Satellites Artificiels

INTRODUCTION

Le premier satellite artificiel, SPOUTNIK-1, a été lancé par l'URSS le 4 octobre 1957… Depuis, de nombreux objets ont suivi cette petite boule de 80 Kg. Les premiers satellites ont été lancés dans un contexte à la fois scientifique mais aussi dans le contexte de la confrontation américano-russe. Aujourd'hui, la confrontation et las conflits d'intérêts n'ont pas disparu mais l'usage du satellite s'est diversifié: Usage commercial en télécommunication, ou télévision directe,

Usage scientifique, d'observation de la terre, Usage militaire d'observation optique ou radar, Aide à la navigation (GPS etc …)

Ce modeste exposé vise à présenter qu’est ce qu’un satellite.

Auparavant, on tentera de définir où commence le vide. On abordera ensuite un point important, celui des orbites vues du sol, autrement dit des traces au sol des satellites qui sont déterminantes pour l'utilisation des satellites. Enfin on passera en revue les principales utilisations des satellites et l'occupation actuelle de l'espace au voisinage de la terre.

I-GENERALITES SUR LES SATELLITES ARTIFICIELS

1-Définition

Un satellite artificiel est un appareil issu de l'activité de l'Homme et mis en orbite par lui. Ces termes désignent donc un objet humain envoyé dans l'espace et animé d'un mouvement périodique autour d'un corps de masse prépondérante, ce mouvement étant principalement déterminé par le champ de gravité de ce dernier et les lois de Kepler.

2-Historique

Le premier satellite artificiel Spoutnik I est lancé par l'URSS le 4 octobre 1957 et constitue le point de départ de la course à l'espace entre l'URSS et les États-Unis. Spoutnik 2, lancé le 3 novembre 1957 place en orbite pour la première fois une créature vivante, la chienne Laïka. Les États-Unis, dont le programme spatial avait pris du retard, placent en orbite leur premier satellite (Explorer I) le 31 janvier 1958. En juin 1961, 3 ans et demi après Spoutnik 1, l'US Air Force détectait près de 115 satellites en orbite autour de la Terre. Les premiers satellites sont utilisés pour des études scientifiques. Les variations de l'orbite de Spoutnik 1 permettent de mieux connaître la densité des couches atmosphériques supérieures. Depuis cette époque, plus de 5 000 satellites artificiels ont été mis en orbite.

3-Mise en orbite d’un satellite artificiel

Un objet lancé à la surface de la Terre décrit une trajectoire parabolique qui le ramène au sol sous l'influence de la gravité terrestre (cas A sur le schéma). Plus la vitesse initiale de l'objet est importante plus le point de chute est éloigné (cas B). Lorsqu'une certaine vitesse est atteinte, l'objet chute mais sans jamais atteindre le sol du fait de la courbure de la Terre (cas C). Pour que l'objet conserve indéfiniment sa vitesse, il faut toutefois que celui-ci se déplace dans le vide au-dessus de l'atmosphère, là où aucune force de traînée (frottement) ne s'exerce : à cette altitude en application du principe d'inertie aucune énergie n'est en effet nécessaire pour maintenir son mouvement.

Pour qu'un objet soit satellisé autour de la Terre il faut que sa vitesse radiale par rapport au centre la Terre (la vitesse d'injection) soit de 7 700 mètres par seconde pour une orbite circulaire à 200 km au-dessus de la Terre (au-dessous de cette altitude la traînée est trop importante). Si on communique une vitesse supérieure à un satellite circulant à la même altitude, l'orbite devient elliptique (cas D sur le schéma) : le point de l'ellipse le plus rapproché de la Terre est le périgée et le point le plus éloigné est l'apogée. Si la vitesse dépasse 11 kilomètres par seconde (cas E), le satellite échappe à l'attraction terrestre : c'est la vitesse de libération de la Terre qu'il est nécessaire de communiquer à une sonde spatiale pour qu'elle puisse être envoyée vers d'autres planètes du Système solaire.

La vitesse de satellisation minimale est proportionnelle à la gravité - et donc à la masse - du corps céleste autour duquel le satellite doit orbiter : un objet qui décolle du sol lunaire a besoin d'une vitesse horizontale beaucoup plus faible pour être satellisé (4 fois plus faible que la Terre : 1,7 km/s).

La trajectoire d'un satellite artificiel ou naturel est régie par les 3 lois formulées par Kepler s'appliquant au déplacement d'un objet gravitant autour d'un corps céleste :

loi I : l’orbite du satellite a la forme d’une ellipse dont un des deux foyers se trouve au centre du corps céleste (par exemple la Terre) autour duquel il gravite ; une orbite circulaire est un cas particulier de l’ellipse dont les deux foyers sont confondus au centre de la Terre. La forme de l'ellipse peut être définie par :

la distance rp du point de l'orbite le plus proche de la Terre (le périgée) au centre de la Terre,

la distance ra du point de l'orbite le plus éloigné de la Terre (l'apogée) au centre de la Terre,

On utilise généralement à la place :

le demi-axe a défini par la formule 2a = rp + ra,

l'excentricité e qui définit l'allongement de l'ellipse et peut être calculée par la formule e = 1-rp/a. Elle prend une valeur comprise entre 0 et 1 : 0 correspond à une orbite circulaire et plus la valeur est proche de 1 plus l'orbite est allongée ;

loi II : le satellite se déplace d’autant plus vite qu’il est proche du corps céleste ; plus précisément la droite qui joint le centre du corps céleste au satellite balaie toujours une aire égale dans un intervalle de temps donné ;

loi III : le carré de la période de rotation du satellite autour du corps céleste varie comme le cube de la longueur du grand axe de l’ellipse. Si l’orbite est circulaire, le grand axe est alors le rayon du cercle.

II-IMPORTANCE DES SATELLITES ARTIFICIELS

Les satellites jouent désormais un rôle important à la fois

...