Orbites synchrones

Les principaux types d'orbites synchrones sont classés en fonction du temps qu'il leur faut pour compléter une orbite. L'adjectif synchrone fait référence au fait qu'un corps en orbite un autre (dans notre cas, la terre) dans le même sens que la rotation de la terre, et que cette orbite prend le même temps que celui nécessaire à la terre pour effectuer une rotation complète.

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    Orbites géosynchrones

    Ce sont des orbites synchrones qui ont la même période que la terre, ce qui signifie qu'une orbite complète est accomplie en 23 heures, 56 minutes et 4 secondes (la période n'est pas exactement égale à un jour). Elles entrent dans la catégorie des orbites terrestres hautes, l'altitude au-dessus de l'équateur où ces corps doivent être placés étant d'environ 36000 km.

    Note que les altitudes sont mesurées par rapport à l'équateur afin d'avoir un terrain commun pour les mesures, car la terre n'est pas une sphère parfaite.

    Les objets placés sur ces orbites ont la particularité, vus par un observateur sur la terre, de rester au même endroit dans le ciel. Cela les rend utiles pour les applications de télécommunications.

    Orbites géostationnaires

    Il s'agit d'orbites géosynchrones situées au-dessus de l'équateur. Les satellites sur ce type d'orbite auront donc toujours une vue de la même partie de la terre en dessous d'eux, ce qui les rend particulièrement adaptés aux systèmes de surveillance météorologique ou aux balises de recherche et de sauvetage.

    Orbites synchrones, orbites géostationnaires et géosynchrones, StudySmarter

    Figure 1. Orbites géostationnaires et géosynchrones. Source : gisgeography.com.

    Trouve le rayon de l'orbite et l'altitude d'un satellite gravitant autour de la terre sur une orbite géostationnaire. La terre a une masse de 5,97⋅1024 kg et un rayon r de 6,37⋅106 m, et la constante gravitationnelle G a une valeur de 6,67⋅10-11 Nm2kg-2.

    Nous commençons par assimiler la force gravitationnelle agissant sur le satellite du fait de la terre à l'équation de l'accélération centripète :

    \[\frac{G \cdot M \cdot m}{r^2} = m \cdot r \cdot \omega^2\].

    Ici, M est la masse de la terre, m est la masse du satellite, r est le rayon de l'orbite et ω est la vitesse angulaire. Cela nous donne :

    \[r^3 = \frac{G \cdot M}{\omega^2}\]

    Un satellite géostationnaire orbite autour de la terre à la même vitesse angulaire que celle de la rotation de la terre. La vitesse angulaire peut être déterminée à partir de la période de temps de la terre en secondes (nous savons que la terre effectue un tour complet une fois par jour).

    \[\omega = \frac{2 \pi}{T} = \frac{2 \pi}{(3600 \cdot 23) + (60 \cdot 56) + 4} = 7.29 \cdot 10^{-5} rad/s\]

    Cette valeur peut être introduite dans l'équation pour trouver r :

    \[r = 4,22 \cdot 10^7 m\].

    L'altitude peut être trouvée en soustrayant le rayon de la terre du rayon de l'orbite, ce qui donne l'altitude suivante :

    \[h = 3,58 \cdot 10^7 m\]

    Orbites semi-synchrones

    Il s'agit d'orbites synchrones qui ont la moitié de la période de rotation delaterre. Une orbite complète est donc accomplie en une demi-journée. Pour cela, les corps doivent être placés à une distance approximative de 20200 km, ce qui les place dans la catégorie des orbites terrestres moyennes.

    Sur ces orbites, les corps passent au même endroit toutes les 12 heures, ce qui rend les satellites sur ces orbites très utiles à des fins de géolocalisation, car un endroit particulier peut être localisé avec précision en recevant des signaux toutes les 12 heures.

    Classification des orbites synchrones en fonction de l'altitude

    Les orbites peuvent également être classées en fonction de l'altitude par rapport à la surface de la terre. Il existe trois grands types d'orbites synchrones dont les seuils ne sont pas fixes.

    Orbites terrestres basses

    Elles sont proches de la surface de la terre (c'est-à-dire 160 km - 1000 km) et sont généralement conçues pour les satellites qui recueillent des informations sur la terre. Bien que les orbites terrestres hautes comprennent des satellites de surveillance météorologique, la plupart d'entre eux se trouvent sur des orbites terrestres basses, ce qui leur permet de passer très rapidement au-dessus de nombreuses zones différentes.

    Les orbites terrestres basses sont également utilisées pour les communications, car leur lancement est moins coûteux que celui des satellites en orbite plus haute et nécessite des émetteurs moins puissants. De nombreux satellites scientifiques recueillant des informations sur les conditions de la Terre se trouvent sur ce type d'orbite. Les satellites sont en orbite à des vitesses angulaires différentes, ce qui signifie qu'ils ne restent pas au même endroit et que l'ensemble de la surface peut être balayé. Ces orbites se situent généralement dans un plan qui inclut le pôle nord et le pôle sud afin de couvrir la plus grande partie possible de la terre.

    Orbites terrestres moyennes

    Ce sont des orbites comme les semi-synchrones qui ont généralement une fonction spécifique grâce à un réglage particulier de la distance radiale pour obtenir une période et une forme spécifiques. Leur distance varie de 2000 km à 35786 km. Il existe par exemple une orbite appelée Molniya, qui permet aux satellites d'observer et de surveiller très efficacement les zones de haute latitude. Il s'agit toutefois d'une orbite elliptique.

    Les orbites terrestres moyennes sont principalement utilisées pour la navigation et les communications.

    Orbites synchrones, orbite de Molniya, StudySmarter

    Figure 2. Orbite de Molniya. Source : earthobservatory.nasa.gov.

    Orbites terrestres hautes

    Il s'agit d'orbites très éloignées de la surface de la terre (c'est-à-dire 35786 km et au-delà). Leurs principales utilisations vont de la surveillance météorologique et des balises de sécurité et de sauvetage ou des télécommunications à la collecte d'informations sur le système solaire et l'univers en raison de l'absence d'interférences. Il existe, par exemple, d'importants télescopes placés à certains endroits qui nous ont permis d'étudier en profondeur le soleil, ses cycles et ses propriétés.

    Orbites synchrones - Principaux enseignements

    • Les orbites fermées que les satellites suivent autour de la terre sont généralement synchronisées avec la rotation de la terre.
    • Les orbites synchrones sont classées en fonction de leur période de rotation.
    • Les objets en orbite synchrone sont dits en orbite haute, moyenne ou basse, en fonction de leur altitude par rapport à la surface de la terre.
    Questions fréquemment posées en Orbites synchrones
    Qu'est-ce qu'une orbite synchrone?
    Une orbite synchrone est une orbite où le satellite tourne autour de la Terre à la même vitesse que la rotation de la Terre, restant toujours au-dessus du même point.
    Quelle est la hauteur d'une orbite synchrone?
    La hauteur d'une orbite synchrone est généralement d'environ 35 786 kilomètres au-dessus de l'équateur terrestre.
    Quels sont les usages des satellites en orbite synchrone?
    Les satellites en orbite synchrone sont utilisés pour les communications, la diffusion de télévision, et les prévisions météo puisqu'ils restent fixes par rapport à un point sur la Terre.
    Comment un satellite atteint-il une orbite synchrone?
    Un satellite atteint une orbite synchrone par l'utilisation d'un lanceur qui le place à la hauteur correcte et le propulse pour qu'il atteigne la vitesse orbitale nécessaire.

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