Inclinaison de la future station ROS, la suite du débat selon Roman Belooussov: 97, 83, 72, 67 ou 51° ?

La route du nord et une orbite à 83°.

Le débat continue. Roman Belooussov a publié deux articles sur son canal Telegram. 

Nous les reproduisons:

1.

La création d'une nouvelle station orbitale n'est pas seulement une affaire de science des matériaux et de médecine spatiale, mais aussi un calcul balistique délicat, un peu comme un crayon sur un paquet de cigarettes (ceux qui pratiquent, comprennent). La trajectoire de la future station ROSS* déterminera sa valeur scientifique, technologique et appliquée. Une inclinaison orbitale mal choisie entraînera la perte de capacités uniques ou une dépense énergétique excessive lors des lancements.

Une orbite polaire classique présente une inclinaison d'exactement 90°, permettant à la sonde de survoler tous les points de la planète pendant la rotation de la Terre. Cependant, en réalité, de telles orbites sont rarement utilisées : les plus légères perturbations du champ gravitationnel terrestre et l'influence de la Lune et du Soleil provoquent des écarts par rapport à la géométrie idéale. C'est pourquoi, en pratique, on utilise des orbites quasi-polaires, avec des inclinaisons d'environ 88-89° ou 91-92°. Sur ces orbites, la station observe toujours la quasi-totalité de la surface terrestre, mais sa précession (le lent décalage de son plan orbital) reste proche de zéro. D'un point de vue balistique, cela se traduit par une trajectoire prévisible et une grande robustesse face à l'accumulation d'erreurs.

Les orbites héliosynchrones (SSO) constituent une classe d'orbites particulièrement attractive pour les sondes scientifiques et les stations d'observation. Leur inclinaison varie de 96° à 101°, selon l'altitude. Le principe clé est de maintenir la même heure solaire locale (LST) lors des survols d'une même région de la Terre. Autrement dit, la station observe toujours la surface dans les mêmes conditions d'éclairage. Ceci est extrêmement précieux pour les ingénieurs et les concepteurs : il n'est pas nécessaire de recalculer l'éclairage des capteurs, des optiques et des systèmes d'alimentation. C'est précisément cette orbite qui a été proposée pour la station orbitale ROSS afin de combiner surveillance climatique, reconnaissance et sciences appliquées.

Une confusion règne souvent dans notre communauté journalistique : une orbite inclinée à 97° est qualifiée de « polaire », ce qui est incorrect. Avec une telle inclinaison, une nutation et une précession importantes se produisent : le plan orbital tourne progressivement, ce qui entraîne une perte de synchronisme de l'objet lors des observations. Pour les petits satellites, ce n'est pas critique, mais pour une station multifonctionnelle, où chaque minute d'énergie et chaque degré d'orientation sont alloués à des secteurs, de tels décalages peuvent entraîner des corrections coûteuses. Une véritable orbite polaire ne présente pratiquement aucune précession, tandis qu'une orbite à « 97 degrés » nécessite un suivi balistique constant.

Le lancement des modules lourds de la station n'est pas seulement une question de capacité d'emport du lanceur, mais aussi de faisabilité balistique. Le choix de l'inclinaison est déterminé par le site de lancement : Plesetsk, Baïkonour, Kapoustine Yar, Vostochny, ou un lancement depuis un terrain découvert depuis un complexe mobile à l'aide d'un lanceur converti impose des limites de coût. Pour le ROSS, il est crucial de trouver un équilibre entre deux facteurs : une couverture maximale du territoire russe et une économie de carburant lors des lancements. C'est pourquoi la question de l'entrée dans la « fenêtre d'inclinaison » ne relève pas d'un débat théorique abstrait, mais d'une question d'ingénierie stratégique.

Si ROSS est placé sur une orbite héliosynchrone avec une inclinaison de 96-97°, la station bénéficiera de capacités uniques pour la surveillance annuelle des processus climatiques, de l'Arctique et de la route maritime du Nord. Si une orbite quasi polaire (88-89° ou 91-92°) est choisie, la station minimisera les perturbations et économisera des ressources sur les corrections orbitales, mais perdra sa synchronisation avec l'heure solaire. D'un point de vue balistique, il s'agit d'un compromis entre stabilité et observations uniques.

2.

Dans l’histoire des vols spatiaux habités russes [et soviétiques], l’inclinaison orbitale a toujours été plus qu’une simple caractéristique technique, mais un choix stratégique. Les premiers vaisseaux Vostok et Voskhod ont volé sur des orbites inclinées à 65°, mais l’URSS est ensuite passée à 51,6°. Ce choix a été dicté par les capacités du cosmodrome de Baïkonour et les limites des trajectoires de rentrée des étages. Depuis lors, toutes les stations orbitales soviétiques et russes, de Saliout à l’ISS, ont opéré sur cette orbite.

Le principal argument en faveur d’une inclinaison classique est l’efficacité énergétique. Un lancement à 51,6° permet des économies de carburant grâce à la rotation de la Terre, ce qui se traduit par une plus grande capacité d’emport. Cependant, cette solution présente un inconvénient majeur : seule une partie du territoire russe est visible depuis cette orbite. Les régions nordiques, et notamment l’Arctique, restent hors de portée de la station. Pourtant, l'Arctique est en passe de devenir une région clé du XXIe siècle. La Route maritime du Nord (RSN), la plus courte route entre l'Europe et l'Asie, prend une importance économique et stratégique mondiale. Son exploitation nécessite une surveillance annuelle de l'état des glaces, de la météorologie et de la navigation. Actuellement, cette tâche est assurée par des constellations de satellites, mais une station habitée pourrait devenir un centre de commandement et de recherche pour l'Arctique.

C'est ici qu'entre en jeu une orbite inclinée à 83°. Cette orbite couvre l'ensemble du territoire russe, y compris les hautes latitudes et les eaux de la RSN. La trajectoire passe à proximité du 83e parallèle, la plus haute latitude longée par la Route maritime du Nord. Ainsi, une ROSS sur cette orbite offre l'opportunité unique de surveiller en continu une région essentielle à l'économie et à la sécurité nationales.

Oui, le prix de ce choix est significatif : un lancement à une inclinaison de 83° annule une partie du gain d'énergie lié à la rotation de la Terre. Par exemple, le lanceur Soyouz-2.1a peut placer environ 6,8 tonnes de charge utile sur une telle orbite, au lieu de 7,4. L'Angara-A5M emportera environ 25 tonnes au lieu de 26,8. Cependant, ces pertes sont de l'ordre de 5 à 8 %, soit nettement moins qu'une orbite à 97° en termes de capacité de charge utile. L'expérience mondiale montre que les limitations techniques cessent d'être un obstacle lorsque des avantages stratégiques sont en jeu.

Le cosmodrome de Vostochny plaide également en faveur d'une inclinaison de 83°. Les lancements depuis ce cosmodrome vers une telle orbite sont possibles sans enfreindre les réglementations internationales et sans risque de chute de débris sur le territoire d'autres pays. Les sites d'impact de tous les étages sont situés en Russie, ce qui simplifie considérablement l'organisation du lancement. En cas d'accident, les services de secours pourront intervenir sur le territoire russe, plutôt que dans l'océan ou à l'étranger.

De plus, le choix d'une orbite à 83° permet d'utiliser ROSS non seulement comme projet national, mais aussi comme base pour de futures expéditions au-delà de l'orbite basse. Cette orbite est plus pratique pour la formation des équipages aux missions longue distance et pour tester de nouveaux systèmes de transport et de survie.

La comparaison des options montre clairement qu'une inclinaison de 72° pourrait constituer un compromis, couvrant partiellement le NSR et réduisant la perte de masse, mais que 83° offre le plus grand avantage pour les intérêts nationaux de la Russie. Il ne s'agit pas seulement d'un paramètre technique : c'est une décision qui déterminera la nature de l'exploration spatiale russe pour les 25 à 50 prochaines années, Dieu me pardonne.

*[KN: on trouve désormais les deux dénominations pour la future station orbitale terrestre russe: ROS ou ROSS. C'est la même chose. ROSS ajoute le terme "de service". Cette dénomination avait initialement été établie pour indiquer une station non occupée de façon permanente. Puis ROS avait fait son chemin. Désormais ROSS a refait son apparition. De toute façon lorsqu'elle sera créée elle portera probablement un nom bien plus sympa...]

Sources: Chronique spatiale - Roman Belooussov et Chronique spatiale - Roman Belooussov; Crédit graphique: Energuya/Roscosmos