5 innovations à l'alunissage qui ont changé la vie sur Terre

L'astronaute Buzz Aldrin sur la lune lors de la mission Apollo 11. Image via Neil Armstrong / NASA.

Jean Creighton, Université du Wisconsin-Milwaukee

Une grande partie de la technologie courante dans la vie quotidienne actuelle provient de la volonté de placer un être humain sur la lune. Cet effort a atteint son apogée lorsque Neil Armstrong a quitté le module d'atterrissage Eagle pour se rendre sur la surface lunaire il y a 50 ans.

En tant qu'ambassadeur de l'astronomie aéroporté de la NASA et directeur du planétarium Manfred Olson de l'Université du Wisconsin-Milwaukee, je sais que les technologies à l'origine des prévisions météorologiques, du GPS et même des smartphones peuvent retracer leurs origines jusqu'à la course vers la lune.

Une fusée Saturn V transportant Apollo 11 et son équipage en direction de la lune se soulève le 16 juillet 1969. Image via la NASA.

1. fusées

Le 4 octobre 1957 a marqué le début de l'ère spatiale, lorsque l'Union soviétique a lancé Spoutnik 1, le premier satellite de fabrication humaine. Les Soviétiques ont été les premiers à fabriquer de puissants lanceurs en adaptant des missiles à longue portée de l’époque de la Seconde Guerre mondiale, notamment le V-2 allemand.

À partir de là, la propulsion spatiale et la technologie des satellites ont évolué rapidement: la Luna 1 s’est échappée du champ gravitationnel de la Terre pour survoler la Lune le 4 janvier 1959; Vostok 1 a transporté le premier humain, Youri Gagarine, dans l'espace le 12 avril 1961; et Telstar, le premier satellite commercial, a envoyé des signaux de télévision à travers l’océan Atlantique le 10 juillet 1962.

L'atterrissage lunaire de 1969 exploita également le savoir-faire de scientifiques allemands, tels que Wernher von Braun, pour envoyer des charges utiles massives dans l'espace. Les moteurs F-1 de Saturn V, le lanceur du programme Apollo, ont brûlé 2 800 tonnes de carburant à un rythme de 12, 9 tonnes par seconde.

Saturn V est toujours la fusée la plus puissante jamais construite, mais son lancement coûte beaucoup moins cher. Par exemple, alors que Saturn V coûtait 185 millions de dollars US, ce qui représente plus d’un milliard de dollars en 2019, le lancement du Falcon Heavy actuel ne coûte que 90 millions de dollars. Ces roquettes permettent aux satellites, aux astronautes et aux autres vaisseaux spatiaux de quitter la surface de la Terre pour continuer à rapporter des informations et des aperçus provenant d'autres mondes.

2. Satellites

La quête d’une force suffisante pour atterrir sur la Lune a conduit à la construction de véhicules suffisamment puissants pour pouvoir lancer des charges utiles à des hauteurs allant de 34 100 à 36 440 km (21 200 à 22 600 milles) au-dessus de la surface du globe. À de telles altitudes, la vitesse des satellites en orbite s'aligne sur la vitesse de rotation de la planète, de sorte que les satellites restent au-dessus d'un point fixe, sur ce que l'on appelle l'orbite géosynchrone. Les satellites géosynchrones sont responsables des communications, fournissant à la fois la connectivité Internet et la programmation télévisée.

Au début de 2019, il y avait 4 987 satellites en orbite autour de la Terre; rien qu'en 2018, il y a eu plus de 382 lancements orbitaux dans le monde. Parmi les satellites actuellement opérationnels, environ 40% des charges utiles permettent les communications, 36% observent la Terre, 11% présentent des technologies, 7% améliorent la navigation et le positionnement et 6% font progresser les sciences spatiales et terrestres.

L'ordinateur de guidage Apollo à côté d'un ordinateur portable. Image via pilote automatique / Wikimedia Commons.

3. Miniaturisation

Les missions spatiales à l'époque et même aujourd'hui ont des limites strictes quant à la taille et à la lourdeur de leur équipement, car il faut tant d'énergie pour décoller et atteindre l'orbite. Ces contraintes ont poussé l'industrie spatiale à trouver le moyen de fabriquer des versions plus petites et plus légères de presque tout: même les murs du module d'atterrissage lunaire ont été réduits à l'épaisseur de deux feuilles de papier.

De la fin des années 1940 à la fin des années 1960, le poids et la consommation d’énergie des appareils électroniques ont été divisés par plusieurs centaines de, passant des 30 tonnes et 160 kilowatts de l’intégrateur numérique et de l’ordinateur aux 70 livres et 70 watts. de l'ordinateur de guidage Apollo. Cette différence de poids est équivalente à celle entre un rorqual à bosse et un tatou.

Les missions avec équipage nécessitaient des systèmes plus complexes que les précédents, sans équipage. Par exemple, en 1951, le calculateur automatique universel était capable de 1 905 instructions par seconde, alors que le système de guidage du Saturn V effectuait 12 190 instructions par seconde. La tendance vers l'agilité de l'électronique s'est poursuivie, avec des appareils portables modernes capables d'effectuer des instructions 120 millions de fois plus rapidement que le système de guidage qui a permis le décollage d'Apollo 11. La nécessité de miniaturiser les ordinateurs pour l'exploration spatiale dans les années 1960 a motivé l'ensemble du secteur. concevoir des ordinateurs plus petits, plus rapides et plus économes en énergie, qui ont touché pratiquement tous les aspects de la vie, des communications à la santé, de la fabrication au transport.

4. Réseau mondial de stations au sol

Communiquer avec les véhicules et les personnes dans l'espace était tout aussi important que de les faire monter. Une avancée importante associée à l’atterrissage lunaire de 1969 a été la construction d’un réseau mondial de stations au sol, appelé Deep Space Network, permettant aux contrôleurs de la Terre de communiquer en permanence avec des missions situées sur des orbites extrêmement elliptiques ou au-delà. Cette continuité était possible parce que les installations au sol étaient placées stratégiquement à 120 degrés l'une de l'autre, de sorte que chaque engin spatial soit à portée de l'une des stations au sol à tout moment.

En raison de la capacité de puissance limitée de l'engin spatial, de grandes antennes ont été construites sur Terre pour simuler les «grandes oreilles», entendre les messages faibles et servir de «grandes gueules» pour transmettre des commandes fortes. En fait, le réseau Deep Space Network était utilisé pour communiquer avec les astronautes sur Apollo 11 et pour relayer les premières images télévisées dramatiques de Neil Armstrong marchant sur la lune. Le réseau était également essentiel à la survie de l’équipage d’Apollo 13, car il avait besoin des conseils du personnel au sol sans gaspiller son précieux pouvoir de communication.

Plusieurs dizaines de missions utilisent le Deep Space Network dans le cadre de l'exploration continue de notre système solaire et au-delà. De plus, le Deep Space Network permet la communication avec des satellites sur des orbites très elliptiques afin de surveiller les pôles et de transmettre des signaux radio.

"Earthrise", une vue de la Terre en orbite autour de la lune. Image via Bill Anders, Apollo 8 / NASA

5. Regard sur la Terre

Se rendre dans l’espace a permis aux gens de tourner leurs efforts de recherche vers la Terre. En août 1959, le satellite non habité Explorer VI prenait les premières photos brutes de la Terre depuis l'espace dans le cadre d'une mission d'étude de la haute atmosphère, en vue du programme Apollo.

Près de dix ans plus tard, l’équipage d’Apollo 8 a pris une photo célèbre de la Terre émergeant du paysage lunaire, qui porte bien son nom «Earthrise». Cette image a aidé les gens à comprendre notre planète comme un monde commun unique et a stimulé le mouvement écologiste.

Terre depuis le bord du système solaire, visible sous la forme d’un minuscule point bleu pâle au centre de la bande brune la plus à droite. Image via Voyager 1 / NASA /

La compréhension du rôle de notre planète dans l'univers s'est approfondie avec la photo «point bleu pâle» de Voyager 1, une image reçue par le réseau Deep Space.

Les gens et nos machines ont depuis pris des photos de la Terre depuis l’espace. Les vues de la Terre depuis l'espace guident les gens à la fois globalement et localement. Ce qui a commencé au début des années 1960 en tant que système satellite de la marine américaine pour suivre ses sous-marins Polaris à moins de 185 mètres (600 pieds) s’est développé en un réseau mondial de satellites fournissant des services de localisation.

Les images d'une série de satellites d'observation de la Terre appelée Landsat sont utilisées pour déterminer la santé des cultures, identifier la prolifération d'algues et trouver des gisements de pétrole. Parmi les autres utilisations, citons l'identification des types de gestion forestière qui freinent le plus efficacement la propagation des incendies de forêt ou qui prennent en compte les changements globaux tels que la couverture des glaciers et le développement urbain.

À mesure que nous en apprenons davantage sur notre planète et sur les exoplanètes - des planètes entourant d'autres étoiles -, nous prenons davantage conscience de la valeur de notre planète. Les efforts pour préserver la Terre elle-même peuvent encore trouver l'aide des piles à combustible, une autre technologie du programme Apollo. Les systèmes de stockage d'hydrogène et d'oxygène contenus dans le module de service Apollo, qui contenait des systèmes d'assistance à la vie et des fournitures pour les missions d'atterrissage lunaires, généraient de l'énergie et de l'eau potable pour les astronautes. Sources d'énergie beaucoup plus propres que les moteurs à combustion traditionnels, les piles à combustible peuvent jouer un rôle dans la transformation de la production mondiale d'énergie pour lutter contre le changement climatique.

Nous ne pouvons que nous demander quelles innovations de l’effort visant à envoyer des personnes sur d’autres planètes vont affecter les terriens 50 ans après le premier Marswalk.

Jean Creighton, directeur du planétarium, ambassadeur de l'astronomie aéroportée auprès de la NASA, Université du Wisconsin-Milwaukee

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.

En résumé: les innovations sur Apollo 11 qui ont transformé la vie sur Terre.