Les précurseurs

L’histoire de la conquête spatiale et du missile a retenu les noms de quatre pionniers : le Russe Constantin Tsiolkovski, le Français Robert Esnault-Pelterie, l'Américain Robert Goddard et l'Austro-hongrois Hermann Oberth.

En Russie, Tsiolkovsky est le premier au début du XX^e siècle à poser les principes physiques à la base du fonctionnement des fusées et du vol orbital qui démontrent notamment la nécessité de construire des fusées à étages séparés pour atteindre la vitesse orbitale^[7],[8].

Robert Esnault-Pelterie, inventeur talentueux, pionnier de l’aviation, propose de caractériser la navigation à venir dans le ciel et les astres par le mot « astronautique », universellement adopté depuis. il s’intéresse dès 1907 à la théorie de la propulsion par réaction et aux possibilités offertes par la fusée pour les voyages interplanétaires, dont il devient un ardent promoteur. Mais il échoue à intéresser l'État-major français à la construction de fusées^[9],[10].

Aux États-Unis, Goddard est le premier à construire des fusées expérimentales à carburant liquide : sa première fusée, lancée le 16 mars 1926 s'élève à 12,5 mètres de hauteur et parcourt 56 mètres depuis son lieu de lancement^[11].

En Allemagne, Hermann Oberth soutient, en 1923, la première thèse de doctorat en astronautique qu'il publie sous le titre La fusée dans l'espace. Il préside à partir de 1928 une société savante, La société pour la navigation spatiale (en allemand Verein für Raumschiffahrt). Ses convictions deviennent rapidement partagées, contrairement à ce qui se passe côté français. Il attire de jeunes talents comme Wernher von Braun^[12],[13].

Les premiers missiles opérationnels

V2 au décollage en 1943 lors d'un test à Peenemünde.

En Allemagne, l'armée crée un département Balistique au sein de la direction des Armements que von Braun rejoint en 1932. Au sein de cette institution militaire, il prend la tête d'un programme de recherche sur les fusées à propulsion à ergols liquides. En janvier 1933, celle-ci bénéficie d'un soutien financier croissant des dirigeants militaires allemands dans le contexte d'une politique de ⁣⁣réarmement de l'Allemagne⁣⁣ portée par l'arrivée au pouvoir d'⁣⁣Adolf Hitler⁣⁣.

Des tests de missiles à ergols liquides sont effectués à partir de 1932. Les équipes s'installent en 1937 sur le site secret de Peenemünde sur la Baltique où 5 000 personnes travaillent en 1942. La conception du missile A-4, le futur V2, est finalisée en 1941 et le premier essai en vol réussi a lieu le 3 octobre 1942. Le 8 septembre 1944, les premiers V2 sont tirés sur Paris et Londres. Le missile est publiquement identifié par le ministre de la Propagande nazie, Joseph Goebbels, comme l'« arme de représailles 2 » (en allemand : Vergeltungswaffe 2), soit en forme courte V2^{[14],[15],[16]}.

Les années 1945-1949 : prolifération de projets et expérimentations

Missile R-2, dérivé du V2, à l'entrée de Korolev, au sud de Moscou, rebaptisée en l'honneur de Sergueï Korolev.

La Seconde Guerre mondiale finie, il poursuit ses essais au Nouveau-Mexique avec une grande partie de son équipe et beaucoup de matériel que les Américains ont récupéré^[17]. Mais, là, de 1945 jusqu’à la fin des années 1950, il n’y a plus de volonté politique, plus d’intérêt de la part des États-Unis pour le dossier spatial. L’USAF favorise les bombardiers à très long rayon d’action de son Strategic Air Command (B-36, B-47, B-50 puis B-52). Le 12 janvier 1954, le secrétaire d’État américain John Foster Dulles formule le concept de « représailles massives » exécutable par la flotte des bombardiers stratégiques et eux seuls^[18] qui ne laisse pas sa place à une arme nucléaire lancée à très longue portée qui arriverait beaucoup plus vite que les avions. Seuls des engins dits plus tard de portée intermédiaire sont réalisés pour prendre place aux portes de l’Union soviétique, les missiles Thor et Jupiter.

Le missile balistique est donc alors confiné dans un petit rôle dont on ne cherche pas à le faire sortir. Il ne devient de nature essentiellement stratégique qu’avec la vision politique des Soviétiques et le lancement de Spoutnik 1, le 4 octobre 1957.

La guerre finie, et cette fois en Union soviétique, se rencontrent un autre homme de génie et la volonté politique qui fera finalement basculer le monde de la guerre froide puis celui d’aujourd’hui dans le concept de la dissuasion nucléaire créé par les missiles balistiques de longue portée^{[note 1]}.

Cet homme, c'est Sergueï Korolev. Envoyé en 1936 au Goulag où vont mourir sa femme et sa fille, il exerçait dans un laboratoire de recherche dédié aux applications militaires des fusées, créé à la suite des travaux de Constantin Tsiolkovski qui, le premier en 1924, avait mis en évidence le paramètre fondamental de la conquête de l’espace. C’est la vitesse à donner à l’arme ou au satellite^[19].

Staline sort Korolev du Goulag en 1945 pour qu’il examine le matériel balistique et interroge les ingénieurs allemands que les Américains n’avaient pu prendre. Les travaux qu’il va de lui-même mener ensuite sur des évolutions successives du V2 de plus en plus performantes (modèles dits successivement R1, 2, 3…), son puissant génie et celui de ses équipes au début pour partie allemandes et très vite entièrement nationales, mais aussi la perspicacité des dirigeants russes, tout cela conduit en 1953 au lancement dans le plus grand secret, du programme de construction d’un missile balistique dit R-7 et appelé intercontinental^[20], c’est-à-dire de très longue portée et capable d’atteindre les États-Unis depuis le territoire soviétique.

Les années 1950 : premiers déploiements opérationnels de missiles nucléaires

Le Atlas I, premier missile balistique intercontinental américain, 1958.

Le 4 octobre 1957, lancé par une fusée R-7, le satellite artificiel Spoutnik 1 orbite autour de la Terre. Ceci intéresse uniquement les journalistes et le grand public. Ce qui intéresse les militaires américains, au fait des progrès soviétiques depuis plusieurs mois déjà, ce n’est pas le satellite, mais le fait d’avoir été capable de le satelliser. Une fusée qui a pu fournir une vitesse de 8 km/s aux quelques kilos d’un satellite pourrait lancer une charge plus lourde à une vitesse moindre. À 7 km/s par exemple, la charge retomberait sur la Terre à 10 000 km de son point de lancement, tandis qu’on aurait remplacé le satellite par une arme nucléaire (cf. ci-dessous). Les Soviétiques n’en sont pas encore là, mais ils viennent de montrer qu’ils allaient y arriver.

Le président et ex-général Dwight D. Eisenhower prend la mesure du danger et du retard des États-Unis avec une inquiétude mesurée que ne partage pas le camp opposé, celui du futur président John F. Kennedy, beaucoup plus décidé à combler le déficit technique que la satellisation vient de démontrer (le « missile gap »)^[21]. Deux décisions capitales pour l’avenir du missile balistique s’ensuivent :

• l’une par Eisenhower avec la création de la NASA en juillet 1958, regroupant les efforts civils et militaires. Wernher von Braun dirigera l'équipe chargée de mettre au point le lanceur orbital ;
• l’autre par Kennedy en décidant, le 25 mai 1961, d’envoyer des hommes sur la Lune avec le programme Apollo.

Une telle décision a fait l’objet de nombreuses analyses historiques. Elle est prise après le premier vol d’un Homme dans l’espace, le 12 avril 1961, qui caractérise à nouveau l’infériorité américaine dont l’avenir montrera qu’elle n’est pas si importante. Quoi qu’il en soit, elle a donné un énorme élan au complexe militaro-industriel américain en lui fournissant d’immenses crédits de recherche et de développement. Parce que le missile balistique est un objet complexe, il faudra aux États-Unis comme à l'URSS puis à la France ultérieurement, deux ou trois générations de missiles avant d’en arriver aux portées les plus longues. Pour soutenir cet effort au but uniquement militaire qui aurait pu être difficilement acceptée par les citoyens américains, l’idée de proposer d’aller sur la Lune a été d’une excellente politique.

Les années 1960 : développement et déploiement tous azimuts

En octobre 1962, la crise des missiles de Cuba théorise définitivement l’emploi du missile balistique sous sa forme actuelle. Portée très grande, emploi d’ogives nucléaires, délai de tir très court et protection extrême dans des bunkers ou, plus sûrement encore, à bord de sous-marins.

Les Américains avaient placé en Turquie et en Italie, depuis 1959, une génération intermédiaire de missiles balistiques (les Jupiter) qui n’avaient encore que quelques milliers de kilomètres de portée, et donc ne pouvaient être tirés trop loin de Moscou, d’où leur positionnement. L’Union soviétique souhaita manifester sa capacité de rééquilibrage stratégique en plaçant ses missiles balistiques (R-12), qui, pour les mêmes raisons de développement technique, avaient les mêmes portées, dans l’île de Cuba où ils étaient alors à portée de Washington. Dans les deux cas, les deux pays détruisaient leurs capitales en un quart d’heure, le temps de parcours des armes des missiles balistiques de portée intermédiaire.

La crise s’est soldée par le retrait de ces missiles balistiques : ceux des Russes ne sont jamais arrivés à Cuba et ceux des Américains ont été retirés de Turquie et d'Italie parce qu’ils étaient devenus inutiles. Les deux grands mettaient alors en service leur dernière génération de missiles balistiques capables d'assurer la destruction des capitales et autres cibles majeures en passant au-dessus du pôle Nord en trente minutes. Le missile balistique de dernière génération — et rien de tel avant lui — ne donnait plus le temps de déclarer la guerre. Probablement ces deux présidents ont-ils été les premiers à en prendre pleinement conscience. Ils ont alors mis en place un moyen spécifique de s’entretenir directement et rapidement en cas de crise ou d'urgence : le téléphone rouge.

La lettre envoyée au premier secrétaire du PCUS Khrouchtchev par Madame Kennedy peut conclure à ce jour (2017) l’histoire des missiles balistiques stratégiques aboutis, ces armes effroyables « dans la main de grands hommes » selon elle^[22] : « Cher Président, (…) je sais combien mon époux tenait à la paix, et combien la relation que vous aviez était centrale dans ce souci qui occupait son esprit. Il avait l’habitude de vous citer dans certains de ses discours : « Dans la prochaine guerre, les survivants envieront les morts ». (…) Le danger qui hantait mon mari était que la guerre puisse être déclarée, non par des grands hommes mais par des petits. Les grands hommes savent qu’il est nécessaire de se contrôler et de se restreindre… ».

Dans les années 1960, la France et la Chine se lancent à leur tour dans le développement de missiles balistiques. La France disposait en 1958 d’un savoir-faire balistique et surtout nucléaire mais sans volonté de réaliser un missile balistique. Dès qu’elle s’est manifestée par décision du général De Gaulle devenu président de la République, la construction en a été actée dans la deuxième loi programme 1965-1970^[23].

Garantir l’effet dissuasif, c’est empêcher l’adversaire de détruire le missile balistique en tirant le premier^[24]. L’histoire a montré trois dispositions possibles pour les missiles balistiques en attente de tir : sur des wagons ou des camions déplacés continûment. Disposez de vastes espaces très peu habités ; dans des silos de plus en plus protégés au fur et à mesure que la précision des missiles balistique adverses croît ; dans des sous-marins dissimulés par les immensités océaniques.

La disposition dans des sous-marins lanceurs de missiles balistiques est aujourd’hui considérée comme la plus sûre^[25]. Les trois seuls pays à détenir sous la mer leurs propres missiles de très longue portée sont les États-Unis, la Russie et la France^{[note 2]}.

Les années 1970 et 1980 : vers la fin de la course au nombre et à la technologie

À partir du début des années 1970, les Américains et les Soviétiques s'entendent pour limiter puis réduire par étape le nombre de leurs armes stratégiques en fixant des plafonds qui concernent en même temps le nombre d'ogives nucléaires et le nombre vecteurs stratégiques, c'est-à-dire de missiles balistiques lancés du sol ou lancés depuis un sous-marin.

La signature du traité sur les forces nucléaires intermédiaires en 1987 complète ces dispositions. Il se traduit par le démantèlement complet de tous les missiles balistiques (et de croisière) d'une portée supérieure à 500 km.

Il en résulte un moindre engouement pour les missiles balistiques durant la fin du XX^e siècle dans un contexte géopolitique marqué par la fin de la guerre froide et, pour un temps seulement, une baisse générale des tensions internationales.

Cependant, les puissances régionales continuent de voir l'intérêt du missile balistique pour s'imposer vis-à-vis de leurs voisins et se lancent, notamment au Moyen-Orient et en Asie, dans des programmes d'acquisition de missiles à courte ou moyenne portée. Ces programmes sont pour plusieurs pays directement couplés avec leurs efforts pour devenir une puissance nucléaire.

Acquisition de la vitesse

Avant la fusée, seuls les obusiers fournissent les vitesses les plus grandes pour aller loin. En 1918, la « Grosse Bertha » ou Pariser Kanonen pour les Allemands lançait à 120 km. Les fusées vont donner accès à des vitesses supérieures par la mise à feu d'un mélange de comburant et de combustible, dits pour chacun ergol ou propergol (ergol de propulsion).

Coupe de la partie propulsive d’un réservoir de propergol solide (schéma approximatif).

Dans un engin (un canon, une fusée), si l’on projette d’un côté une masse (l’obus pour le canon, les gaz de combustion pour la fusée) avec une vitesse (celle des gaz au sortir de la tuyère est énormément plus grande que celle de l’obus), alors l’engin est mis en mouvement de l’autre côté. Le canon recule, mais il est fixé au sol ; la fusée avance et rien ne l'empêche d'avancer encore. La fusée va de plus en plus vite parce qu'on éjecte longtemps et toujours très vite de très grandes quantités de gaz :

• pour les propergols liquides, au moyen de pompes qui puisent dans de très grands réservoirs et font se mélanger devant la tuyère le comburant et le combustible ;
• pour les propergols solides, par l’emploi de très gros blocs de poudre constitués d'un mélange stable de comburant et de combustible.

Les premiers propergols liquides, ceux qu'il est le plus facile de se procurer, sont souvent très agressifs pour les structures qui les contiennent. Aussi le remplissage doit-il se faire juste avant le tir, d’où une médiocre capacité militaire.

Propulsion d'un missile balistique à un seul étage.

La génération suivante pallie cet inconvénient majeur. Les ergols sont alors dits « stockables » car ils peuvent rester un temps significatif dans les réservoirs. Ils n’en présentent pas moins un réel danger, surtout quand ils sont embarqués dans des sous-marins. Ainsi le sous-marin soviétique K-219 a sombré au large des Bermudes à la suite d’un incendie causé par une fuite d’ergols liquides.

Les missiles balistiques sont aujourd'hui propulsés par des ergols solides^[35]. Le bloc de propergol est mis à feu par un allumeur. La surface d’allumage est conçue pour provoquer un dégagement de gaz relativement constant et donc une poussée uniforme. Le propergol qui n’a pas encore brûlé sert de protection thermique au réservoir.

Constitution de l’étage

S'il peut paraître plus simple de n'avoir qu'un seul étage de propulsion, cette configuration n’est pas réalisable en l’état actuel et prévisible de la technologie (voir ci-dessous).

Coupe d’un étage de missile balistique (figure approximative).

Un missile balistique est composé de plusieurs étages même si chaque étage doit disposer d’un allumeur, d’une tuyère et d’autres équipements connexes et que cela augmente le poids au décollage (équation de Tsiolkovski). Chaque étage est essentiellement constitué par le réservoir de propergol conçu en fibre de verre, de kevlar ou de carbone pour alléger au maximum la masse du missile balistique^[36], et d'éléments structuraux qui se placent de chaque côté du réservoir de propergol.

On y ajoute ce qui est nécessaire à l'étage et qui ne servira donc plus quand il sera vide : des équipements électroniques et des piles de puissance. Celles-ci alimentent des vérins électriques fixés à la tuyère ou une petite station d'huile s'ils fonctionnent à l'huile. Leurs mouvements dévient le jet de gaz et permettent le pilotage du missile balistique.

La réalisation de butées flexibles qui assurent l’étanchéité, la tenue à la chaleur de la flamme et la reprise des efforts mécaniques créés par la tuyère est le point délicat des propulseurs à poudre^[36]. Dans les missiles balistiques de technologie moins avancée on utilise pour dévier le jet des injections de gaz dans la tuyère fixe percée, des trous judicieusement disposés. Ou bien on fait tourner la tuyère, un joint rotatif étant plus accessible qu'un joint souple. Avec ce dernier, capable de résister à des températures de quelques milliers de degrés Celsius tout en conservant des caractéristiques mécaniques convenables et la mobilité nécessaire, la tuyère devient orientable dans tous les sens^[37].

Constitution du missile

Accéder à de très grandes vitesses requiert de concentrer la propulsion sur la masse utile, donc l'arme. Il faut alléger continûment le missile balistique de toute masse devenue inutile, notamment celle des réservoirs quand ils sont vides.

On ne peut alléger un missile balistique à un seul étage, dont la structure en fin de combustion sera trop lourde. Un tel engin n'atteindra jamais une très grande vitesse. Le calcul de l'accroissement de vitesse fourni par la force de propulsion^[38] montre que l'on ne peut accéder à des vitesses élevées qu'en construisant une fusée à plusieurs étages. Elle se déleste de masses à vide des étages qui ont consommé leurs ergols et qu'il est inutile de continuer à accélérer. Seule la partie restante est accélérée, ce qui permet d'arriver aux vitesses requises.

La masse du missile décroit donc au fur et à mesure que le propergol est consommé et l'étage séparé. Dans un missile à plusieurs étages, chaque étage fonctionne jusqu'à ce qu'il ne contienne plus de propergol. En fin de parcours propulsé, il n'y a plus d'étages et donc plus de missile balistique.

Comportement du missile pendant son vol

Fonctionnement successif des trois étages d’un missile balistique à propergol solide après l’allumage du premier étage, étape non représentée) (schéma approximatif).

C'est ce que montre le schéma ci-contre qui présente la « vie » du missile balistique tout au long de son vol, qui dure environ trois minutes pour les très longue portée, une minute et demie à deux minutes pour les portées intermédiaires et autour d'une minute pour les courtes portées. À la fin de ces quelques minutes il n'y a plus qu'une arme (ou des armes) dans l'espace.

On distingue ainsi, après la mise à feu du premier étage :

1. la fin de la combustion du premier étage ;
2. l'allumage du second étage et la séparation du premier étage, vide ;
3. le largage de la coiffe : à mi-parcours du second étage l’atmosphère devient suffisamment raréfiée pour que les frottements de l’air n’apportent plus de perturbations significatives sur la partie supérieure du missile balistique. On se débarrasse donc de la coiffe qui n'a plus de rôle de protection ;
4. la fin de combustion du second étage ;
5. l'allumage du troisième étage et la séparation du second, vide ;
6. la presque fin de combustion du troisième étage ;
7. la séparation de l’arme décidée par le programme de vol quand elle atteint la vitesse ad hoc de façon tangentielle à l’ellipse, ad hoc elle aussi qui interceptera la Terre à l'endroit exact où se situe la cible. Le troisième étage finit sa combustion peu après.

Si les missiles balistiques de courte portée peuvent être constitués d’un seul étage, ceux de portée intermédiaire en ont deux. Les longues portée en demandent trois ou quatre, de taille décroissante. Tous les derniers étages (ou le premier s’il est seul) se terminent par une « case à équipements », contenant les équipements qui servent au fonctionnement du missile balistique tout au long du vol dont ceux dédiés à l'exécution du programme de vol ou le viseur d'étoiles qui permet un recalage au dernier moment : pilotage, guidage, alimentation électrique, gestion de la charge utile, etc., le tout géré par un ordinateur embarqué.

À priori, rien n'oblige les étages à être superposés. Toutefois, les missiles balistiques sont quasiment tous à étages superposés. La forme allongée de cette configuration est de beaucoup plus compatible avec leur installation dans des silos blindés, sur des trains ou des camions, ou à bord de sous-marins. Le missile R-7 Semiorka (URSS, 1957), qui est l'ancêtre des fusées Soyouz actuelles, a été une exception à ce principe.

Trajectoire elliptique

C’est l’une des trajectoires de tout objet dans l’espace (l’arme comme la Lune, la Terre, etc.)^[41] quand l’objet est doté d’une vitesse et qu’il est soumis à une force de gravitation (celle du Soleil pour la Terre, celle de la Terre pour la Lune et pour l’arme).

S’agissant de la Terre, la première découverte de sa trajectoire elliptique^[42] autour du soleil est due à Johannes Kepler. Il l’a définie par trois lois^[41](les lois de Kepler) après l’étude qu’il avait faite des observations astronomiques de Tycho Brahe. C’est à Isaac Newton que l’on doit la première compréhension mathématique de la trajectoire de la Terre dans l’espace avec l’équation de la « conique » dont fait partie l’ellipse. C’est enfin à Constantin Tsiolkowski que l’on doit une observation majeure : le choix de la conique dépend seulement d’un seul paramètre, la vitesse au lancement. À plus de 11 km/s c’est une hyperbole et l’objet quitte la Terre ; entre 8 et 11 c’est une ellipse et l’objet se satellise ; à moins de 8 km/s c’est toujours une ellipse mais l’objet revient sur terre^[34].

Vitesses et trajectoires.

D’où il ressort, pour le missile balistique^{[note 6]} :

• lorsque l’angle de tir confère la portée maximum — l’équivalent de 45° pour le javelot, une valeur inférieure pour l'ellipse — plus la vitesse croît, plus l’ellipse augmente de taille, et plus le point où l’ellipse rencontre la Terre s’éloigne du point de lancement (ci-contre, figure 1) ;

• la vitesse donnée à l'arme connait une limite (figure 2). Elle doit être inférieurs à 8 km/s sous peine de la satelliser. Si la satellisation d'une arme nucléaire est interdite par un traité de Nations unies^[43], ce traité dit traité de l'espace n’interdit pas à l’arme un parcours bref dans l’espace ;

Trajectoires et limites de portée.

• il s’en déduit une portée maximum du missile balistique (ci-contre, figure 2). En effet, trop près de la vitesse de satellisation, l’arme rentre dans l’atmosphère presque parallèlement à la Terre (figure 3). Le parcours atmosphérique, très long, conduit à des échauffements excessifs^[44] qui ne seraient combattus que par de protections très lourdes. Conséquence d’armes très lourdes : le missile balistique peinerait à les lancer aussi loin, sauf à accroître considérablement sa puissance et donc sa taille (un problème pour les sous-marins) et donc son coût. Au bilan les pays dotés de missiles balistiques de dernière génération, ceux qui donnent à leurs armes une vitesse de l’ordre de 7 km/s, atteignent des portées de 10 000 km et un peu plus, largement suffisantes parce qu’elles correspondent à leur besoin stratégique compte tenu de leur géographie ;
• il existe toujours deux angles de tir (figure 1) qui, pour une même vitesse, permettent d’atteindre le même point de la Terre (il y a deux foyers et donc deux positions du centre de la Terre). La trajectoire la plus courte est dite « tendue » et n’est jamais utilisée dès que les vitesses (et donc les portées) s’accroissent. En effet l’axe de rentrée dans l’atmosphère conduit à une trajectoire plus longue dans l’atmosphère, d’où un très grand échauffement, d’où une surcharge de protection, et etc. comme on vient de le voir ;

Caractéristiques de la portée.

• il n’existe pas d'angle de tir qui permette, dès que la vitesse est importante, un tir extrêmement proche. Les missiles balistiques ont une portée minimum^[45] imposée par leur type trajectoire. Environ 500 km pour des vitesses de l’ordre de 4 km/s et 1 000 km pour 7 km/s (figure 2) ;

• en revanche tous les angles de tir existent qui, pour une même vitesse, permettent de délivrer l'arme entre sa portée minimum et sa portée maximum^[45]. Il se déduit que les missiles balistiques aux portées les plus longues (vitesse au lancement de 7 km/s) peuvent délivrer leur arme de 1 000 à 10 000 km avec la même vitesse à l’arrivée dans l’atmosphère, soit 7 km/s ou 25 000 km/h ou encore Mach 20 (chiffres approximatifs, figure 1). Même après le freinage dû au parcours atmosphérique (10 secondes environ, voir plus bas) la vitesse de l'arme alors qu'elle va exploser interdit à tout missile de défense anti-aérienne quel qu’il soit de l’intercepter et de la détruire^{[note 7]}.

La classification toujours adoptée aujourd’hui selon les portées maximum (voir plus haut : Typologie) peut induire en erreur. Les missiles de génération intermédiaire ne sont que des avatars, appelés puisqu’on les met en service, de courte, de moyenne portée, ou de portée intermédiaire. On va décrire ci-dessous la trajectoire d’un missile balistique abouti (7 km/s) avec, plus bas, le cas particulier des vitesses plus faibles.

Mouvement dans l’espace

Inertie dans l'espace.

Une conséquence essentielle du trajet dans l’espace relève du principe d’inertie. Un javelot lancé dans l’espace pointera toujours dans la même direction du ciel, quelle que soit la trajectoire de son centre de gravité (figure 1, expérience de pensée d'un javelot lancé dans l'espace). Il conserve une direction fixe dans le référentiel galiléen quel que soit le mouvement de son centre de gravité. L’arme nucléaire aboutie est constituée de l’arme proprement dite et de ses équipements couverts par un bouclier thermique dont on attend le meilleur profil pour qu'il soit le moins freiné possible à la rentrée pour garder une très grande vitesse avant l'explosion. Il est en forme de cône, revêtu de matériaux ablatifs. Ce cône garde donc une direction fixe.

Le véhicule de rentrée doit être pré-pointé pour effectuer une rentrée optimale dans l'atmosphère^[46] (figure 2). Sans cette action il pourrait voir sa trajectoire de rentrée très perturbée, ou même se détruire. Sa séparation implique un mouvement ad hoc du troisième étage avant le lancement. Un mouvement complexe dont la connaissance ne s'acquiert que progressivement. Tous les missiles balistiques aboutis, dits intercontinentaux ou de très longue portée, sont munis d'un dernier étage qui place l'arme (ou les armes) sur une (ou des) ellipse(s) successive(s), chacune associée à un objectif, avec une position dans l'espace convenable^[47].

Au bilan des deux premières phases de vol, la trajectoire propulsée et la trajectoire balistique le parcours de l’arme aura duré approximativement^[40] 3 minutes, liée au missile balistique, puis 30 minutes seule dans l’espace. Son altitude à l’apogée de l’ellipse sera de 2 à 3 000 km et sa vitesse à la rentrée dans l’atmosphère de 30 000 km/h.

Cas particulier des armes lancées à vitesses faibles

Trajectoires première génération.

Ces armes sont celles des missiles balistiques des premières générations. La caractéristique principale de la toute première est de fournir une vitesse très faible (autour de 2 km/s) à une arme qui fait corps avec eux car on n’a pas encore appris à les séparer : le V2 et le Scud en sont de bons exemples.

Dans le cas du V2 l’altitude atteinte aux premiers lancements est proche de la limite généralement adoptée pour l’atmosphère, soit environ 120 km^[48]. À cette altitude les molécules d’air sont très rares. Leur faible effet est pourtant suffisant pour agir sur les ailerons^{[note 8]}, initialement placés au bas du V2 pour le stabiliser dans les premières secondes après mise à feu. L’axe du missile balistique vide et qui ne propulse plus est rapidement affecté par l’écoulement de l’air sur les ailerons, ce qui le « rapproche » de la trajectoire dont l’apogée est d’ailleurs proche de l’altitude de lancement (figure 1).

Très vite les V2 ont gagné en portée et donc en vitesse.

Le parcours balistique devient plus important et l’axe du V2 reste fixe par rapport au ciel. Mal orienté à l’arrivée dans l’atmosphère, le missile balistique peut se casser en morceaux (figure 2)^[49]. Des études en soufflerie permettent de corriger le dessin des structures et de les renforcer.

Trajectoires génération suivante.

Aussi la première modification apportée par la génération suivante est-elle la séparation de l'arme dans des conditions techniquement simples et imparfaites, mais suffisantes pour assurer la rentrée de l'arme malgré la destruction possible du missile balistique à un seul étage (figure 1).

La génération suivante comporte deux étages et une arme séparée lancée à une vitesse intermédiaire entre 2 km/s (V2) et 7 km/s (missile balistique abouti), soit environ 4 à 5 km/s (portée de 4 000 km environ).

Agni II fabriqué en Inde.

L’arme fait encore corps avec la coiffe qui est son bouclier thermique. L’axe de cette dernière restant fixe dans l’espace, sa bonne rentrée dans l’atmosphère doit être facilitée.

Aussi on la munit d'ailerons bien visibles sur la photographie du missile balistique indien Agni II ci-contre. Le mouvement de basculement permis par ces ailerons fera prendre rapidement une direction telle que la pointe du bouclier thermique sera rapidement la plus efficace possible (figure 2)^{[note 9]}.

Rentrée d’une arme nucléaire

Rentrée de huit armes atteignant des objectifs tous placés le long d'un même axe.

La précision obtenue au moment de la séparation des armes des missiles balistiques de dernière génération est au regard de leur puissance destructrice largement suffisante compte tenu des faibles erreurs propres au mode de largage (centrale à inertie du missile très élaborée et recalage optique avec les étoiles). Aussi peut-on laisser l'arme suivre librement sa trajectoire et, à la rentrée dans l'atmosphère, parcourir une ligne qui sera quasi droite à la façon d’une météorite. Les photographies de ces rentrées sont celle d’étoiles filantes arrivant au sol (ci-contre).

Ogives coniques W78 et leur véhicule de rentrée MK12-A LGM-30G d'un Minuteman III.

Pour être le moins freinée possible, l'arme est enfermée dans une protection de forme conique très allongée. L’échauffement est extrême car l’onde de choc colle au sommet du véhicule de rentrée^[50]. Le corps du cône est revêtu d’un matériau de protection thermique qui se transforme en se détruisant tout en absorbant une très grande quantité de chaleur^[50]. Il diminue donc d’épaisseur pendant la rentrée, laquelle est calculée pour qu’il en reste quelques millimètres avant l’explosion, l’objectif étant de ne pas en mettre trop pour ne pas l’alourdir inutilement. La chaleur sera très forte à l’intérieur et les équipements sont prévus pour y résister.

Aucun document disponible ne donne la vitesse de ce type d’arme à l’explosion. En revanche, on lit que des missiles balistiques intermédiaires (vitesses de 4 à 5 km/s) sont dotés d’armes de vitesse finale de l’ordre de Mach 4 à Mach 6^[46]. Les armes les plus avancées arrivent certainement beaucoup plus vite.

Rentrée d’une capsule habitée

Pour mémoire, les rentrées d'une arme nucléaire et d'une capsule habitée diffèrent totalement^[51].

La difficulté principale posée par la rentrée atmosphérique des engins habités est l’échauffement interne qu’il faut limiter drastiquement pour qu’il puisse être supporté par l’équipage. Pour cela, on détache l’onde de choc de la structure par une forme en bouclier arrondi.

Rentrée d'un véhicule Apollo.

Les matériaux sont choisis pour leur fort pouvoir d’émissivité^[50] qui les rend capables de renvoyer la chaleur à l’extérieur par rayonnement. Seule une petite partie de la chaleur parvient alors à pénétrer dans les structures suivantes, tandis que la trajectoire de rentrée (ci-contre) est choisie pour limiter l’intensité du freinage, ce qui diminue aussi la décélération^[44]. Le contrôle de la trajectoire reste très délicat. L'angle de rentrée est déterminant pour la suite de la rentrée. S'il est trop faible le véhicule n'est pas capté par l'atmosphère, rebondit et va se perdre dans l'espace. S'il est trop grand, il est soumis à des décélérations fortes, insupportables par l'équipage^[52].

Utilisation de l’atmosphère pendant la rentrée

Profil de vol du planeur hypersonique Hypersonic Technology Vehicle 2 testé en 2010 et 2011 par la DARPA.

Le cône de rentrée est muni de dispositifs (des ailerons par exemple) contrôlés par un moyen interne de recalage de navigation (un radar, toujours à titre d’exemple) qui guide l’arme sur l’objectif. On parle d’ogive manœuvrante. Elle permet une amélioration significative de la précision.

Accroître la capacité de tir précis est nécessaire :

• tant que l’on n'a pas su faire une centrale de guidage du missile balistique convenablement précise alors que la charge nucléaire n’est pas particulièrement puissante. C’était le cas du Pershing II ;
• si l’on souhaite une précision très grande avec un explosif classique pour atteindre une cible fixe ou mobile, comme un porte-avions dont la destruction pourrait être assurée par une ogive à précision décamétrique et dont la vitesse interdirait toute interception défensive.

Ouvrages

• Thierry d'Arbonneau, L'encyclopédie des sous-marins français : La construction d'un sous-marin : approche générique et prospective, t. 6, Paris, SPE Barthélémy, 1^er octobre 2013, 400 p. (ISBN 978-2-912838-57-5).
• Émile Arnaud, Les missiles balistiques de 1955 à 1995, Centre des hautes études de l'armement, 2004, 307 p. (lire en ligne).
• Jean-Pierre Clerc et Paul Iorcete, Le duel USA-URSS dans l'espace : Guerre des étoiles : l'Europe entre les deux Grands, Autrement, 1^er octobre 1986, 190 p. (ISBN 978-2-86260-174-8).
• Philippe Couillard, Lanceurs & satellites, Éditions Cépaduès, 27 décembre 2004, 246 p. (ISBN 978-2-85428-662-5).
• Michel Polacco, La conquête spatiale pour les nuls, Paris, First, 25 juin 2009, 394 p. (ISBN 978-2-7540-1143-3).
• (en) John M. Collins, U.S.-Soviet Military Balance 1980-1985, Pergamon Brassey's, 1985, 360 p. (ISBN 978-0-08-033130-0).
• (en) Michael J. Neufeld, The Rocket and the Reich : Peenemunde and the Coming of the Ballistic Missile Era, Free Press - First American Edition, 1^er septembre 1994, 368 p. (ISBN 978-0-02-922895-1, lire en ligne).
• (en) Steven J. Zaloga, The Kremlin's Nuclear Sword, Washington, DC., Smithonian Books, 2002, 7597 (emplacements Kindle) (ISBN 978-1-58834-485-4, lire en ligne [Édition du Kindle]).
• « L’arme nucléaire et ses vecteurs. Stratégies, armes et parades », sur Institut de Stratégie Comparée (ISC), janvier 1989.

Autres documents

• « L’arme nucléaire et ses vecteurs. Stratégies, armes et parades », sur Institut de Stratégie Comparée (ISC), janvier 1989

• (en) « Worldwide Ballistic Missile Inventories », sur Arms Control Association, décembre 2017.
• (en) Jacob Neufeld, The Development of Ballistic Missiles in the USAF 1945-1960, Washington, D.C., Office of Air Force History United States Air Force, 1990, 423 p. (lire en ligne).