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OGD, fonctions

Publié le 15 mars 2015 Modifié le : 25 oct. 2017

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Le  dimanche 15 mars 2015

[UE2014] - Lancement d'une Ariane 5

Contrôler le bon déroulement d'un décollage à partir des paramètres de vol

  • Photo CNES

     

     

    Cette situation a été développée durant l'université d'été du CNES qui s'est déroulée à Toulouse du 11 au 15 juillet 2014.

     

     

     

    Présentation de l’activité


     

    Cette vidéo (3 min 51 s) présente les premières minutes du décollage d'un lanceur Ariance 5.

     

     

     

    Extrait du vol VA214 (25/07/2013)

    Vidéo complète (110 min) : ici

    Sources : Arianespace / CNES

     

     

     

    Voici un document détaillant les différents éléments d'un lanceur Ariane 5 et les étapes normales d'un décollage.

     

     

    Ariane01

     

     

     

     

    Voici à présent des enregistrements réalisés lors du vol VA214.

     

     

    Ariane02

     

     

     

    Le but du problème est de contrôler que ce lancement a bien été conforme à la chronologie nominale.

     

     

     

    Public


     

    Cette situation s'adresse à des élèves de collège.

     

     

     

    Objectifs


     

    • Réinvestir des compétences du socle dans une situation complexe.

     

    - Rechercher, extraire et organiser l’information utile

    - Réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des consignes

    - Raisonner, argumenter, pratiquer une démarche expérimentale ou technologique

     

    • Intéresser les élèves au spatial.

     

     

     

    Pré-requis


     

    Mathématiques

     

    - Lire des informations sur une représentation graphique.

    - Effectuer pour des durées des changements d'unités.

    - Opérer avec des nombres écrits de manière décimale.

     

     

    T.I.C.E.

     

    - Utilisation de Géogébra

     

     

     

    Déroulement de l’activité


     

     

     Présentation

     

    Dans un premier temps, on présentera le lanceur Ariane 5 (son rôle, ses caractéristiques, la chronologie de lancement) et on diffusera la vidéo d'un décollage. La vidéo pourra aussi être regardée par les élèves à la maison et les compléments d'informations donnés ensuite en classe.

     

    Dans un second temps, on montrera les deux graphiques représentant les variations de l'altitude et de la masse, qui ont été réalisés lors du décollage d'un lanceur.

     

    On pose le problème : "A partir de ces relevés, on souhaite contrôler que ce lancement a bien été conforme à la chronologie attendue."

     

     

     

    Phase de recherche

     

    On laissera dans un premier temps les élèves organiser leur travail.

     

    Pour un événement donné de la chronologie, on amènera, si besoin, les élèves, à s'interroger sur la grandeur (masse ou altitude) sur laquelle il aura eu une incidence. On pourra ensuite lui demander s'il est possible de contrôler que cette variation est bien celle attendue.

     

    Si un élève souligne le manque de précision des représentations graphiques papiers, on mettra à sa disposition les versions numériques des deux courbes (masse - altitude).

     

    Sur Géogébra, les lectures sur un graphique peuvent être facilitées en affichant les coordonnées d'un point qu'on a construit et qu'on déplace sur la courbe (clic droit sur le point / propriétés / afficher l'étiquette : valeur).

     

     

     

     

     

     

     

    En cas de besoin, on pourra organiser le travail en trois partie : les altitudes, les largages, les carburants.

     

     

    Les altitudes

     

    Est-il possible de vérifier les informations de la chronologie relatives aux altitudes ?

     

    Ainsi, on contrôlera :

     

    • t = 7s : le décollage

     

    t = 139s : l'altitude est de l'ordre de 65 km.

     

    t = 198s : l'altitude est de l'ordre de 105 km.

     

    t = 540s : l'altitude est de l'ordre de 170 km.

     

    t = 1670 s : l'altitude est de l'ordre de 1150 km.

     

     

    Les largages

     

    Pour quelles raisons la masse du lanceur ne cesse t-elle de diminuer au cours de la mission ?

     

    Quels effets ces largages ont-ils sur les paramètres de vol ?

     

    Ainsi, on amènera les élèves à contrôler les différents largages, en mettant en ralation les brusques variations de masse (qu'il faudra calculer) aux masses effectives des étages largués.

     

    • t = 139 s, largage des 2EAP : 231,45 t - 159,45 t = 72 t = masse des 2 EAP

     

    • t = 198 s, largage de la coiffe : 140,33 t - 137,93 t = 24 t = masse de la coiffe

     

    t = 540 s, largage de l'EPC : 27,1 t - 13,1 t = 14 t = masse de l'EPC

     

    t = 1670 s, largage de la charge utile : 7,9 t - 1,3 t = 6,6 t = masse de la charge utile

     

     

    Les carburants

     

    Sur quelle grandeur, la mise en route d'un moteur va t-elle avoir une influence ?

     

    Pour quelles raisons certains éléments du lanceur sont-ils largués en cours de mission ?

     

    Comment peut-on vérifier qu'au moment de son largage, la totalité du carburant d'un étage a bien été consommée ?

     

     

      

     Prolongement


     

    Un travail autour de la grandeur "vitesse" peut aussi être envisagé.

     

     

    Ariane03

     

     

    - Contrôler les affirmations des commentateurs de la vidéo :

     

    "Le lanceur atteint la vitesse du son, mach 1, en seulement 40 s."

    "Ariane va continuer d'accélérer jusqu'à l'arrêt du moteur de l'ESC."

     

    - Au lycée, on pourra relier les sens de variation de la fonction aux événements de la chronologie et interpréter les points d'inflexion.

     

    Version numérique du graphique : ici

     

     

     

    Documents utiles


     

    • Vidéo d'un décollage d'un lanceur Ariane 5

     

    Caractéristiques d'un lanceur Ariane 5

     

    • Chronologie nominale de lancement d'une Ariane 5 (tableau - schéma)

     

    • Variations de l'altitude du lanceur en fonction du temps (image - fichier géogébra)

     

    • Variations de la masse du lanceur en fonction du temps (image - fichier géogébra)

     

    • Logiciel Solstice qui permet de simuler les mouvements orbitaux de satellites de la Terre ainsi que le lancement d’une fusée Ariane 5.