Que se passe-t-il si un ascenseur spatial tombe en panne

Rhett Allain

Dans le premier épisode de la série Foundation sur Apple TV, on voit un terroriste tenter de détruire l'ascenseur spatial utilisé par l'Empire Galactique. Cela semble être une excellente occasion de parler de la physique des ascenseurs spatiaux et de réfléchir à ce qui se passerait si l’un d’entre eux explosait. (Indice : ce ne serait pas bien.)

Les gens aiment placer des choses au-delà de l'atmosphère terrestre : cela nous permet d'avoir des satellites météorologiques, une station spatiale, des satellites GPS et même le télescope spatial James Webb. Mais pour l’instant, notre seule option pour envoyer des objets dans l’espace est de les attacher à une explosion chimique contrôlée que nous appelons habituellement « une fusée ».

Ne vous méprenez pas, les fusées sont cool, mais elles sont aussi chères et inefficaces. Considérons ce qu'il faut pour placer un objet de 1 kilogramme en orbite terrestre basse (LEO). Cela se situe à environ 400 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre, à peu près là où se trouve la Station spatiale internationale. Pour mettre cet objet en orbite, vous devez accomplir deux choses. Tout d'abord, vous devez le soulever de 400 kilomètres. Mais si l’on augmentait seulement l’altitude de l’objet, il ne resterait pas longtemps dans l’espace. Il retomberait simplement sur Terre. Donc, deuxièmement, pour que cette chose reste en LEO, elle doit bouger très rapidement.

Juste un petit rappel sur l’énergie : il s’avère que la quantité d’énergie que nous mettons dans un système (nous appelons cela du travail) est égale au changement d’énergie dans ce système. Nous pouvons modéliser mathématiquement différents types d’énergie. L'énergie cinétique est l'énergie qu'un objet possède en raison de sa vitesse. Ainsi, si vous augmentez la vitesse d’un objet, son énergie cinétique augmentera. L'énergie potentielle gravitationnelle dépend de la distance entre l'objet et la Terre. Cela signifie que l'augmentation de l'altitude d'un objet augmente l'énergie potentielle gravitationnelle.

Supposons donc que vous souhaitiez utiliser une fusée pour augmenter l'énergie potentielle gravitationnelle de l'objet (pour l'élever à la bonne altitude) et également augmenter son énergie cinétique (pour le mettre en vitesse). Se mettre en orbite est plus une question de vitesse que de hauteur. Seulement 11 pour cent de l’énergie serait dans l’énergie potentielle gravitationnelle. Le reste serait cinétique.

L’énergie totale nécessaire pour mettre en orbite cet objet d’un kilogramme serait d’environ 33 millions de joules. À titre de comparaison, si vous ramassez un manuel par terre et le posez sur une table, cela prend environ 10 joules. Il faudrait beaucoup plus d’énergie pour se mettre en orbite.

Andy Greenberg

Ngofeen Mputubwele

Julien Chokkattu

Cathy Alter

Mais le problème est en réalité encore plus difficile que cela. Avec les fusées chimiques, elles n'ont pas seulement besoin d'énergie pour mettre cet objet d'un kilogramme en orbite : les fusées doivent également transporter leur carburant pour le voyage vers LEO. Jusqu'à ce qu'ils brûlent ce carburant, il s'agit essentiellement d'une masse supplémentaire pour la charge utile, ce qui signifie qu'ils doivent lancer avec encore plus de carburant. Pour de nombreuses fusées réelles, jusqu'à 85 % de la masse totale peut être simplement du carburant. C'est super inefficace.

Et si, au lieu d’être lancé au sommet d’une fusée chimique, votre objet pouvait simplement monter sur un câble qui s’étend jusqu’à l’espace ? C'est ce qui se passerait avec un ascenseur spatial.

Supposons que vous construisiez une tour géante de 400 kilomètres de haut. Vous pourriez prendre un ascenseur jusqu’au sommet et vous seriez alors dans l’espace. Simple, non ? Non, en fait, ce n'est pas le cas.

Premièrement, il n’était pas facile de construire une structure comme celle-ci en acier ; le poids comprimerait et effondrerait probablement les parties inférieures de la tour. De plus, cela nécessiterait d’énormes quantités de matériel.

Mais ce n’est pas le plus gros problème : il reste toujours un problème de vitesse. (N'oubliez pas que vous devez vous déplacer très rapidement pour vous mettre en orbite.) Si vous vous teniez au sommet d'une tour de 400 kilomètres dont la base se trouve quelque part sur l'équateur terrestre, vous seriez effectivement en mouvement, car la planète tourne - ce C'est comme le mouvement d'une personne à l'extérieur d'un manège en rotation. Puisque la Terre tourne environ une fois par jour (il y a une différence entre les rotations sidérale et synodique), elle a une vitesse angulaire de 7,29 x 10-5 radians par seconde.