Satellites en orbite : mécanique et applications
Types d'orbites et vitesses cosmiques
Classification des orbites terrestres
| Type | Altitude typique | Exemple d'usage |
|---|---|---|
| LEO (basse orbite) | 300 - 2000 km | Observation, ISS, constellations (Starlink) |
| MEO (orbite moyenne) | ~20 000 km | Navigation (GPS, Galileo) |
| GEO (géostationnaire) | 35 786 km | Télécommunications, météo |
| SSO (héliosynchrone) | 600 - 800 km, orbite polaire | Imagerie terrestre à heure solaire fixe |
Orbite géostationnaire
Un satellite géostationnaire a une période égale à celle de la rotation de la Terre (jour sidéral, T = 86 164 s) et une orbite équatoriale circulaire. Il reste fixe au-dessus d'un point de l'équateur, ce qui explique son usage massif pour les télécommunications et les antennes paraboliques fixes.
Vitesses cosmiques
- Première vitesse cosmique (mise en orbite basse, r ~ rayon terrestre) : v1 = sqrt(G*M/R) ~ 7,9 km/s
- Deuxième vitesse cosmique, dite vitesse de libération (évasion du champ de gravité) : v2 = sqrt(2GM/R) = v1*sqrt(2) ~ 11,2 km/s
La vitesse de libération correspond à une énergie mécanique nulle (Em = 0) : l'objet atteint théoriquement l'infini avec une vitesse nulle.
Piège classique
Une orbite héliosynchrone n'est pas géostationnaire : elle est basse et polaire (inclinaison proche de 90 degrés), choisie pour survoler chaque point du globe à la même heure solaire locale, un atout précieux pour comparer des images prises à des dates différentes.
Remarque
Kepler énonce ses lois pour un centre attracteur fixe. En toute rigueur, pour deux corps de masses comparables, il faudrait utiliser la masse réduite et le centre de masse commun, mais l'approximation M >> m est excellente pour tout satellite artificiel autour de la Terre.