Grand oral physique: En quoi les lois de Newton et de Kepler peuvent-elles nous mener vers Mars?

« Intro Aujourd’hui, l'exploration spatiale suscite une fascination sans précédent, notamment en ce qui concerne Mars.

Notre désir d'explorer cette planète voisine est alimenté par une multitude de possibilités que cette planète offre, comme par exemple, découvrir des traces de vie passée ou de tout simplement étudier la planète.

Ainsi, cela nous amène à nous demander, comment les Lois de Kepler et de Newton peuvent-elles nous amener vers Mars? Ce voyage vers Mars sera séparé en 3 phases: 1.

le décollage 2.

le vol 3.

l'atterrissage I) Le décollage La première partie du voyage vers Mars est la phase de décollage, où une fusée est lancée depuis la Terre pour s'élever dans l'espace. Tout d’abord, il faut situer la fusée dans le référentiel géocentrique pour décrire des mouvements à l’échelle de la Terre.

Il faut ensuite que la fusée se propulse vers l’espace.

Pour cela, la 3e loi de Newton intervient, connue sous le nom de principe des actions réciproques. Elle affirme ainsi que pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée. Dans ce contexte, cela signifie que la combustion du carburant lors du décollage va provoquer une éjection de gaz.

Celle-ci va alors créer une force de poussée qui va propulser la fusée vers le haut.

En réaction à cette expulsion de gaz, la fusée subit son poids, qui est la force exercée sur elle par la gravité.

Son poids va donc agir en tant que force opposée à la force de poussée. La fusée doit surmonter la gravité terrestre et gagner suffisamment de vitesse pour atteindre une orbite autour de la Terre.

Pour échapper à cette gravité, nous utilisons la 2e loi de Newton, également connue sous le nom de loi de la dynamique.

La somme des forces appliquées= masse de l’objet multipliée par l’accélération.

Ainsi on peut en déduire que, pour que la fusée décolle, il faut que la force de poussée de la fusée soit supérieure à son poids. II) Le vol balistique La deuxième partie du voyage vers Mars est la phase balistique, qui consiste à suivre une trajectoire spécifique pour atteindre la planète rouge.

Dans cette phase, nous plaçons la fusée dans le référentiel héliocentrique, un référentiel dont l’origine est le Soleil.

De plus, pour faciliter l’étude du mouvement de la fusée, on considérera les orbites de Mars et de la Terre autour du Soleil comme circulaires et contenues dans le même plan. Faire ce voyage vers Mars en ligne droite n’est pas forcément possible à cause de contraintes techniques notamment: un voyage en ligne droite nécessiterait d’énormes quantités de carburant ou un temps de vol excessivement long, ce qui n'est actuellement pas réalisable avec nos technologies actuelles. Pendant le vol, la fusée a suffisamment de vitesse pour échapper à la gravité terrestre. Ainsi, pour se rapprocher de Mars, notre fusée va utiliser l’attraction du Soleil pour emprunter une orbite de Hohmann, soit une orbite de transfert qui va servir d’intermédiaire entre l’orbite de la Terre et l’orbite de Mars. Les scientifiques doivent auparavant calculer la trajectoire d’interception entre la fusée et Mars.La manœuvre peut ainsi être lancée lors d’une fenêtre de lancement où les conditions seront optimales pour que la fusée rencontre la planète. III)L’atterrissage Dans cette dernière phase de descente, la fusée va se trouver assez proche.... »