Fusée Space X
Analyse cinématique de la vitesse d'une fusée
Niveau :
Lycée
Auteur :
FizziQ
Objectif pédagogique :
Cette activité permet aux élèves d'analyser le programme de descente contrôlée d'une fusée réutilisable. Elle développe la capacité à interpréter des données cinématiques et à comprendre les stratégies d'ingénierie aérospatiale.
Concepts abordés :
Mouvement à vitesse contrôlée; Propulsion spatiale; Analyse cinématique; Freinage par rétropropulsion; Position et vitesse
Description de l'activité :
L'élève utilise le module Cinématique de FizziQ pour analyser le mouvement de descente d'une fusée Falcon 9 à partir d'une vidéo. Après avoir calibré l'échelle en utilisant la taille réelle de la fusée l'élève effectue un pointage précis des positions puis analyse les graphiques de vitesse et de position pour déterminer la stratégie de freinage programmée par SpaceX et évaluer son efficacité.
Matériel requis :
Smartphone ou tablette avec l'application 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); Cahier d'expérience FizziQ
Eclairage scientifique
L'atterrissage vertical contrôlé d'un premier étage de fusée Falcon 9 représente une prouesse technologique majeure de SpaceX. Ce processus implique un contrôle précis de la trajectoire et de la vitesse pour 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, avec utilisation de grilles aérodiques pour stabiliser la fusée; 2) Une phase de freinage principal avec allumage de 3 des 9 moteurs Merlin; 3) Une phase finale à vitesse constante ou légèrement décroissante. C'est cette dernière phase qui est particulièrement visible dans la vidéo. La vitesse de descente finale est typiquement maintenue autour de 5-8 m/s jusqu'aux dernières secondes, où un ralentissement supplémentaire réduit la vitesse 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 trajectoire, réduit les risques d'extinction des moteurs à faible poussée, et minimise la consommation de carburant. Sur le graphique de vitesse, cela se traduit par un plateau plutôt qu'une diminution continue, et sur le graphique de position, par une droite de pente constante plutôt qu'une courbe parabolique. L'outil cinématique de FizziQ permet de quantifier précisément ces phases et 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.