Les satellites artificiels : théorie 3 ^eme partie

Les différents types d'orbites

     Les satellites artificiels peuvent être placés en différentes orbites en fonction de leurs objectifs et de leurs missions. Voici décrit ici quelques-uns des types d'orbites les plus courants pour les satellites artificiels. Voici ci-dessous 10 types d'orbites les courantes.

• 1. Orbite basse (Low Earth Orbit - LEO) :
  - Altitude : Généralement entre 160 kilomètres et 2 000 kilomètres au-dessus de la Terre.
  - Caractéristiques : Utilisée pour les satellites de communication, d'observation de la Terre et de navigation. Les orbites LEO permettent des temps de latence réduits, mais nécessitent une plus grande densité de satellites pour assurer une couverture continue. C'est le cas des constellations de satellites de Starlink. Etant proche du sol le satellites n'est visible que par une petite surface au sol. C'est aussi le cas de l'ISS et du téléscope spatial Hubble. Ces orbites sont sensibles au freinage atmosphérique.
  
  
• 2. Orbite moyenne (Medium Earth Orbit - MEO) :
  - Altitude : Typiquement entre 2 000 kilomètres et 35 786 kilomètres.
  - Caractéristiques : Souvent utilisée pour les satellites de navigation, comme ceux du système GPS. Les orbites MEO offrent une meilleure couverture que les orbites LEO. En raison de la distance par rapport au sol le temps de latence de leur transmission est plus long que sur les orbites LEO. Évidemment le coût de lancement est plus élevé que sur une orbite plus basse nécessitant moins d'énergie.
  
  
• 3. Orbite géostationnaire (Geostationary Orbit - GEO) :
  - Altitude : Environ 35 786 kilomètres au-dessus de la Terre ou 42 164 km du centre de la terre.
  - Caractéristiques : Utilisée principalement pour les satellites de communication. Les satellites en orbite géostationnaire restent au-dessus de la même position de la Terre en permanence, ce qui permet une communication continue avec des antennes fixes.
• 4. Orbite héliosynchrone (Sun-Synchronous Orbit - SSO) :
  - Altitude : Varie, mais généralement entre 600 kilomètres et 800 kilomètres.
  - Caractéristiques : Utilisée pour les satellites d'observation de la Terre. Les orbites SSO sont conçues de manière à ce que le satellite passe au-dessus d'une région donnée de la Terre à la même heure solaire locale à chaque passage. Cela permet des observations cohérentes de la Terre à différentes heures de la journée. Les satellites en orbite SSO sont principalement utilisés pour des missions d'observation de la Terre, y compris l'imagerie, la surveillance environnementale, la météorologie, la cartographie, et d'autres applications de télédétection. De plus, les orbites SSO sont généralement à basse altitude, ce qui signifie que les satellites peuvent capturer des images à haute résolution.
  
  
• 5. Orbite polaire :
  - Altitude : Variable, généralement en LEO ou SSO.
  - Caractéristiques : Les satellites en orbite polaire suivent des trajectoires qui les amènent à passer au-dessus des pôles de la Terre à chaque orbite. Cela signifie qu'ils couvrent l'ensemble de la surface terrestre au fil du temps en effectuant des orbites polaires successives. Les satellites en orbite polaire peuvent avoir différentes altitudes en fonction de leurs objectifs spécifiques. Les altitudes typiques varient de quelques centaines de kilomètres à plus de 1 000 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre. Ils sont particulièrement utiles pour l'observation de l'ensemble de la planète, y compris les régions polaires qui ne sont pas bien couvertes par d'autres types d'orbites.
  
  
• 6. Orbite de transfert géostationnaire (Geostationary Transfer Orbit - GTO) :
  - Altitude : Variée, mais généralement entre 180 kilomètres et 35 786 kilomètres.
  - Caractéristiques : Utilisée pour lancer des satellites de communication ou d'autres satellites en orbite géostationnaire. Une fois en orbite GTO, les satellites doivent effectuer une manœuvre de transfert pour circuler de l'orbite GTO à l'orbite géostationnaire finale. Cette manœuvre de transfert implique une augmentation de l'apogée et un ajustement de l'inclinaison de l'orbite. Elles permettent de réduire la quantité de carburant nécessaire pour atteindre l'orbite géostationnaire, mais nécessitent des manœuvres de transfert supplémentaires pour y parvenir.
  
  
• 7. Orbite elliptique :
  - Altitude : Varie en fonction de la mission.
  - Caractéristiques : Les satellites en orbite elliptique ont une trajectoire elliptique, ce qui signifie qu'ils passent à des altitudes différentes à différents moments de leur orbite. Les satellites en orbite elliptique offrent certains avantages par rapport aux orbites circulaires. Ils permettent une couverture accrue de certaines régions de la Terre, en particulier aux latitudes élevées. De plus, ils peuvent être utilisés pour collecter des données sur des phénomènes terrestres spécifiques à différents moments de l'orbite. Les satellites en orbite elliptique nécessitent des systèmes de contrôle d'attitude plus complexes pour maintenir leur orientation pendant leur trajectoire elliptique. 
  
  
• 8. Orbite de Molnia :
  - Orbite elliptique utilisé surtout par des satellites russes.
  - Caractéristiques : L'orbite est trés inclinée i= 63,4°. Cette inclinaison permet aux satellites de couvrir efficacement les latitudes élevées de la Russie, où les orbites géostationnaires classiques ne sont pas idéales. Les satellites en orbite Molnia ont une période orbitale d'environ 12 heures. Cela signifie qu'ils reviennent sur une région géographique spécifique de la Terre environ deux fois par jour. L'apogée de l'orbite de Molnia est généralement situé à une altitude élevée d'environ 39 000 kilomètres. Cela permet au satellite de passer plus de temps au-dessus de la partie nord de la Terre, offrant une couverture étendue.
  
  
• 9. Orbite transfert de Hohmann :
  - Deux orbites circulaires concentriques : Il y a une orbite source, depuis laquelle le satellite décolle, et une orbite cible, où le satellite doit être placé.
  - Caractéristiques : Deux impulsions de propulsion : Le transfert de Hohmann nécessite deux impulsions de propulsion : une pour quitter l'orbite source et une autre pour s'insérer dans l'orbite cible. Le transfert le plus économe en énergie : L'orbite de transfert de Hohmann est conçue pour minimiser la consommation de carburant. Il s'agit de la trajectoire la plus efficace pour passer d'une orbite à une autre en utilisant le moins de carburant possible. Deux points de manœuvre : La première impulsion de propulsion est effectuée à l'apogée de l'orbite source, où le satellite est à sa position la plus éloignée de la Terre. La deuxième impulsion est effectuée à l'apogée de l'orbite de transfert, où le satellite est à sa position la plus éloignée de la Terre avant d'entrer dans l'orbite cible. L'orbite de transfert de Hohmann est couramment utilisée dans l'industrie spatiale pour déplacer des satellites entre différentes orbites, notamment pour les lancements vers des orbites géostationnaires, des orbites polaires, des orbites de stationnement, etc. Elle offre un bon équilibre entre l'efficacité énergétique et le temps de transfert.
  
  
• 10. Orbite aux points de Lagrange
  Les points de Lagrange sont des positions particulières dans l'espace où les forces gravitationnelles agissant sur un objet (comme un satellite) se neutralisent par rapport à un système composé de deux corps massifs, tels que la Terre et la Lune ou la Terre et le Soleil. Ces points ont été nommés en l'honneur du mathématicien français Joseph-Louis Lagrange, qui a étudié leur mécanique. Il existe cinq points de Lagrange principaux, notés L1, L2, L3, L4 et L5.
  
  
  Point de Lagrange L1 : Le satellite placé en ce point reste en équilibre entre les forces gravitationnelles de deux corps massifs. Le point L1 est situé le long de la ligne droite qui relie les deux corps et est généralement utilisé pour les missions d'observation solaire et terrestre.
  Point de Lagrange L2 : Situé à l'opposé du corps le plus petit par rapport à la ligne qui relie les deux corps massifs. Le point L2 est utilisé pour les missions d'observation de l'espace profond et est au-delà de l'orbite terrestre.
  Point de Lagrange L3 : Situé à l'opposé de L2, de l'autre côté du corps massif le plus petit. Le point L3 est moins utilisé en raison de son instabilité.
  Points de Lagrange L4 et L5 : Ce sont les deux points de Lagrange situés à une distance égale autour de l'orbite du corps le plus petit. Ils forment un triangle équilatéral avec les deux corps massifs et sont souvent appelés les points de Lagrange stables. Les points L4 et L5 sont utilisés pour les satellites en orbite autour de la Terre et pour des missions d'observation astronomique.

    Le télescope spatial  James Webb est placé au point de Lagrange L2 pour échapper à l'interférence de la lumière solaire et terrestre, ce qui améliore sa capacité d'observation de l'univers. En 2023 plusieurs satellites sont en ce point L2: En plus du James Webb, Herschel observe l'espace dans l'infrarouge, Gaia crée un catalogue d'étoile, Euclid mesure l'accélération de l'expansion de l'univers.

    Une sonde au point de Lagrange L2 orbite autour de celui-ci, comme un satellite traditionnel tourne autour d'une planète, bien qu'ici il ne tourne autour de... rien

    Les points L1 L2 L3 sont instables. Ils nécessitent de temps en temps des rattrapages de trajectoire qui hélas consomment de l'énergie et raccourcissent la durée de vie des satellites

    Les points L4 et L5 sont stablent. Ainsi aux points L4 L5 sur l'orbite de Jupiter on trouve des milliers d'astéroïdes. Les grecs en L4 et les troyens en L5