Orbites de satellites

Suivant la mission qui leur est dévolue, les satellites ou sondes satellitaires sont injectés sur différentes orbites autour de la Terre ou vers les planètes. On distingue les orbites basses (LEO), les orbites moyennes (HEO) et les orbites géostationnaires (GEO) ainsi que les orbites planétaires. S’y ajoutent les orbites polaires, rattachées aux orbites LEO. Les engins spatiaux doivent être amenés par la fusée porteuse à une certaine vitesse de libération pour échapper à l’attraction terrestre et rejoindre l’orbite prévue. L’inclinaison de l’orbite joue également un rôle important.

Ce type d’orbite basse est réservé aux satellites artificiels qui gravitent autour de la Terre à une altitude comprise entre 200 et 2000 km. La période de révolution du satellite est d’environ 100 à 120 minutes, ce qui fait qu’un point sur la Terre perdra le contact avec le satellite au bout de 15 minutes. Cette orbite est celle de satellites d’observation civils et militaires, de satellites météorologiques, de satellites scientifiques pour la recherche de matériaux ou la recherche biologique ou de satellites scientifiques astronomiques. De même, les vols habités utilisent uniquement une orbite terrestre basse. De plus en plus de satellites de télécommunications sont aussi placés sur ce type d’orbite. Mais pour assurer la couverture permanente d’un point sur la surface terrestre par des satellites en LEO, il faut un nombre important de satellites – entre 25 et 75 – que l’on désigne en règle générale par le terme de constellation. Deux exemples représentatifs de telles constellations : la flotte Globalstar et le projet de système européen de navigation par satellite Galileo.

Orbite HEO (également désignée par MEO – Medium Earth Orbit). Ce type d’orbite moyenne, presque circulaire, est situé à une distance de la Terre comprise entre 5000 et 20 000 km. Les satellites utilisant l’orbite HEO sont typiquement les satellites de navigation.

Orbite située dans le plan de l’Equateur, à près de 36 000 km. Un satellite géostationnaire orbite autour de la Terre dans la même direction et à la même vitesse angulaire que la surface de la Terre, en conservant la même orientation par rapport à celle-ci et en évoluant toujours au-dessus du même point de la Terre. Ces orbites sont utilisées en grande partie par les satellites de télécommunications et de télédiffusion ainsi que par les satellites météorologiques, tels que les satellites franco-allemands de télévision directe DSF-Kopernikus et TDF-1 ou les satellites météo de la famille Meteosat.

Orbite survolant les pôles terrestres à une altitude comprise entre 400 et 1000 kilomètres. Le satellite placé sur une orbite polaire survole toujours l’Equateur à la même heure. C’est pourquoi on nomme cette orbite également orbite héliosynchrone. A titre d’exemple, la plupart des satellites météo et de nombreux satellites de télédétection évoluant en orbite PO se trouvent à environ 850 km d’altitude au-dessus de la Terre. Leur période de révolution est de l’ordre d’une centaine de minutes. Pendant le vol du satellite d’un pôle à l’autre, la Terre tourne en-dessous du satellite et seules des bandes de la surface terrestre sont visibles. Une fois assemblées les unes aux autres, ces bandes donnent une image complète de la surface terrestre. Contrairement aux satellites géostationnaires, les satellites polaires présentent l’avantage de pouvoir observer toutes les parties de la Terre avec un seul satellite. Les satellites les plus connus évoluant sur ce type d’orbite sont les satellites ERS et Envisat.

Cette manœuvre consiste à faire passer un satellite près d’une planète afin d’utiliser son champ gravitationnel pour l’accélérer ou le freiner. Elle permet par exemple d’accélérer une sonde interplanétaire et de la propulser dans les profondeurs de l’Univers en vue de raccourcir son temps de voyage. Un exemple typique de cette partie de « billard cosmique » est fourni par la sonde Rosetta, qui se sert de l’assistance gravitationnelle de la Terre et de Vénus pour rejoindre la comète Churyumov-Gerasimenko. Cette manœuvre peut également servir à modifier la trajectoire de l’engin : c’est le cas pour la sonde européenne Ulysses qui a utilisé l’énergie de Jupiter pour rallier une orbite lui permettant de survoler les pôles solaires.

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