Fusée-sonde

La fusée-sonde est lancée verticalement depuis une rampe de lancement mobile ou fixe adaptée au modèle. Elle gagne rapidement de l'altitude sous la poussée de son moteur-fusée. Elle est stabilisée par mise en rotation. La fusée-sonde peut comporter plusieurs étages qui sont largués au fur et à mesure. La phase propulsive est relativement brève (quelques dizaines de secondes). Une fois celle-ci achevée l'extrémité supérieure de la fusée contenant la charge utile se détache du lanceur. Les instruments sont déployés puis mis en marche. La phase de vol utile qui se déroule dans la haute atmosphère et dans l'espace dure au maximum une quinzaine de minutes. La charge utile après avoir culminé grâce à la vitesse acquise à une altitude comprise entre quelques dizaines et quelques milliers de kilomètres (la hauteur maximale dépend de la puissance du système de propulsion et de la masse de la charge utile) retombe vers le sol en suivant une trajectoire en forme de cloche. La charge utile est généralement récupérée avec un parachute qui se déploie lorsqu'elle n'est plus qu'à quelques kilomètres de la surface. Contrairement à un lanceur de satellite, une fusée-sonde ne donne pas une vitesse suffisante à sa charge utile pour permettre sa satellisation.

Des nuages artificiels créés par une fusée-sonde de la NASA pour l'étude des vents dans les aurores polaires.

La fusée-sonde est utilisée pour réaliser des expériences scientifiques ou mettre au point des instruments :

• Étude in situ de la haute atmosphère et du proche espace.
• Recherche en micropesanteur.
• Mise au point d'instruments spatiaux.
• Étude sur les vitesses hypersoniques.
• Astronomie dans les bandes d'ondes absorbées par l'atmosphère.
• Étude des vents et des aurores polaires, comme dans l'image ci-contre, où les essais sont faits par dispersion d'une faible quantité de triméthylaluminium (moins que pour un feu d'artifice), puis en 2019 avec un mélange baryum/strontium devenant ionisant lorsqu'il est exposé au soleil est utilisé[1].

La fusée-sonde est en concurrence avec le satellite artificiel, les ballons stratosphériques et les observations effectués depuis le sol. Ses principaux avantages sont les suivants[2] :

• de manière générale coût réduit et délai de mise en œuvre rapide.
• mesure in situ des caractéristiques de la mésosphère terrestre et de la basse thermosphère inaccessible par d'autre moyens.
• mise en œuvre rapide et à faible coût pour des observations optiques de sources astronomiques, du Soleil et des planètes dans des longueurs d'onde bloquées par l'atmosphère terrestre ; ultraviolet, rayons X, rayons gamma, infrarouge.
• capacité à lancer des charges utiles lourdes (plus de 500 kg) à l'aide d'un lanceur à faible coût.
• mesures pouvant être effectuées dans des régions reculées (par exemple les pôles terrestres) grâce à la mobilité des installations de lancement permettant de cibler des phénomènes comme les aurores polaires, les cyclones ou autres.
• mesures du milieu ambiant effectuées à des vitesses relativement basses (par rapport à un satellite artificiel).
• capacité à mesurer un profil atmosphérique vertical.
• possibilité de récupérer la charge utile et de réutiliser les instruments de la charge utile.

La première photo prise en haute atmosphère d'un système météorologique le 5 octobre 1954 par une fusée-sonde, l'ancêtre de la photographie satellitaire.

La première est l’exploration (ou sondage) de la haute atmosphère, que n’atteignent ni les ballons (qui plafonnent vers 40 km), ni les satellites (qui orbitent au-delà de 200 km).

Les premières connaissances sur l'environnement terrestre (ionosphère, magnétosphère, etc.) sont acquises de cette façon par les États-Unis et l'Union soviétique vers le milieu du XX^e siècle, en utilisant entre autres des versions modifiées du missile balistique V2 allemand.

Depuis cette époque, des milliers de fusées-sondes sont lancées de par le monde à des fins scientifiques (géophysique, aéronomie, météorologie, astronomie, physique solaire et même biologie au moyen de cobayes : chats, singes, rats, etc.).

Le second type d’applications concerne les recherches en micropesanteur (qui est souvent confondue avec la microgravité). Dans ce cas, on met à profit la très faible pesanteur résiduelle observée dans la partie supérieure de la trajectoire, lorsque la propulsion cesse et que le frottement aérodynamique est encore réduit.

Selon les vols, on peut obtenir une micropesanteur pouvant descendre jusqu'à ${\displaystyle 10^{-4}}$ g, et pendant une durée allant jusqu'à plusieurs minutes (13 minutes au maximum dans le cas de la fusée Maxus par exemple). C’est une application plus récente que la précédente, qui permet aux scientifiques de préparer des expériences appelées à voler sur un véhicule spatial du type navette spatiale ou satellite. Les applications concernent surtout la science des matériaux (expériences de fusion et de solidification) et intéressent notamment les États-Unis, le Japon et l'Europe.

• Droit français : arrêté du 20 février 1995 relatif à la terminologie des sciences et techniques spatiales.