Sujet Physique-Chimie — Terminale — Métropole — Bac 2013

EXERCICE I - L’ASCENSEUR SPATIAL (5 points) Document 1. Présentation de l’ascenseur spatial L’ascenseur spatial a été envisagé dans les années 1970 comme alternative aux lanceurs classiques de satellites que sont les fusées et navettes spatiales. Dans certains ouvrages, l’ascenseur culminerait à l’altitude de 36 000 kilomètres au-dessus du sol. Cette hauteur n’est pas due au hasard. En effet, un satellite en orbite équatoriale à cette altitude apparait immobile au-dessus d’un point de l’équateur : c’est un satellite géostationnaire. La particularité de l’orbite géostationnaire suggère une façon de relier le sol et l’espace : il suffit de laisser pendre un câble d’un satellite géostationnaire. Ce dernier restera toujours à l’aplomb du même point de la surface terrestre d’où l’on pourra construire une base de départ de cabines qui escaladeront le câble, transportant des satellites directement jusqu’à l’orbite géostationnaire en quelques jours, environ cinq selon certaines hypothèses retenues. Dessin d’artiste représentant Et inversement les satellites en fin de vie pourraient être un ascenseur spatial redescendus par l’ascenseur et récupérés sur Terre. Comment déployer le câble depuis l’espace ? La réponse semble simple : il suffit de dérouler une bobine de câbles préalablement mise en orbite géostationnaire. Mais il y a un problème. Sur la partie basse du câble l’attraction terrestre dépasse la force centrifuge due à son mouvement de rotation autour de la Terre. Conséquence : le câble est irrémédiablement tiré vers la Terre et ne peut maintenir sa position initiale. Pour pallier ce problème, il suffit de déployer le câble simultanément dans deux directions opposées, c’est-à-dire vers la Terre et vers l’espace. Dans ce cas, l’astuce consiste à ce que la partie supérieure du câble « retienne » la partie inférieure. L’ascenseur spatial permettrait aussi d’utiliser l’énergie de rotation de la Terre pour lancer des sondes depuis l’orbite géostationnaire vers des orbites plus hautes. La vitesse orbitale tout en haut de l’ascenseur serait si grande qu’un satellite qui y serait largué n’aurait pas besoin de moteur pour échapper à l’attraction terrestre. Vénus, Mars, Jupiter et même la sortie du système solaire seraient accessibles sans énergie supplémentaire que celle requise pour atteindre l’orbite géostationnaire. D’après “The orbital tower : a spacecraft launcher using the Earth’s rotational energy”, article original de Jérôme PEARSON en 1975 et article de R. LEHOUCQ Schéma de principe de l’ascenseur spatial 13PYSSME3 Page : 2 / 10 Document 2. Vitesse de libération et vitesse orbitale Vitesse de