Comment la navette spatiale revient-elle sur Terre?
La navette spatiale revient sur Terre en planant, de l'orbite à l'atterrissage! Les récentes procédures concernant les derniers vols de la navette, qui avaient essentiellement la Station Spatiale Internationale pour destination, faisaient qu'une fois désarrimée de l'ISS, la navette continuait de voler très près de la station pour en prendre des images. Puis les thrusters de la navette étaient allumés et opéraient la séparation définitive du vaisseau d'avec la station spatiale. A partir de là, l'équipage passait encore habituellement 2 jours en orbite pour prendre le temps de vérifier le bouclier thermique et l'intégrité de la navette, vérifications qui avaient été mises en place après le dramatique accident de la navette Columbia en février 2003. Lorsque vient le moment de quitter l'orbite, la navette spatiale orbite habituellement en position inversée. Elle est, de plus, positionnée la queue vers l'avant, et les moteurs sont mis à feu. C'est ce que l'on appelle une mise à feu des moteurs en vue de quitter l'orbite (en anglais: un "deorbit burn"). La mise à feu des moteurs a comme effet de ralentir la navette sur l'orbite et donc elle quitte tout naturellement celle-ci. La mise à feu des moteurs a lieu une demi-planète -et une heure- avant l'atterrissage; ainsi, pour un atterrissage au Kennedy Space Center, en Floride, la mise à feu pour quitter l'orbite doit avoir lieu au-dessus de l'Océan Indien. L'orbiter est alors retourné le nez en avant, en position normale (et non plus inversée) et il descend vers les couches hautes de l'atmosphère terrestre. La navette spatiale atteint le point de la descente où elle rencontre l'atmosphère 25 minutes plus tard. Elle est alors à 400 000 pieds (129 km, 80 miles) d'altitude et à 8000 km (5000 miles) du site d'atterrissage. La phase de rentrée dans l'atmosphère, stricto sensu, a commencé un peu plus tôt, à 557 000 pieds. Lorsque la navette atteint les 400 000 pieds, le nez est relevé à un angle de 40°, de telle sorte que le bouclier thermique, qui protège la navette, soit correctement orienté

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La rentrée dans l'atmosphère a lieu entre 265 000 et 162 000 pieds. Le contact radio avec la navette est alors interrompu, du fait de l'échauffement, pendant 16 minutes. Les tuiles du bouclier thermique sont portées à 1650°C (3 000°F). La navette accomplit alors une série de 4 virages serrés qui ont pour but de la ralentir. Ensuite, à 225 km (140 miles) du site d'atterrissage et à une altitude de 150 000 pieds, la navette intercepte le TACAN du site de l'atterrissage. Un TACAN est une aide militaire, aux avions, de radio-navigation. Il permet à la navette de prendre la direction du site. La vitesse de la navette descend à Mach 3 -vers 3000 km/h (1870 miles/h). Lorsque la navette arrive à 40 km (25 miles) de la piste d'atterrissage, à une altitude de 50 000 pieds et une vitesse qui est maintenant passée en-dessous de Mach 1, c'est le commandant de la mission qui prend les commandes de l'appareil. Jusqu'à présent, c'était le pilote automatique qui contrôlait la navette. Le commandant mène alors l'approche et l'atterrissage: en utilisant une aide à l'atterrissage appelée un "Scanning Beam Landing System", il s'aligne avec la piste. Pour ce qui est de la météo de l'atterrissage, la NASA surveille une zone de 24 km de rayon autour du Kennedy Space Center. Pour l'alignement avec la piste, il est parfois nécessaire que la navette fasse un cercle complet de 360° et de 6,5 km (4 miles) de diamètre. L'altitude, pendant ce virage, passe de 50 000 à 10 000 ft. Puis, pendant la descente vers le seuil de piste, le nez de la navette peut avoir un angle d'incidence supérieur jusqu'à 19° -ou ne pas avoir d'angle du tout voire un angle inférieur. L'angle de la descente vers la piste est plus important que celui d'un avion de ligne: la navette descend ainsi 20 fois plus vite et sa vitesse est de l'ordre de 300 noeuds

A 2000 pieds d'altitude et 1,6 km (1 mile) de la piste, le commandant de la mission place la navette dans une position d'arrondi, avec le nez légèrement plus élevé que la queue. Cela ralentit aussi la descente. Le train est sorti. Et le toucher a lieu à une vitesse de 190 noeuds (354 km/h, 220 miles/h) -un avion de ligne se pose habituellement à 140 noeuds- sur le train principal! Un parachute se déploie. Il réduit encore la vitesse, amenant le nez à descendre et la roue avant à toucher la piste à son tour. La navette continue encore de rouler pendant 2,4 km (1,5 mile) et elle finit par s'arrêter en bout de piste. La navette vient ainsi, en un gigantesque vol plané, de passer de l'orbite au sol!

vers une vue plus détaillée du processus de rentrée de la navette

Pour ce qui concerne les sites d'atterrissage de la navette spatiale, le site principal d'atterrissage est la Shuttle Landing Facility, au Kennedy Space Center, en Floride. La piste de la Shuttle Landing Facility mesure 4,5 km et elle est située au nord du "Vehicle Assembly Building". Au début du programme de la navette, tous les atterrissages se pratiquaient à la base aérienne d'Edwards qui se trouve à côté du Dryden Flight Research Center de la NASA, en Californie. Le premier atterrissage en Floride n'eut lieu qu'en 1984. Le White Sands Space Harbor, dans l'état du Nouveau-Mexique est également une piste alternative pour les atterrissages. Ces deux sites, celui d'Edwards et de White Sands sont équipés d'un dispositif qui permet de fixer les navettes au-dessus d'un des Boeing 747 spécialement aménagés de la NASA pour rapporter les orbiters en Floride. Le fait qu'on travaille en plein air en Californie ou le sable du Nouveau-Mexique influent sur les opérations (46 jours au total sont nécessaires à White Sand du fait des questions liées au sable). Le White Sands Space Harbor est également là où les astronauts de la navette s'entraˆnent à l'atterrissage à bord du Shuttle Training Aircraft, un jet d'affaires modifié pour reproduire le comportement de la navette. Le site a été choisi du fait de son moindre éloignement du Johnson Space Center de Houston

->Chronologie d'une rentrée de la navette spatiale
. un jour avant la ré-entrée, on procède à une vérification du système de contrôle de vol et des thrusters. On active l'une des 3 unités de puissance auxilaires (APU) de l'orbiter et on vérifie le fonctionnement des surfaces de contrôle pour s'assurer que les "élevons" et les aéro-freins fonctionneront une fois que la navette aura ré-entré dans l'atmosphère. Puis on teste les 44 thrusters du "Reaction Control System" -chacun est allumé et activé 2 fois- pour vérifier leur aptitude à fonctionner au cours de la descente depuis l'orbite, avant de ré-entrer dans l'atmosphère
. les portes de la soute de la navette spatiale sont fermées et les contrôleurs donnent instruction au commandant de la mission de passer en "Ops 3", c'est-à-dire la partie du logiciel de vol de la navette qui gère la rentrée et l'atterrissage. C'est une équipe de contrôleurs spécialement constituée (la "entry team", "équipe de ré-entrée") qui est responsable du vol pour la ré-entrée et l'atterrissage. Elle opère à partir du Mission Control Center de Houston
. à ce moment, l'heure de l'atterrissage et les possibilités d'atterrissage au site choisi ont été déterminées et évaluées, ces derniers par le Flight Dynamics Officer ("officier de la dynamique de vol") du Mission Control
. 2 heures après le début du processus, l'autorisation -ou non- de procéder à la mise à feu des moteurs pour quitter l'orbite est donnée, avec l'heure pour ce faire après que le "Entry Flight Director" ait procédé à un sondage de son équjipe pour la mise à feu aux fins de quitter l'orbite. Suit un go/no-go pour revêtir les scaphandres de ré-entrée. Les conditions météo au site d'atterrissage peuvent faire que la décision n'est prise que juste avant la mise à feu des moteurs; un astronaute a accompli un vol de reconnaissance météo au site d'atterrissage . 2 heures et 40 minutes avant la mise à feu des moteurs pour quitter l'orbite les portes de la soute de la navette sont fermées. Les règles de fin de mission concernant la météo, par exemple, sont que, de jour, les vents de travers ne doivent pas excéder 15 noeuds, les vents de face 25 et les vents arrière 15. Les rafales ne doivent pas excéder la vitesse moyenne du vent de plus de 10 noeuds
. l'équipage commence à "se charger en fluides", c'est-à-dire que les membres de l'équipage boivent de grandes quantités de liquide de façon à plus facilement se réadapter à la gravité. Chaque membre d'équipage boit ainsi 40 cl d'eau -par doses de 8 cl toutes les 15 mn- et prend des pillules salées qui aident à retenir le liquide. Les liquides peuvent être de l'eau, du bouillon de volaille ou du jus d'orange
. les membres d'équipage enfilent ensuite leur scaphandre orange, qu'ils revêtent pour les décollages et les retours sur Terre et s'installent sur leurs sièges
. le contrôle au sol, 30 mn avant la mise à feu des moteurs aux fins de quitter l'orbite, procède à une revue des opinions sur la possibilité de celle-ci
. on donne alors au commandant de la navette l'instruction de manoeuvrer pour mettre la navette dans la position dans laquelle va s'effectuer la mise à feu, à savoir en position inversée et la queue en avant
. l'autorisation de mise à feu des moteurs aux fins de quitter l'orbite est donnée. La navette est autorisée à procéder à la mise à feu et autorisée à atterrir. Les deux moteurs "Orbital Maneuvering System" ou OMS de la navette (les deux moteurs qui servent à la mise finale en orbite lors du décollage) sont alors allumés. Ils ralentissent la navette sur son orbite. Et la navette descend! Les membres d'équipage se sanglent sur leurs sièges et sont ainsi prêts pour cette descente qui va durer une heure. L'APU 1 ("Auxiliary Power Unit", unité de puissance auxilaire) -l'un de ces moteurs auxiliaires qui produisent de l'électricité pour le vaisseau (ou, aussi, pour les avions de ligne, par exemple)- est allumé et lancé. Les pompes qu'il va faire fonctionner vont alimenter en électricité le système hydraulique de la navette spatiale
. les moteurs fonctionnent. Leur mise à feu ne dure que 3 minutes. Ils réduisent la vitesse de la navette de 330 km/h (205 mph). A partir de ce moment, la navette spatiale n'a plus aucun moyen d'interagir sur sa trajectoire, sinon par les thrusters -puis par ses surfaces aérodynamiques dès lors que la portance atmosphérique jouera
. mise à feu des moteurs aux fins de quitter l'orbite (abrégé MAFQO à partir de maintenant)+9mn: la navette commence déjà de ressentir les effets de l'atmosphère. L'équipage est autorisé à vidanger les comburants en excès des thrusters de manoeuvre de l'avant de la navette
. MAFQO+15mn: on est à 400 000 pieds d'altitude et à 52 minutes de l'atterrissage. On est à 20 minutes de l'"interface d'entrée" ("entry interface")
. MAFQO+24mn: les trois APUs sont lancés et commencent de fournir de l'électricité aux surfaces aérodynamiques de contrôle de la navette
. MAFQO+26mn: la traînée et la friction augmentent au fur et à mesure que la navette rencontre une atmosphère qui ne cesse de devenir plus dense
. MAFQO+36mn: 128 km (80 miles) d'altitude; 8000 km (5000 miles) de la piste. Là, commence ce que l'on appelle l'"interface d'entrée". Le site d'atterrissage est à 31 minutes et 7400 km (4600 miles). Les tuiles du bouclier thermique sont élevées à des températures extrêmes lorsque la navette rencontre les limites supérieures de l'atmosphère. La vitesse est de 24,8 Mach!
. MAFQO+41mn: la navette a commencé d'effectuer le premier de quatre virages serrés qui vont la ralentir. Altitude: 80 km (50 miles); 4800 km (3000 miles) de la piste
. MAFQO+43mn: les trois APU fonctionnent. Vitesse: Mach 24,3
. MAFQO+47mn: vitesse: 24 100 km/h (15 000 mph); on est à 3200 km (2000 miles) de la piste (c'est-à-dire 20 minutes)
. MAFQO+58mn: la vitesse est de Mach 6,2 (7500 km/h -4650 miles/h) et l'altitude de 40 km (25 miles). On est à 344 km (214 miles) de la piste, soit 9 minutes
. MAFQO+59mn: vitesse: Mach 4,5 (5430 km/h -3300 m/h), altitude: 34 km (21 miles); on est en descente rapide
. MAFQO+1h 03 mn: 5 minutes 30 secondes avant l'atterrissage! Vitesse: Mach 1,7 (2051 km/h -1275 m/h), altitude: 20 km (12,5 miles)
. MAFQO+1h 04 mn: deux boums supersoniques se font entendre. La navette commence son approche finale. La piste est à 3 minutes
. MAFQO+1h 07 mn: alors que la navette est à un angle de 90° par rapport à la piste (une sorte de vent arrière), elle est à 15 000 ft d'altitude et à une vitesse de 675 km/h (420 m/h)
. MAFQO+1h 08 mn: atterrissage! Le train principal d'abord, la roue de nez ensuite. La navette met ensuite encore une minute à s'arrêter. La piste en service pour l'atterrissage aura pu être choisie au cours du processus de rentrée

->Après l'atterrissage
. atterrissage (abrégé à partir de maintenant "Att.")+3mn: les astronautes ferment les systèmes de la navette
. Att.+7mn: le convoi de véhicules pour le service de la navette spatiale s'approche de la navette, amemant de l'équipement et le matériel de support pour l'équipage
. Att.+13mn: l'équipage a placé le train d'atterrissage en mode sécurisé et autorisation est donné au commandant de la mission et au pilote de configurer les ordinateurs de bord en "Ops 9 Transition"-ils utilisent un logiciel spécialement conçu pour les opérations d'après atterrissage. Les membres des véhicules de soutien approchent de l'arrière de la navette. Une équipe médicale et un "Astronaut Support Person" ou "ASP" participent aussi à ces opérations
. Att.+16mn: les membres de l'équipage sont autorisés à retirer leurs combinaisons de vol. Ils continuent de mettre la navette en sécurité en fermant les systèmes de la navette spatiale
. Att.+28mn: les APU sont éteints
. Att.+44mn: la porte de la navette est ouverte. Les membres d'équipage se préparent à quitter la navette puis la quittent. Ils montent dans le "Crew Transport Vehicle" ("véhicule de transport de l'équipage", un véhicule spécialement conçu, avec lits et sièges confortables. Les astronautes y subissent des contrôles médicaux)
. Att.+1h 10mn: le commandant de la mission, avec certains des membres de l'équipage, font une visite post-vol de l'extérieur de la navette. L'équipage, ensuite, attend l'arrivée de l'"Astrovan" -cet autobus qui leur fait faire la navette entre leurs quartiers au bâtiment des Opérations et des Vérifications ("Operations and Checkout Building") et les plates-formes de lancement et la piste d'atterrissage. Avant de rejoindre leurs quartiers, l'équipage quitte généralement le Crew Transport Vehicle, est accueilli par les autorités du Kennedy Space Center et/ou de la NASA et donnent une conférence de presse. Le tout prenant à peu près 1 heure 45 mn. Une conférence de presse post-atterrissage a également eu lieu plus tôt avec des officiels de la NASA