Effet Oberth

Ne pas confondre avec l'effet de fronde gravitationnelle.

L'effet Oberth est un phénomène de mécanique gravitationnelle par lequel une fusée gagne de l'énergie lorsqu'elle tombe dans un puits gravitationnel ; en astronautique, il permet la manœuvre d'Oberth, une technique où la fusée se laisse tomber dans le puits et accélère lorsqu'elle atteint la vitesse maximale de sa chute^[1],[2]. La manœuvre produit de l'énergie cinétique plus efficacement que l'application de la même impulsion en dehors du champ gravitationnel. En pratique, il en découle que le moment le plus efficace en énergie pour allumer les moteurs d'un vaisseau spatial est au point le plus bas, la périapside, où sa vélocité orbitale (et donc son énergie cinétique) est la plus grande^[1]. Dans certains cas, il est même profitable de dépenser du propergol pour ralentir le vaisseau de façon à le faire tomber dans le puits gravitationnel et profiter de l'effet Oberth^[1]. L'effet physique et la manœuvre sont nommés en l'honneur d'Hermann Oberth, physicien allemand fondateur du vol spatial, qui l'a décrit dès 1927^[3].

L'effet Oberth est le plus fort au point de l'orbite nommé périapside, où le potentiel gravitationnel est le plus bas et la vitesse est la plus haute. Allumer un moteur fusée à haute vitesse produit un changement d'énergie cinétique plus grand qu'à vitesse basse ; comme le véhicule ne reste près de la périapside que peu de temps, pour que la manœuvre d'Oberth soit aussi efficace que possible, le vaisseau doit pouvoir produire autant d’impulsion que possible en un laps de temps aussi court que possible. Ainsi, l'effet Oberth est utile pour les moteurs délivrant une forte poussée durant un laps de temps bref comme les moteurs-fusées à ergols liquides, et moins pour des moteurs à faible poussée comme les moteurs ioniques, qui ont besoin de beaucoup de temps pour produire un changement de vitesse. L'effet Oberth est aussi à la base du comportement des fusées à étages multiples, dont le dernier étage peut produire bien davantage d'énergie cinétique que la somme de l'énergie potentielle chimique des propergols qu'elle emporte^[3].

L'effet ne viole pas la loi de la conservation de l'énergie : l'effet Oberth survient parce que le propergol détient davantage d'énergie du fait de son énergie cinétique plus élevée, additionnée à son énergie potentielle chimique^[3]:204. Le véhicule peut utiliser cette énergie cinétique pour produire davantage de puissance mécanique.