Explorer 1 (officiellement 1958 Alpha 1 ) est le premier satellite artificiel place en orbite par les Etats-Unis . Il est lance le 1 ^er fevrier 1958 par un lanceur Juno I depuis la base de lancement de Cap Canaveral en Floride . Le lancement d'un satellite est programme initialement pour l' Annee geophysique internationale de 1957-1958. Cet objectif se transforme en un enjeu national lorsque l' Union sovietique parvient a devancer les Etats-Unis en mettant en orbite le premier satellite artificiel Spoutnik 1 le 4 octobre 1957 , des problemes de mise au point ayant retarde le premier vol du lanceur americain Vanguard designe pour ce lancement des 1955.

Les ingenieurs de Wernher von Braun travaillant a l' Agence de missile balistique de l'armee de terre (ABMA) et du Jet Propulsion Laboratory relevent le defi en mettant au point a la fois le lanceur et le satellite en moins de 90 jours. Le principal instrument scientifique concu par James Van Allen emporte par ce petit satellite de quelques kilogrammes est charge de detecter le rayonnement cosmique . Il fournit des resultats anormaux qui sont expliques quelques mois plus tard par la presence de ceintures de radiation autour de la Terre, lesquelles prennent le nom du scientifique.

Histoire [ modifier | modifier le code ]

l'Annee geophysique internationale et la decision du lancement d'un premier satellite [ modifier | modifier le code ]

Au XIX ^e  siecle, l'exploration des regions polaires de la Terre est effectuee initialement par des expeditions sous drapeau national ( Royaume-Uni , Norvege ...). Toutefois, a l'initiative des nations scandinaves, un ensemble coordonne de missions d'exploration rassemblant des chercheurs de plusieurs pays et baptise Annee polaire internationale , est organisee en 1882-1883. Cet evenement est repete en 1932-1933 et une troisieme edition en 2007-2008. Le 5 avril 1950 , plusieurs scientifiques de premier plan dont Lloyd V. Berkner , Sydney Chapman , Fred Singer , et Ernest Harry Vestine , se reunissent dans la maison du professeur James Van Allen , specialiste du rayonnement cosmique . Ces scientifiques, qui disposent de nombreuses relations dans les spheres academiques gouvernementales, estiment que, compte tenu des avancees dans le domaine des equipements permettant l'etude de la Terre tels que les fusees, les radars et les moyens de calcul, un evenement scientifique de meme type doit etre organise sans attendre. Ils proposent d'etendre le perimetre d'investigation a l'ensemble de la Terre pour en faire une annee geophysique internationale ^{[ 1 ]} . Berkner et Chapman soumettent cette proposition au Conseil international des unions scientifiques (ICSU) dont le role est de coordonner les recherches scientifiques des differents pays. Ils suggerent qu'une Annee geophysique internationale soit organisee en 1957-1958, car cette periode correspond a un maximum de l' activite solaire ^{[ 2 ] , [ 3 ]} .

A l'epoque, la guerre froide oppose l' Union sovietique et ses allies aux pays occidentaux. Mais la mort de Joseph Staline en 1953 entraine une legere detente et les pays du bloc de l'est decident de participer. Les scientifiques decident que, pour couronner cet evenement, des satellites artificiels soient places en orbite pour y collecter des donnees scientifiques ^{[ 4 ]} . Le projet rassemble 60 000 scientifiques et 66 pays. Pour marquer l'evenement, les deux superpuissances de l'epoque proposent en 1954 de placer a cette occasion un satellite artificiel autour de la Terre. Le concept de satellite artificiel est ancien mais c'est seulement au cours des deux dernieres decennies, que, sous l'impulsion de l'Allemagne nazie ( missile V2 ) puis des deux superpuissances (developpement de missiles balistiques), les avancees techniques permettent d'envisager sa mise en œuvre. L'objectif annonce est enterine le 4 octobre 1954 par le comite organisateur de l'annee geophysique internationale qui encourage tous les pays a y participer. Aux Etats-Unis, le lancement d'un satellite est approuve par le comite national de l'annee geophysique internationale reuni le 18 mai 1955. Bien avant cet evenement, la conception d'un tel satellite est etudiee par la RAND Corporation et le bureau aeronautique de l'aeronavale americaine ( US Navy ), donnant lieu a des rapports publies des 1946. Mais pour lancer ce satellite, il faut d'abord disposer d'un lanceur capable de l'accelerer suffisamment, plus de 7  km par seconde, pour qu'il reste en orbite ^{[ 5 ]} .

La selection du lanceur [ modifier | modifier le code ]

En Union sovietique , le programme spatial est a cette epoque entierement gere par l' OKB 1 sous la direction de Serguei Korolev et constitue en fait un prolongement du programme de missile balistique intercontinental lourd Semiorka en cours de developpement pour les forces militaires. Il n'en va pas de meme aux Etats-Unis en 1954. Les trois corps de l'armee americaine ( armee de l'air ( US Air Force ), armee de terre ( US Army ) et l'aeronavale ( US Navy ) ont chacun des programmes de missiles balistiques. Par ailleurs, des scientifiques, comme James Van Allen de l' universite de l'Iowa , utilisent des fusees-sondes , derivees des travaux sur les missiles, de plus en plus puissantes pour explorer la haute atmosphere.

Le projet Orbiter de Wernher von Braun [ modifier | modifier le code ]

A l'epoque, le centre de recherche Jet Propulsion Laboratory , qui a acquis une forte expertise dans la propulsion des fusees, leur guidage et leur suivi, est rattache a l' armee de terre et concoit pour celle-ci des missiles balistiques a courte portee. L'un de ses responsables, William Hayward Pickering , un ingenieur neo-zelandais devenu un specialiste des telemesures (guidage et controle des fusees) est a la tete du programme de missile sol-sol Corporal . Travaillant sur la base de White Sands , il y fait la connaissance de James Van Allen qui utilise des fusees V2 mises a sa disposition par Wernher von Braun pour lancer des experiences scientifiques dans la haute atmosphere. En 1954, l'equipe de von Braun, qui dirige les ingenieurs de l’ Agence de missile balistique de l'armee de terre (ABMA) situee Huntsville en Alabama , propose d'utiliser le missile balistique a courte portee Redstone qu'il developpe surmonte par un assemblage de propulseurs a propergol solide pour en faire un lanceur et placer un satellite artificiel en orbite. Selon ses calculs, le projet peut aboutir des septembre 1956. Wernher von Braun envoie au JPL, avec lequel il souhaite travailler, le detail de cette proposition baptisee Project Orbiter . En retour, Pickering suggere d'utiliser des fusees Recruit pour les etages superieurs et d'installer un emetteur radio en cours de developpement dans son etablissement. Van Allen de son cote tente d'obtenir l'appui des responsables americains a Washington, D.C. ^{[ 6 ]} .

Le choix du programme Vanguard [ modifier | modifier le code ]

Mais ce projet de l'armee de terre n'est pas le seul en course pour lancer un satellite artificiel . Le Naval Research Laboratory (NRL) propose d'utiliser le Vanguard , un nouveau lanceur consacre a la recherche scientifique dont le second etage est une fusee-sonde Aerobee fournie par le JPL tandis que l' armee de l'air propose son missile balistique intercontinental Atlas . Ces deux lanceurs sont toutefois a un stade de developpement tres peu avance. Le secretariat a la Defense nomme en aout 1955 un comite pour selectionner un des trois projets. Ce comite est compose de deux representants de chacune des trois armes et est dirige par Homer Stewart, un professeur de Caltech ( California Institute of Technology ) egalement responsable d'une des divisions du JPL. Bien que le projet Orbiter soit le plus abouti, c'est le projet Vanguard propose par le laboratoire de l'aeronavale americaine (NRL) qui l'emporte par cinq voix contre deux pour le projet Orbiter . Ce choix reflete la volonte du president americain, Dwight D. Eisenhower , de ne pas associer le programme spatial a une arme. Quelques jours plus tard, cette decision est confirmee et l'equipe de von Braun se voit interdire toute tentative de lancement de satellite ^{[ 6 ] , [ 7 ] , [ 8 ]} .

Developpement d'Explorer 1 et du lanceur Juno I [ modifier | modifier le code ]

Les essais du Jupiter-C [ modifier | modifier le code ]

A l'automne 1955, l'armee de terre demande au JPL de l'assister dans la mise au point des tetes militaires des missiles balistiques intercontinentaux. Celles-ci sont soumises lors de leur rentree atmospherique a tres grande vitesse a des temperatures de plusieurs milliers de degres. Wernher von Braun est charge de tester le recours a un revetement en fibre de verre qui se sublimerait durant cette phase de vol tout en protegeant la tete militaire. Pour effectuer ces tests, le montage propose pour le projet Orbiter est utilise. Le JPL fournit les etages superieurs (fusees Recruit) ainsi qu'un reseau de stations de poursuite baptise Microlock qu'il deploie a cette occasion et qui est charge de recueillir les donnees transmises par radio par le missile. Le missile ainsi obtenu est baptise Jupiter-C (pour Jupiter Composite Reentry Test Vehicle ). Le premier test est effectue en septembre 1956. Pour eviter que la fusee ne place en orbite le dernier etage, celui-ci est rempli avec du sable au lieu de propergol solide . Des son premier essai, la charge utile s'eleve jusqu'a 5 391 km etablissant un nouveau record d'altitude. Deux mois plus tard, le secretariat a la Defense, qui veut empecher qu'un nouveau test n'aboutisse a une mise en orbite qui precederait le programme Vanguard , envoie un memo a l'armee de terre, l'employeur de von Braun, interdisant tout essai de missile dont la portee excede 320 kilometres ^{[ 9 ]} .

Preparatifs clandestins [ modifier | modifier le code ]

Malgre les consignes du secretariat a la Defense, le general John Medaris , directeur de l' Agence de missile balistique de l'armee de terre (ABMA) et von Braun soumettent en avril 1957 un plan de lancement d'une demi-douzaine de satellites artificiels a l'aide du lanceur Jupiter-C dont le premier peut etre mis en orbite cinq mois plus tard. Cette proposition est rejetee par le secretariat a la Defense. L'ABMA et le JPL continuent leurs essais sur le bouclier thermique des tetes nucleaires durant l'ete 1957 lorsque les responsables sovietiques annoncent que leur pays s'apprete a lancer un satellite artificiel d'ici quelques mois. A l'epoque, trois Jupiter-C sont lancees et il reste une dizaine de lanceurs de ce type en reserve. Medaris, apprenant que le programme Vanguard est en difficulte, donne l'ordre de preparer trois de ces lanceurs au cas ou le lanceur Jupiter-C serait amene a remplacer au pied leve le lanceur Vanguard . De son cote, Pickering prepare la reconversion du JPL. Peu apres sa nomination en 1954, il a convenu avec le responsable du Caltech, gestionnaire du laboratoire JPL, que le missile Sergeant soit le dernier missile developpe par son laboratoire. Pour Pickering, la realisation d'engins spatiaux, en particulier le developpement de l'electronique sophistiquee d'un satellite artificiel, constitue un objectif beaucoup plus prometteur. Durant l'ete 1957, il propose de developper un premier satellite dont la charge utile est une experience de detection du rayonnement cosmique fournie par un professeur de Caltech et un autre instrument fourni par un astronome de l' observatoire Palomar . Mais sa proposition reste sans suite ^{[ 10 ]} .

Le lancement de Spoutnik 1 [ modifier | modifier le code ]

Au milieu de septembre 1957, les premieres rumeurs d'un lancement imminent d'un satellite par les Sovietiques se mettent a circuler. Finalement, le 4 octobre 1957, les Sovietiques annoncent le lancement reussi de Spoutnik 1 . Pour le public americain, peu au courant des travaux en cours cote americain, c'est un choc. Dans le climat de guerre froide opposant les Etats-Unis et l'Union sovietique, ce succes des ingenieurs sovietiques, semble demontrer une superiorite inattendue et est ressenti comme un camouflet par la population americaine et ses dirigeants persuades de la domination absolue de leur pays. La crise du Spoutnik suscite egalement un climat de peur car il met en evidence que l'Union sovietique a desormais les moyens de frapper le territoire americain avec un projectile nucleaire sans qu'il existe de parade ^{[ 11 ]} . Dans ce nouveau contexte, von Braun et Medaris plaident de nouveau la cause de leur lanceur Jupiter-C aupres du secretaire a la Defense Neil H. McElroy , dans un premier temps sans resultat. Mais apres le lancement de Spoutnik 2 qui a lieu le 3 novembre, les equipes du JPL et de von Braun sont autorisees a preparer le lancement d'un satellite. Toutefois, le lancement n'est autorise que si le programme Vanguard ne parvient pas a tenir ses echeances ^{[ 12 ]} .

La crise du Spoutnik declenche une course a l'espace entre les deux superpuissances dont l'objectif est de demontrer leur superiorite. Les responsables americains decident d'optimiser l'organisation du programme spatial civil americain. Celui-ci recoit une priorite basse par rapport aux projets militaires de missiles balistiques pour ne pas detourner de celui-ci les rares specialistes du domaine et ne pas monopoliser les installations de developpement et de test. A la suite de la premiere sovietique, une commission dirigee par James R. Killian , directeur du Massachusetts Institute of Technology (MIT) est creee debut novembre par la Maison-Blanche pour determiner les differents scenarios d'organisation du programme spatial civil dans le but de combler le retard apparent par rapport aux realisations sovietiques ^{[ 13 ]} . Ces reflexions aboutissent a la creation de l'agence spatiale de la NASA par conversion du centre de recherche aerospatial de la NACA et regroupement en son sein des differents projets et etablissements ( Jet Propulsion Laboratory , ABMA , equipe du programme Vanguard ) geres jusque la par les militaires.

Feu vert pour le projet Orbiter [ modifier | modifier le code ]

Le JPL et l'armee de terre s'engagent a lancer un satellite dans un delai de 90 jours. La distribution des roles entre le JPL et l' equipe de von Braun est rapidement figee. Ce dernier souhaite developper le satellite mais celui-ci est confie au JPL. L'equipe de von Braun prepare le lanceur sous le nom de code missile 29 pour preserver le secret sur ces preparatifs tandis que le JPL cree de nouvelles stations pour permettre le suivi du satellite et met la derniere main au dernier etage du lanceur (une fusee Recruit) qui doit egalement heberger la charge utile. Un collaborateur de James Van Allen s'installe a Pasadena pour assembler l'experience sur les rayons cosmiques . Le satellite, dont la masse est de 8,4  kg , emporte outre l'experience sur les rayons cosmiques, une deuxieme experience destinee a detecter les micrometeorites . Stabilise par rotation (12 tours par seconde), sa temperature est controlee grace a l'application de bandes de peinture alternees blanches (non reflechissantes) et noires (reflechissantes). Il dispose de deux emetteurs radio et l'energie est fournie par des batteries qui garantissent une duree de vie de quelques mois. N'ayant pas le temps d'installer un enregistreur a bande magnetique, un systeme ingenieux est mis au point pour compter le nombre de rayons cosmiques entre deux contacts avec les stations terriennes ^{[ 14 ]} . Le 6 decembre a lieu le premier lancement du lanceur Vanguard TV3 mais celui-ci est detruit immediatement, 2 secondes apres son decollage ^{[ 15 ]} .

Lancement du satellite Explorer 1 [ modifier | modifier le code ]

Le 20 decembre 1957, le premier etage du lanceur Jupiter-C arrive a la base de lancement de Cap Canaveral en Floride . Au cours du mois suivant, le satellite puis les etages superieurs sont assembles sur le pas de tir 26A et une premiere repetition du lancement est effectuee le 27 janvier 1958. Apres avoir differe durant plusieurs jours le decollage a cause de conditions meteorologiques defavorables, le lanceur Juno I decolle le 1 ^er fevrier 1958 , a 03 h 48 TU et place sur orbite le satellite Explorer 1, qui devient ainsi le premier satellite artificiel americain. Son orbite a un perigee de 358 kilometres, un apogee de 2 550 kilometres, avec une periode de 114,8 minutes ^{[ 16 ] , [ 17 ] , [ 18 ]} . La masse totale du satellite est de 13,97 kilogrammes, dont 8,3  kg d'instrumentation, batteries comprises.

Peu avant le lancement, les trois principaux responsables du projet - von Braun, Pickering et Van Allen - sont envoyes a Washington pour realiser une conference de presse sur les resultats de cette tentative. Compte tenu du nombre d'echecs qui ont precede ce vol et de la pression des medias et du personnel politique, le climat est tendu. von Braun emporte des lunettes noires pour se faufiler a l'exterieur afin de semer les journalistes en cas d'echec. Toutefois, il est prevu que la conference de presse ne soit convoquee que si le lancement est un succes. C'est une station de reception radio situee sur la cote ouest qui est chargee de detecter le signal radio que doit emettre le satellite en cas de succes en survolant cette region du globe. D'apres les calculs, le signal doit etre detecte 106 minutes apres le decollage du lanceur. Les responsables du projet et quelques officiels sont installes dans la salle de guerre du Pentagone attendant le retour de la station en Californie avec laquelle ils sont en liaison telephonique. Mais au bout des 106 minutes fatidiques aucun signal n'est recu. Les minutes passent et la tension monte quand finalement, a la 114 ^e minute, la station annonce qu'elle a recu un signal fort signifiant le succes du lancement. L'explication est que le lanceur est plus efficace que prevu et place le satellite sur une orbite plus haute (le satellite met plus de temps a boucler son orbite).

Les journalistes sont convoques pour une conference de presse qui doit avoir lieu une heure plus tard (a 2 heures du matin) au siege de l' Academie nationale des sciences . C'est le milieu d'une nuit d'hiver et von Braun se demande si la conference de presse ne va pas se derouler devant une salle vide. Mais a leur arrivee, l'amphitheatre est bonde et von Braun doit se faufiler par une entree laterale pour penetrer dans le batiment. La conference tourne a l'hysterie collective. Le clou de l'evenement lorsque les trois heros du jour, de maniere spontanee, soulevent ensemble une maquette du satellite Explorer 1 avec son dernier etage pour la presenter a la foule des photographes. Comme pour le Spoutnik 1 sovietique, le satellite est lance sans lui donner de nom. Apres le lancement plusieurs sont proposes - Missile 29, Deal, Highball, Topkick - mais le president Eisenhower choisit Explorer (en francais : explorateur) destine a marquer le caractere pacifique de l'evenement.

Deroulement de la mission [ modifier | modifier le code ]

Explorer 1 transmet des donnees durant 111 jours jusqu'a l'epuisement de ses batteries qui interrompt les echanges le 23 mai 1958 . Le satellite reste en orbite plus de 12 ans. Les forces de trainee generees par l'atmosphere residuelle diminuent progressivement l'altitude de son perigee et le 31 mars 1970 il penetre dans les couches d'atmospheres denses et se consume au-dessus de l' ocean Pacifique .

Une replique de taille reelle du satellite Explorer 1 est exposee dans la galerie Milestones of Flight , au Smithsonian Institution du National Air and Space Museum .

Caracteristiques techniques [ modifier | modifier le code ]

Explorer 1 est concu et fabrique par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) du California Institute of Technology (Caltech) sous la direction de William Hayward Pickering . C'est le second satellite, apres Spoutnik 2 , a embarquer une charge utile. La conception de son instrumentation scientifique embarquee est confiee a James Van Allen de l' universite de l'Iowa . Elle est constituee de ^{[ 19 ]}  :

• un compteur Geiger-Muller Anton 314 omnidirectionnel, concu par le Docteur George Ludwig de l' Iowa's Cosmic Ray Laboratory , pour detecter les rayons cosmiques (d'une energie E > 30 M eV pour les protons et E > 3   MeV pour les electrons ). La plupart du temps, l'instrument est sature ^{[ 20 ]} .
• cinq capteurs de temperature (un interne, trois externes et un dans la coiffe ).
• un microphone ( Acoustic Micrometeorite Detector ), un transducteur et un amplificateur electronique pour detecter les impacts de micrometeorites en captant les vibrations du corps du satellite ^{[ 21 ] , [ 22 ]} .
• un detecteur a grille ( Micrometeorite Erosion Gauge Wire Grid Detector ), egalement destine a detecter les impacts de meteorites. En cas d'impact d'une micrometeorite d'environ 10 μm, une connexion electrique est detruite, et l'evenement est enregistre ^{[ 21 ] , [ 22 ]} .

En raison de l'espace limite et des exigences de poids reduit, l'instrumentation du satellite Explorer 1 est concue pour etre simple et fiable. L'energie est fournie par des batteries au mercure qui representent approximativement 40 % de la masse de la charge utile. Les donnees fournies par ces instruments sont transmises lors du survol de l'une des dix-sept stations au sol par deux antennes operant a des frequences de 108,00 et 108,03  MHz ^{[ 19 ] , [ 23 ]} .

Les instruments scientifiques [ modifier | modifier le code ]

Detecteur de rayon cosmique [ modifier | modifier le code ]

Pour mesurer le flux des rayonnements cosmiques, un compteur Geiger-Muller Anton 314 omnidirectionnel, a ete concu par le Docteur George Ludwig de l' Iowa's Cosmic Ray Laboratory . Il est performant sur une plage d'energie E > 30 M eV pour les protons et E > 3   MeV pour les electrons . La plupart du temps, l'instrument est sature. L'experience s'est deroulee normalement jusqu'au 16 mars 1958, date a laquelle les batteries de l'appareil se sont epuisees. L'experience a abouti a la decouverte de la ceinture de Van Allen ^{[ 20 ]} .

Resultats [ modifier | modifier le code ]

Les premiers indices de la ceinture de Van Allen [ modifier | modifier le code ]

Les compteurs Geiger embarques a bord du satellite Explorer I detectent un rayonnement considere comme conforme aux pronostics effectues avant le vol par les scientifiques (environ 30 particules par seconde) sur une partie de son orbite mais sur d'autres parties de l'orbite aucun rayonnement n'est detecte. Aucune explication satisfaisante n'est trouvee d'autant plus que sur ce premier satellite, il n'existe aucun systeme d'enregistrement et les donnees scientifiques sont transmises en temps reel aux stations terriennes. Lorsque aucune station n'est en vue (ce qui est frequent a faible altitude), les donnees sont perdues. L'equipe scientifique de l' universite de l'Iowa placee sous la direction de James van Allen , ne sait comment interpreter ces donnees. Le mystere est leve avec la decouverte de la ceinture de Van Allen en forme de beignet, dans le cadre de la mission Explorer 3 . Ce satellite dispose des memes instruments mais emporte en plus un enregistreur a bande magnetique qui permet de disposer de l'ensemble des donnees sur toute l'orbite.

Micrometeorites [ modifier | modifier le code ]

Sur une periode de onze jours, le microphone detecte et transmet aux stations au sol 145 impacts de poussieres cosmiques ^{[ 24 ]} , correspondant a un taux de 8 × 10 ^-3 impacts m ^-2 s ^-1 .

Notes et references [ modifier | modifier le code ]

Bibliographie [ modifier | modifier le code ]

• (en) Brian Harvey, Discovering the cosmos with small spacecraft : the American Explorer program , Cham/Chichester, Springer Praxis, 2018 ( ISBN   978-3-319-68138-2 )
  Histoire du programme Explorer .
• (en) Franklin O'Donnell, Explorer 1 , California Institute of Technology, 2007 ( lire en ligne ) ? Histoire du developpement du premier satellite artificiel americain Explorer 1

Voir aussi [ modifier | modifier le code ]

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

• Agence de missile balistique de l'armee de terre (ABMA)
• Jet Propulsion Laboratory (JPL)
• Juno I
• Spoutnik 1
• Histoire du vol spatial
• Code Zero , roman policier de Ken Follett qui tente d'expliquer le report du lancement du satellite.

Liens externes [ modifier | modifier le code ]

• (en) Document de la NASA presentant les trois premiers satellites Explorer (1, 3 et 4)
• (en) Explorer 1 Mission Profile by NASA's Solar System Exploration
• (en) NASA's 50th Anniversary of the Space Age including Explorer 1 - Interactive Media
• (en) First Transistors in Space - Personal Reflections by the Designer of the Cosmic Ray Instrumentation Package for the Explorer I Satellite
• (en) Data Sheet , Department of Astronautics, National Air and Space Museum , Smithsonian Institution

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