbia, lors de son retour dans l'atmosphère suite à la détérioration de son bouclier thermique pendant le décollage.
2. Des objectifs au dessus des compétences
Cependant, le programme "navette spatiale" américain a connu, au fil du temps, une forte critique.
En effet, ce programme, conçu à l'origine pour réduire les coûts des vols spatiaux, n'a pas pu tenir ses objectifs annoncés. Tout d'abord, sur le plan économique, la conception, la réalisation, et la maintenance de ces engins s'est avérée très couteuse : c'est notamment le cas pour les moteurs-fusées très complexes équipant la navette, ainsi que pour les tuiles du bouclier thermique. Les sommes considérables dépensées pour la réparation de la navette rendaient totalement impossible un vol spatial hebdomadaire, tel qu'annoncé par la NASA lors de l'ouverture du programme.
Cette tentative de vulgarisation du vol spatial a été vivement critiquée par le public lors des deux accidents mortels des navettes Columbia et Challenger. Ils ont mis en cause la mauvaise gestion du programme par la NASA, et notamment le fait qu'elle ne prenait pas assez en considération la sécurité alors que la navette spatiale reste (encore aujourd'hui) un engin expérimental.
3. Une retraite bien méritée
L'annonce en 2004 par le Président des États-Unis George W. Bush de relancer l'exploration habitée de la Lune et de préparer le voyage vers Mars marque la fin du programme de la navette spatiale, car cette dernière ne peut y avoir aucun rôle majeur. Les trois orbiteurs restants seront donc mis à la retraite avant d'être probablement exposés dans un musée à l'instar du démonstrateur Enterprise d'ici 2015. D'ici là, ils serviront à achever la construction de la Station spatiale internationale. De plus, une mission sera consacrée à une ultime réparation du télescope spatial Hubble.
4. Données techniques
Figure 3 - Comparaison des cinq navettes ayant été mises en orbites. Le profil est semblable.
La navette (l'orbiteur, le seul composant qui revient intact sur Terre) a une masse d’environ 109 tonnes. Ce poids explique la présence d’un imposant réservoir (visible en marron sur la figure 2) pour transporter plus de deux millions de litres de carburant (env. 600 tonnes d’oxygène liquide et 100 tonnes d’hydrogène liquide), ainsi que de deux boosters (sur les côtés du réservoir), des moteurs-fusées très puissants pour soustraire la navette à la gravité terrestre. Une fois la navette dans l’espace, le réservoir externe et les deux boosters se séparent de la navette, qui est ensuite propulsée par ses propres moteurs, eux aussi très puissants et complexes.
De 1976 à 1991, la NASA a construit en tout sept navettes :
- Enterprise (1976) : Navette expérimentale, qui n'a jamais été mise en orbite.
- Pathfinder (1977) : Maquette conçue pour des essais à terre.
- Columbia(1981) : Désintégrée lors de son retour dans l'atmosphère le 1er février 2003.
- Challenger (1982) : Détruite au décollage le 28 janvier 1986.
- Discovery (1983) : Encore en activité.
- Atlantis (1984) : Encore en activité.
- Endeavour(1991) : Encore en activité ; construite pour remplacer Challenger.
Les différences entre les navettes sont minimes et se situent surtout au niveau du système de contrôle et de l’équipement embarqué.
Spécifications de l’orbiteur (pour Endeavour) :
- Longueur : 37,24 mètres
- Envergure : 23,79 mètres
- Hauteur : 17,25 mètres
- Masse totale au décollage : 109 000 kg
- Masse maximum à l’atterrissage : 204 000 kg
- Bouclier thermique : environ 24000 tuiles isolantes en carbone composite ou en silice
- Altitude opérationnelle : 185 à 1 000 km
- Equipage : Sept (commandant, pilote, deux spécialistes de mission, et trois spécialistes de la charge utile), deux au minimum
Spécifications du réservoir externe :
- Hauteur : 46.9 mètres
- Diamètre : 8,4 mètres
- Contenance du réservoir : 2 millions de litres (approx. 600 tonnes d’oxygène liquide, approx. 100 tonnes d’hydrogène liquide)
- Masse à vide : 26 559 kg
- Masse totale au décollage : 757 000 kg
Spécifications d'un booster :
- Hauteur : 45,6 m
- Diamètre : 3,71 m
- Masse à vide : 63 272,7 kg
- Masse totale au décollage : 590 000 kg
- Poussée unitaire au décollage : 12,46 MN (Meganewtons)
Spécifications de l’ensemble sur le pas de tir :
- Hauteur : 56,14 m
- Masse totale au décollage : 2 040 tonnes
- Poussée totale au décollage : 30,18 MN
- Space Shuttle Vehicle Structure : http://www.nasa.gov/mission_pages/shuttle/vehicle/index.html
- Space Shuttle Facts and Statistics : http://www.nasa.gov/centers/kennedy/news/facts/shuttlefacts-toc.html
- Space Shuttle Basics : http://spaceflight.nasa.gov/shuttle/reference/basics/index.html
- Les accidents de la navette spatiale : http://www.astrosurf.com/luxorion/astronautique-challenger.htm
- Criticism of the Space Shuttle program : http://en.wikipedia.org/wiki/Criticism_of_the_Space_Shuttle_program
- Space Shuttle - The Internet Encyclopedia of Science : http://www.daviddarling.info/encyclopedia/S/Space_Shuttle.html