top of page

Análisis cinemático de la vitesse de descente d’une fusée Falcon 9 lors d’un atterrissage contrôlé

Cohete SpaceX

Cohete SpaceX

Análisis cinemático de la vitesse de descente d’une fusée Falcon 9 lors d’un atterrissage contrôlé

L’atterrissage vertical d’une fusée est longtemps resté un défi majeur pour les ingénieurs spatiaux. Pendant des décennies, les fusées étaient utilisées une seule fois puis abandonnées après leur mission. L’entreprise SpaceX a révolutionné ce domaine en développant des fusées capables de revenir sur Terre et d’atterrir verticalement sur une barge flottante. Cette manœuvre nécessite un contrôle extrêmement précis de la vitesse et de la position de la fusée. Lors de la descente finale, la fusée doit ralentir suffisamment pour éviter un impact destructeur tout en consommant le moins de carburant possible. Dans esta actividad, les élèves analysent une vidéo réelle d’atterrissage d’une fusée Falcon 9. Ils mesurent les positions successives de la fusée et étudient l’évolution de sa vitesse afin de comprendre la stratégie de descente utilisée par les ingénieurs.

Visão geral da atividade:

L’élève analyse une vidéo de l’atterrissage d’une fusée Falcon 9 en utilisant le module d’análisis cinemático. Il pointe les positions successives de la fusée pour calculer sa vitesse au cours du temps. Les graphiques obtenus permettent d’identifier une phase de descente à vitesse quasi constante. L’activité permet de comprendre les principes physiques et techniques d’un atterrissage contrôlé.

FizziQ

Autor:

Duração (minutos):

30-50 minutos

O que os alunos farão:

'- Analyser le mouvement d’un objet réel à partir d’une vidéo
- Mesurer une vitesse à partir de positions successives
- Interpréter un graphique de vitesse en función del tiempo
- Comprendre la notion de vitesse contrôlée dans un système technique
- Relier des observations expérimentales à une stratégie d’ingénierie

Conceitos científicos:

'- Mouvement rectiligne vertical
- Vitesse constante
- Mouvement uniformément contrôlé
- Accélération
- Freinage par rétropropulsion
- Análisis cinemático
- Position en función del tiempo
- Optimisation énergétique

Sensores:

'- Caméra (vidéo exploitée dans le module d’análisis cinemático)

Materiais necessários:

Smartphone o tableta con la aplicación FizziQ; Vidéo de l'atterrissage d'une fusée Falcon 9 disponible via le lien de la carte FizziQ; Information sur la taille d'une fusée Falcon 9 (70 mètres); Cuaderno de experiencias FizziQ

Procedimento experimental:

1. Quel es le programme de descente d’une fusée Falcon 9 ?

2. Dans l’onglet Outils, selecciona la Cinématique puis charge el vídeo Space X en copiant le lien que tu trouves à partir de la carte FizziQ, puis en le collant en la carte Internet

3. Observa el vídeo en bougeant le curseur, quelle es cette séquence ?

4. Pour déterminer l’échelle, trouve sobre internet la taille d’une fusée Falcon 9

5. En utilisant la fusée comme règle, coloca l’origine y l’extrémité de la règle puis entre sa taille

6. Dans l’onglet Pointage, change l’intervalle à 300 ms puis positionne les différents points du mouvement de la fusée

7. Ajoute la photo du pointage à tu cuaderno d’expériences

8. Dans Résultats, calcula la position y la velocidad y ajoute les à tu cuaderno d’expérience

9. Dans le cahier, traza el gráfico des vitesses. Quel es selon toi l’objectif de vitesse qu’a programmé le constructeur ?

10. Si la velocidad es linéaire, quelle es la courbe suivie par la position ?

11. Verifica ton intuition en étudiant el gráfico de la position de la fusée//Ce programme de descente te paraît-il efficace ? ¿Por qué ?

12. Ajoute ces données à tu cuaderno d’expérience con tes hypothèses y conclusions puis partage le !

Resultados esperados:

La trajectoire de la fusée apparaît rectiligne et verticale lors de la phase finale de descente.
Le graphique de vitesse montre une zone où la vitesse reste approximativement constante.
La position varie de manière régulière au cours du temps durant cette phase.
Le graphique de position présente une droite lorsque la vitesse est constante.
De petites irrégularités peuvent apparaître en raison des limites de précision du pointage ou de la qualité de la vidéo.

Questões científicas:

'- Pourquoi est-il important de contrôler précisément la vitesse d’une fusée lors de son atterrissage ?
- Que se passerait-il si la fusée descendait trop rapidement ?
- Pourquoi une vitesse constante peut-elle faciliter le contrôle de la trajectoire ?
- Comment les moteurs permettent-ils de compenser le poids de la fusée ?
- Quels facteurs peuvent perturber la précision des mesures dans la vidéo ?

Explicações científicas:

L'atterrissage vertical contrôlé de un premier étage de fusée Falcon 9 représente une prouesse technologique majeure de SpaceX. Ce processus implique un contrôle précis de la trayectoria y de la velocidad para minimiser la consommation de carburant tout en assurant un atterrissage en douceur. L'analyse cinématique révèle généralement un profil de descente en plusieurs phases: 1) Une phase de rentrée atmosphérique à haute vitesse, con utilisation de grilles aérodiques para stabiliser la fusée; 2) Une phase de freinage principal con allumage de 3 des 9 moteurs Merlin; 3) Une phase finale à vitesse constante o légèrement décroissante. C'est cette dernière phase qui es particulièrement visible en el vídeo. La velocidad de descente finale es typiquement maintenue autour de 5-8 m/s jusqu'aux dernières secondes, où un ralentissement supplémentaire réduit la velocidad d'impact à environ 2 m/s. Cette stratégie de vitesse contrôlée plutôt qu'une décélération continue présente plusieurs avantages: elle permet une meilleure prédictibilité de la trayectoria, réduit les risques d'extinction des moteurs à faible poussée, y minimise la consommation de carburant. Sur el gráfico de vitesse, cela se traduit par un plateau plutôt qu'une diminution continue, y sobre el gráfico de position, par une droite de pente constante plutôt qu'une courbe parabolique. L'outil cinématique de FizziQ permet de quantifier précisément ces phases y d'apprécier l'ingéniosité du programme d'atterrissage. Cette technique a révolutionné le domaine spatial en rendant possible la réutilisation des lanceurs, réduisant ainsi considérablement le coût des mises en orbite.

Atividades de extensão:

'- Étudier une autre vidéo d’atterrissage spatial pour comparer les profils de vitesse.
- Comparer une descente contrôlée avec une caída libre simulée.
- Étudier la phase de remontée d’une fusée après le décollage.
- Analyser une vidéo montrant un autre système technique utilisant un freinage progressif.
- Modifier l’intervalle de temps entre les pointages pour observer son influence sur la précision.

Perguntas frequentes:

Q: ¿Qué es le mouvement à vitesse contrôlée ?
R: L'atterrissage vertical contrôlé d'un premier étage de fusée Falcon 9 représente une prouesse technologique majeure de SpaceX.

Q: ¿Cómo l'acelerómetro du smartphone est-il utilisé dans esta actividad ?
R: L'acelerómetro MEMS du smartphone mesure l'accélération selon trois axes (x, y, z). FizziQ affiche ces données en tiempo real sous forme de graphiques, permettant d'enregistrer et d'analyser précisément les mouvements étudiés.

Q: ¿Cómo intégrer esta actividad dans un cours de physique au lycée ?
R: Esta actividad s'inscrit dans le programme de cinématique du lycée. Elle peut être réalisée en TP (1h), en classe inversée ou à la maison. FizziQ permet un travail en autonomie avec un simple smartphone.

➡️ Baixe esses experimentos científicos diretamente no aplicativo FizziQ (Atividades > ➕ > Catálogo)

bottom of page