Orbite équatoriale. Orbite géostationnaire

Tout comme les sièges d’un théâtre offrent différentes perspectives sur un spectacle, différentes orbites de satellites offrent des perspectives, chacune ayant un objectif différent. Certains semblent planer au-dessus d’un point de la surface, offrant une vue constante d’un côté de la Terre, tandis que d’autres font le tour de notre planète, passant au-dessus de nombreux endroits au cours d’une journée.

Types d'orbites

A quelle altitude volent les satellites ? Il existe 3 types d’orbites géocroiseurs : haute, moyenne et basse. Au niveau le plus élevé, le plus éloigné de la surface, se trouvent généralement de nombreux satellites météorologiques et certains satellites de communication. Les satellites tournant en orbite terrestre moyenne comprennent des satellites de navigation et des satellites spéciaux conçus pour surveiller une région spécifique. La plupart des vaisseaux spatiaux scientifiques, y compris la flotte du système d'observation de la Terre de la NASA, sont en orbite basse.

La vitesse de leur déplacement dépend de l'altitude à laquelle volent les satellites. À mesure que l’on s’approche de la Terre, la gravité devient plus forte et le mouvement s’accélère. Par exemple, le satellite Aqua de la NASA met environ 99 minutes pour orbiter autour de notre planète à une altitude d'environ 705 km, tandis qu'un appareil météorologique situé à 35 786 km de la surface met 23 heures, 56 minutes et 4 secondes. À une distance de 384 403 km du centre de la Terre, la Lune effectue une révolution en 28 jours.

Paradoxe aérodynamique

Changer l'altitude du satellite modifie également sa vitesse orbitale. Il y a un paradoxe ici. Si un opérateur de satellite souhaite augmenter sa vitesse, il ne peut pas simplement allumer les moteurs pour l'accélérer. Cela augmentera l'orbite (et l'altitude), entraînant une diminution de la vitesse. Au lieu de cela, vous devez démarrer les moteurs dans la direction opposée à la direction du mouvement du satellite, c'est-à-dire effectuer une action qui, sur Terre, ralentirait le mouvement. véhicule. Cette action le déplacera plus bas, permettant une vitesse accrue.

Caractéristiques de l'orbite

En plus de l'altitude, la trajectoire d'un satellite est caractérisée par l'excentricité et l'inclinaison. Le premier concerne la forme de l’orbite. Un satellite à faible excentricité se déplace selon une trajectoire proche du circulaire. Une orbite excentrique a la forme d’une ellipse. La distance entre le vaisseau spatial et la Terre dépend de sa position.

L'inclinaison est l'angle de l'orbite par rapport à l'équateur. Un satellite qui orbite directement au-dessus de l’équateur a une inclinaison nulle. Si un vaisseau spatial passe au-dessus du nord et pôles sud(géographique et non magnétique), son inclinaison est de 90°.

Tous ensemble - hauteur, excentricité et inclinaison - déterminent le mouvement du satellite et l'apparence de la Terre de son point de vue.

Haute proximité de la Terre

Lorsque le satellite atteint exactement 42 164 km du centre de la Terre (environ 36 000 km de la surface), il entre dans une zone où son orbite correspond à la rotation de notre planète. Puisque l’engin se déplace à la même vitesse que la Terre, c’est-à-dire que sa période orbitale est de 24 heures, il semble rester stationnaire sur une seule longitude, bien qu’il puisse dériver du nord au sud. Cette orbite haute spéciale est appelée géosynchrone.

Le satellite se déplace sur une orbite circulaire directement au-dessus de l'équateur (l'excentricité et l'inclinaison sont nulles) et reste stationnaire par rapport à la Terre. Il est toujours situé au-dessus du même point de sa surface.

L'orbite de Molniya (inclinaison 63,4°) est utilisée pour l'observation aux hautes latitudes. Les satellites géostationnaires sont liés à l'équateur et ne conviennent donc pas aux régions de l'extrême nord ou du sud. Cette orbite est assez excentrique : le vaisseau spatial se déplace selon une ellipse allongée avec la Terre située près d'un bord. Le satellite étant accéléré par la gravité, il se déplace très rapidement lorsqu’il s’approche de notre planète. À mesure qu'il s'éloigne, sa vitesse ralentit, de sorte qu'il passe plus de temps au sommet de son orbite, à l'extrémité la plus éloignée de la Terre, dont la distance peut atteindre 40 000 km. La période orbitale est de 12 heures, mais le satellite passe environ les deux tiers de ce temps sur un hémisphère. Telle une orbite semi-synchrone, le satellite suit le même trajet toutes les 24 heures. Il est utilisé pour les communications dans l'extrême nord ou dans le sud.

Faible proche de la Terre

La plupart des satellites scientifiques, de nombreux satellites météorologiques et la station spatiale sont sur une orbite terrestre basse presque circulaire. Leur inclinaison dépend de ce qu'ils surveillent. TRMM a été lancé pour surveiller les précipitations sous les tropiques, il a donc une inclinaison relativement faible (35°), restant proche de l'équateur.

De nombreux satellites du système d'observation de la NASA ont une orbite quasi polaire à forte inclinaison. Le vaisseau spatial se déplace autour de la Terre d’un pôle à l’autre sur une période de 99 minutes. La moitié du temps, il passe au-dessus du côté jour de notre planète et, au pôle, il se tourne vers le côté nuit.

À mesure que le satellite se déplace, la Terre tourne en dessous. Au moment où le véhicule se déplace vers la zone éclairée, il se trouve au-dessus de la zone adjacente à la zone de sa dernière orbite. Sur une période de 24 heures, les satellites polaires couvrent la majeure partie de la Terre à deux reprises : une fois de jour et une fois de nuit.

Orbite héliosynchrone

Tout comme les satellites géosynchrones doivent être situés au-dessus de l'équateur, ce qui leur permet de rester au-dessus d'un point, les satellites en orbite polaire ont la capacité de rester au même moment. Leur orbite est héliosynchrone : lorsque le vaisseau spatial traverse l'équateur, le signal local heure solaire toujours le même. Par exemple, le satellite Terra le traverse toujours au-dessus du Brésil à 10h30. La prochaine traversée 99 minutes plus tard au-dessus de l'Équateur ou de la Colombie a également lieu à 10h30, heure locale.

Une orbite héliosynchrone est essentielle pour la science car elle permet lumière du soleilà la surface de la Terre, même si cela varie en fonction de la saison. Cette cohérence permet aux scientifiques de comparer les images de notre planète d'une même saison sur plusieurs années sans se soucier des sauts de lumière trop importants, qui pourraient créer l'illusion d'un changement. Sans une orbite héliosynchrone, il serait difficile de les suivre dans le temps et de collecter les informations nécessaires à l’étude du changement climatique.

Le chemin du compagnon ici est très limité. Si elle se situe à 100 km d'altitude, l'orbite devrait avoir une inclinaison de 96°. Tout écart sera inacceptable. Étant donné que la résistance atmosphérique et la force gravitationnelle du Soleil et de la Lune modifient l’orbite du vaisseau spatial, celle-ci doit être ajustée régulièrement.

Injection en orbite : lancement

Le lancement d'un satellite nécessite de l'énergie dont la quantité dépend de l'emplacement du site de lancement, de la hauteur et de l'inclinaison de la trajectoire future de son mouvement. Se rendre sur une orbite lointaine nécessite plus d’énergie. Les satellites avec une inclinaison importante (par exemple les satellites polaires) sont plus énergivores que ceux qui tournent autour de l'équateur. L'insertion sur une orbite à faible inclinaison est facilitée par la rotation de la Terre. se déplace selon un angle de 51,6397°. Cela est nécessaire pour que les navettes spatiales et missiles russes c'était plus facile de l'atteindre. La hauteur de l'ISS est de 337 à 430 km. Les satellites polaires, en revanche, ne reçoivent aucune aide de l'impulsion terrestre, ils ont donc besoin de plus d'énergie pour parcourir la même distance.

Ajustement

Une fois qu'un satellite est lancé, des efforts doivent être faits pour le maintenir sur une certaine orbite. La Terre n’étant pas une sphère parfaite, sa gravité est plus forte à certains endroits. Cette inégalité, ainsi que l'attraction gravitationnelle du Soleil, de la Lune et de Jupiter (la planète la plus massive système solaire), modifie l'inclinaison de l'orbite. Tout au long de leur durée de vie, les satellites GOES ont été réglés trois ou quatre fois. Les véhicules en orbite basse de la NASA doivent ajuster leur inclinaison chaque année.

De plus, les satellites géocroiseurs sont affectés par l’atmosphère. Les couches supérieures, bien qu'assez raréfiées, exercent une résistance suffisamment forte pour les rapprocher de la Terre. L'action de la gravité entraîne l'accélération des satellites. Au fil du temps, ils brûlent, descendant en spirale plus bas et plus rapidement dans l’atmosphère ou tombant sur Terre.

La traînée atmosphérique est plus forte lorsque le Soleil est actif. Tout comme l'air à l'intérieur montgolfière se dilate et s'élève lorsqu'elle est chauffée, l'atmosphère monte et se dilate lorsque le Soleil lui donne de l'énergie supplémentaire. De fines couches de l’atmosphère s’élèvent et des couches plus denses prennent leur place. Par conséquent, les satellites en orbite autour de la Terre doivent changer de position environ quatre fois par an pour compenser la traînée atmosphérique. Lorsque l'activité solaire est maximale, la position de l'appareil doit être ajustée toutes les 2-3 semaines.

Débris spatiaux

La troisième raison qui force un changement d’orbite est la présence de débris spatiaux. L'un des satellites de communication d'Iridium est entré en collision avec un vaisseau spatial russe en panne. Ils se sont écrasés, créant un nuage de débris composé de plus de 2 500 morceaux. Chaque élément a été ajouté à la base de données, qui comprend aujourd'hui plus de 18 000 objets d'origine humaine.

La NASA surveille attentivement tout ce qui peut se trouver sur le chemin des satellites, car les orbites ont déjà dû être modifiées à plusieurs reprises en raison de débris spatiaux.

Les ingénieurs surveillent la position des débris spatiaux et des satellites susceptibles de gêner le mouvement et planifient soigneusement les manœuvres d'évitement si nécessaire. La même équipe planifie et exécute des manœuvres pour ajuster l'inclinaison et l'altitude du satellite.

Un satellite terrestre est tout objet qui se déplace le long d’une trajectoire courbe autour d’une planète. La lune est originale satellite naturel La Terre, et il existe de nombreux satellites artificiels, généralement en orbite proche de la Terre. La trajectoire suivie par un satellite est une orbite, qui prend parfois la forme d'un cercle.

Contenu:

Pour comprendre pourquoi les satellites se déplacent comme ils le font, il faut revenir à notre ami Newton. existe entre deux objets quelconques de l'Univers. Sans cette force, un satellite se déplaçant à proximité de la planète continuerait à se déplacer à la même vitesse et dans la même direction – en ligne droite. Cependant, cette trajectoire inertielle rectiligne du satellite est contrebalancée par une forte attraction gravitationnelle dirigée vers le centre de la planète.

Orbites de satellites artificiels de la Terre

Parfois, l'orbite d'un satellite ressemble à une ellipse, un cercle écrasé qui se déplace autour de deux points appelés foyers. Les mêmes lois fondamentales du mouvement s’appliquent, sauf que la planète se trouve à l’un des foyers. En conséquence, la force nette appliquée au satellite n’est pas uniforme sur toute l’orbite et la vitesse du satellite change constamment. Il se déplace le plus rapidement lorsqu’il est le plus proche de la Terre – un point appelé périgée – et le plus lentement lorsqu’il est le plus éloigné de la Terre – un point appelé apogée.

Il existe de nombreuses orbites de satellites différentes autour de la Terre. Celles qui retiennent le plus l’attention sont les orbites géostationnaires car elles sont stationnaires sur un point précis de la Terre.

L'orbite choisie pour un satellite artificiel dépend de son application. Par exemple, la télévision en direct utilise l’orbite géostationnaire. De nombreux satellites de communication utilisent également l'orbite géostationnaire. D'autres systèmes satellitaires, tels que les téléphones satellites, peuvent utiliser des orbites terrestres basses.

De même, les systèmes satellitaires utilisés pour la navigation, tels que Navstar ou Global Positioning (GPS), occupent une orbite terrestre relativement basse. Il existe également de nombreux autres types de satellites. Des satellites météorologiques aux satellites de recherche. Chacun aura son propre type d’orbite en fonction de son application.

L'orbite réelle du satellite terrestre choisie dépendra de facteurs tels que sa fonction et la zone dans laquelle il doit desservir. Dans certains cas, l'orbite du satellite terrestre peut atteindre 100 miles (160 km) pour une orbite terrestre basse LEO, tandis que d'autres peuvent atteindre plus de 22 000 miles (36 000 km) comme dans le cas d'une orbite terrestre basse GEO.

Le premier satellite terrestre artificiel

Le premier satellite artificiel terrestre a été lancé le 4 octobre 1957. Union soviétique et fut le premier satellite artificiel de l'histoire.

Spoutnik 1 était le premier de plusieurs satellites lancés par l'Union soviétique dans le cadre du programme Spoutnik, dont la plupart ont été couronnés de succès. Le satellite 2 a suivi le deuxième satellite en orbite et également le premier à embarquer un animal, une chienne nommée Laika. Spoutnik 3 a connu le premier échec.

Le premier satellite terrestre avait une masse approximative de 83 kg, possédait deux émetteurs radio (20,007 et 40,002 MHz) et tournait autour de la Terre à une distance de 938 km de son apogée et de 214 km à son périgée. L'analyse des signaux radio a été utilisée pour obtenir des informations sur la concentration d'électrons dans l'ionosphère. La température et la pression étaient codées pendant toute la durée des signaux radio qu'il émettait, indiquant que le satellite n'était pas perforé par une météorite.

Le premier satellite terrestre était une sphère en aluminium d'un diamètre de 58 cm, dotée de quatre antennes longues et fines allant de 2,4 à 2,9 m de longueur. Les antennes ressemblaient à de longues moustaches. Le vaisseau spatial a reçu des informations sur la densité couches supérieures atmosphère et propagation des ondes radio dans l’ionosphère. Instruments et sources énergie électriqueétaient logés dans une capsule qui comprenait également des émetteurs radio fonctionnant à 20,007 et 40,002 MHz (longueur d'onde d'environ 15 et 7,5 m), les émissions étaient effectuées en groupes alternés d'une durée de 0,3 s. La télémétrie au sol comprenait des données de température à l'intérieur et à la surface de la sphère.

Comme la sphère était remplie d’azote sous pression, Spoutnik 1 a eu pour la première fois l’occasion de détecter des météorites, mais ce n’est pas le cas. La perte de pression à l’intérieur, due à la pénétration vers la surface extérieure, se reflétait dans les données de température.

Types de satellites artificiels

Satellites artificiels il y a différents types, formes, tailles et jouent différents rôles.

Satellites météorologiques aider les météorologues à prédire le temps ou à voir ce qui se passe ce moment. Un bon exemple est le satellite géostationnaire opérationnel environnemental (GOES). Ces satellites terrestres contiennent généralement des caméras capables de renvoyer des photos météo terrestre, soit à partir de positions géostationnaires fixes, soit à partir d'orbites polaires.
Communications satellites permettre la transmission de conversations téléphoniques et d'informations par satellite. Les satellites de communication typiques incluent Telstar et Intelsat. La caractéristique la plus importante d'un satellite de communication est le transpondeur, un récepteur radio qui capte une conversation sur une fréquence, puis l'amplifie et la retransmet vers la Terre sur une fréquence différente. Un satellite contient généralement des centaines, voire des milliers de transpondeurs. Les satellites de communication sont généralement géosynchrones.
Satellites de diffusion transmettre des signaux de télévision d'un point à un autre (semblable aux satellites de communication).
Satellites scientifiques, comme Cosmic télescope Hubble, réalisent toutes sortes de missions scientifiques. Ils examinent tout, des taches solaires aux rayons gamma.
Satellites de navigation aider les navires et les avions à naviguer. Les plus connus sont les satellites GPS NAVSTAR.
Satellites de sauvetage réagir aux signaux d'interférence radio.
Satellites d'observation de la Terre vérifier la planète pour détecter tout changement, de la température à la couverture forestière en passant par la couverture de glace. Les plus connues sont la série Landsat.
Satellites militaires La Terre est en orbite, mais la plupart de les informations réelles sur la situation restent secrètes. Les satellites pourraient inclure des relais de communications cryptés, une surveillance nucléaire, une surveillance des mouvements ennemis, une alerte précoce en cas de lancement de missiles, une écoute clandestine des liaisons radio terrestres, une imagerie radar et une photographie (en utilisant essentiellement de grands télescopes qui photographient des zones d'intérêt militaire).

La Terre depuis un satellite artificiel en temps réel

Images de la Terre provenant d'un satellite artificiel, diffusées en temps réel par la NASA depuis la Station spatiale internationale. Les images sont capturées par quatre caméras haute résolution, isolé de basses températures, nous permettant de nous sentir plus proches de l’espace que jamais.

L'expérience (HDEV) à bord de l'ISS a été activée le 30 avril 2014. Il est monté sur le mécanisme de chargement externe du module Columbus de l'Agence spatiale européenne. Cette expérience implique plusieurs caméras vidéo haute définition enfermées dans un boîtier.

Conseil; mettre le lecteur en HD et plein écran. Il y a des moments où l'écran sera noir, cela peut être pour deux raisons : la station passe par une zone orbitale où elle se trouve la nuit, l'orbite dure environ 90 minutes. Ou l'écran s'assombrit lorsque les caméras changent.

Combien y a-t-il de satellites en orbite terrestre en 2018 ?

Selon l'Indice des objets lancés dans l'espace extra-atmosphérique du Bureau des Nations Unies pour les affaires spatiales (UNOOSA), il y a actuellement quelque 4 256 satellites sur l'orbite terrestre, soit une hausse de 4,39 % par rapport à l'année dernière.

221 satellites ont été lancés en 2015, le deuxième plus grand nombre en une seule année, bien qu'il soit inférieur au nombre record de 240 lancés en 2014. L’augmentation du nombre de satellites en orbite autour de la Terre est inférieure à celle lancée l’année dernière car les satellites ont une durée de vie limitée. Les grands satellites de communication durent 15 ans ou plus, tandis que les petits satellites tels que les CubeSats ne peuvent espérer une durée de vie que de 3 à 6 mois.

Combien de ces satellites en orbite autour de la Terre sont opérationnels ?

L'Union des Scientifiques (UCS) clarifie lesquels de ces satellites en orbite fonctionnent, et ce n'est pas autant que vous le pensez ! Il n’existe actuellement que 1 419 satellites terrestres opérationnels, soit seulement environ un tiers du nombre total en orbite. Cela signifie qu’il y a beaucoup de métal inutile autour de la planète ! C'est pourquoi les entreprises s'intéressent beaucoup à la manière dont elles capturent et renvoient les débris spatiaux, en utilisant des techniques telles que des filets spatiaux, des frondes ou des voiles solaires.

Que font tous ces satellites ?

Selon l'UCS, les principaux objectifs des satellites opérationnels sont :

Communications - 713 satellites
Observation/science de la Terre - 374 satellites
Démonstration/développement technologique utilisant 160 satellites
Navigation & GPS - 105 satellites
Sciences spatiales - 67 satellites

Il convient de noter que certains satellites ont des objectifs multiples.

À qui appartiennent les satellites de la Terre ?

Il est intéressant de noter qu’il existe quatre principaux types d’utilisateurs dans la base de données UCS, même si 17 % des satellites appartiennent à plusieurs utilisateurs.

94 satellites enregistrés par des civils : ils sont généralement les établissements d'enseignement, bien qu'il existe d'autres organisations nationales. 46 % de ces satellites ont pour objectif de développer des technologies telles que les sciences de la Terre et de l'espace. Les observations représentent 43 % supplémentaires.
579 appartiennent à des utilisateurs commerciaux : organisations commerciales et organismes d'État qui souhaitent vendre les données qu'ils collectent. 84 % de ces satellites sont axés sur les services de communications et de positionnement mondial ; les 12 % restants sont des satellites d’observation de la Terre.
401 satellites appartiennent à des utilisateurs gouvernementaux : principalement des organisations spatiales nationales, mais aussi d'autres satellites nationaux et internationaux. organismes internationaux. 40 % d’entre eux sont des satellites de communications et de positionnement global ; 38 % supplémentaires se concentrent sur l'observation de la Terre. Sur le reste, le développement des sciences et technologies spatiales représente respectivement 12 % et 10 %.
345 satellites appartiennent à l'armée : là encore, l'accent est mis sur les systèmes de communication, d'observation de la Terre et de positionnement global, 89 % des satellites ayant l'un de ces trois objectifs.

De combien de satellites les pays disposent-ils ?

Selon l'UNOOSA, environ 65 pays ont lancé des satellites, bien que la base de données UCS ne compte que 57 pays enregistrés utilisant des satellites, et que certains satellites soient répertoriés auprès d'opérateurs conjoints/multinationaux. Le plus grand:

États-Unis avec 576 satellites
La Chine avec 181 satellites
La Russie avec 140 satellites
Le Royaume-Uni compte 41 satellites et participe à 36 satellites supplémentaires exploités par l’Agence spatiale européenne.

Rappelez-vous quand vous regardez !
La prochaine fois que vous regarderez le ciel nocturne, rappelez-vous qu’entre vous et les étoiles, il y a environ deux millions de kilogrammes de métal qui entourent la Terre !

Point debout

où est la masse du satellite, est la masse de la Terre en kilogrammes, est la constante gravitationnelle et est la distance en mètres du satellite au centre de la Terre ou, dans ce cas, le rayon de l'orbite.

La grandeur de la force centrifuge est égale à :

où est l'accélération centripète qui se produit lors d'un mouvement circulaire en orbite.

Comme vous pouvez le constater, la masse du satellite est présente comme facteur dans les expressions de la force centrifuge et de la force gravitationnelle, c'est-à-dire que l'altitude de l'orbite ne dépend pas de la masse du satellite, ce qui est vrai pour toutes les orbites et est une conséquence de l’égalité des masses gravitationnelle et inertielle. Par conséquent, l'orbite géostationnaire est déterminée uniquement par l'altitude à laquelle la force centrifuge sera égale en ampleur et en direction opposée à la force gravitationnelle créée par la gravité terrestre à une altitude donnée.

L'accélération centripète est égale à :

où est la vitesse angulaire de rotation du satellite, en radians par seconde.

Apportons une précision importante. En fait, l'accélération centripète n'a de signification physique que dans un référentiel inertiel, tandis que la force centrifuge est une force dite imaginaire et se produit exclusivement dans des référentiels (coordonnées) associés aux corps en rotation. La force centripète (dans ce cas, la force de gravité) provoque une accélération centripète. En valeur absolue, l'accélération centripète dans le référentiel inertiel est égale à l'accélération centrifuge dans le référentiel associé dans notre cas au satellite. Par conséquent, en outre, compte tenu de la remarque faite, nous pouvons utiliser le terme « accélération centripète » avec le terme « force centrifuge ».

En assimilant les expressions des forces gravitationnelles et centrifuges à la substitution de l'accélération centripète, nous obtenons :

En réduisant, en traduisant vers la gauche et vers la droite, on obtient :

Cette expression peut s'écrire différemment, en la remplaçant par la constante gravitationnelle géocentrique :

La vitesse angulaire est calculée en divisant l'angle parcouru par tour (radians) par la période de révolution (le temps nécessaire pour effectuer un tour). tour complet orbite : un jour sidéral, soit 86 164 secondes). On a:

rad/s

Le rayon orbital résultant est de 42 164 km. En soustrayant le rayon équatorial de la Terre, 6 378 km, nous obtenons une altitude de 35 786 km.

Vous pouvez faire les calculs d'une autre manière. L'altitude de l'orbite géostationnaire est la distance du centre de la Terre à laquelle la vitesse angulaire du satellite, coïncidant avec la vitesse angulaire de rotation de la Terre, génère une vitesse orbitale (linéaire) égale à la première vitesse de fuite (pour assurer une orbite circulaire) à une altitude donnée.

La vitesse linéaire d'un satellite se déplaçant avec une vitesse angulaire à distance du centre de rotation est égale à

La première vitesse de fuite à distance d'un objet de masse est égale à

En assimilant les membres droits des équations, on arrive à l'expression obtenue précédemment rayon BSG :

Vitesse orbitale

La vitesse de déplacement en orbite géostationnaire est calculée en multipliant la vitesse angulaire par le rayon orbital :

km/s

C'est environ 2,5 fois inférieur à la première vitesse de fuite de 8 km/s en orbite terrestre basse (avec un rayon de 6 400 km). Puisque le carré de la vitesse pour une orbite circulaire est inversement proportionnel à son rayon,

alors la diminution de la vitesse par rapport à la première vitesse cosmique est obtenue en augmentant le rayon orbital de plus de 6 fois.

Longueur de l'orbite

Longueur de l'orbite géostationnaire : . Avec un rayon orbital de 42 164 km, on obtient une longueur orbitale de 264 924 km.

La longueur de l’orbite est extrêmement importante pour calculer les « points d’arrêt » des satellites.

Maintenir un satellite en position orbitale en orbite géostationnaire

Un satellite en orbite géostationnaire est sous l'influence d'un certain nombre de forces (perturbations) qui modifient les paramètres de cette orbite. Ces perturbations incluent notamment les perturbations gravitationnelles lunaires-solaires, l’influence de l’inhomogénéité du champ gravitationnel terrestre, l’ellipticité de l’équateur, etc. La dégradation orbitale s’exprime par deux phénomènes principaux :

1) Le satellite se déplace le long de l'orbite depuis sa position orbitale d'origine vers l'un des quatre points d'équilibre stable, appelés. des « trous d'orbite géostationnaires potentiels » (leurs longitudes sont 75,3°E, 104,7°W, 165,3°E et 14,7°W) au-dessus de l'équateur terrestre ;

2) L'inclinaison de l'orbite par rapport à l'équateur augmente (à partir du 0 initial) à un rythme d'environ 0,85 degrés par an et atteint une valeur maximale de 15 degrés en 26,5 ans.

Pour compenser ces perturbations et maintenir le satellite au point stationnaire désigné, le satellite est équipé d'un système de propulsion (fusée chimique ou électrique). En allumant périodiquement les moteurs de faible poussée (correction « nord-sud » pour compenser l'augmentation de l'inclinaison orbitale et « ouest-est » pour compenser la dérive le long de l'orbite), le satellite est maintenu au point stationnaire désigné. De telles inclusions sont effectuées plusieurs fois tous les quelques jours (10-15). Il est significatif que la correction nord-sud nécessite une augmentation significativement plus importante de la vitesse caractéristique (environ 45 à 50 m/s par an) que la correction longitudinale (environ 2 m/s par an). Pour assurer la correction de l'orbite du satellite tout au long de sa durée de vie (12-15 ans pour les satellites de télévision modernes), un approvisionnement important en carburant à bord est nécessaire (des centaines de kilogrammes, dans le cas de l'utilisation d'un moteur chimique). Chimique moteur de fusée Le satellite dispose d'une alimentation en carburant volumétrique (gaz de charge-hélium) et fonctionne avec des composants durables à haut point d'ébullition (généralement de la diméthylhydrazine asymétrique et du tétroxyde de diazote). Un certain nombre de satellites sont équipés de moteurs à plasma. Leur poussée est nettement inférieure à celle des produits chimiques, mais leur plus grande efficacité permet (grâce à un fonctionnement à long terme, mesuré en dizaines de minutes pour une seule manœuvre) de réduire radicalement la masse de carburant requise à bord. Le choix du type de système de propulsion est déterminé par des caractéristiques techniques appareil.

Le même système de propulsion est utilisé, si nécessaire, pour manœuvrer le satellite vers une autre position orbitale. Dans certains cas, généralement à la fin de la vie du satellite, pour réduire la consommation de carburant, la correction de l'orbite nord-sud est arrêtée et le carburant restant est utilisé uniquement pour la correction ouest-est.

La réserve de carburant est le principal facteur limitant la durée de vie d'un satellite en orbite géostationnaire.

Inconvénients de l'orbite géostationnaire

Retard du signal

Les communications via des satellites géostationnaires se caractérisent par des retards importants dans la propagation des signaux. Avec une altitude orbitale de 35 786 km et une vitesse de la lumière d’environ 300 000 km/s, le trajet du faisceau Terre-satellite nécessite environ 0,12 s. Trajet du faisceau « Terre (émetteur) → satellite → Terre (récepteur) » ≈0,24 s. Le ping (réponse) sera d'une demi-seconde (plus précisément 0,48 s). Compte tenu du retard du signal dans les équipements satellitaires et les équipements des services au sol, le retard total du signal sur la route « Terre → satellite → Terre » peut atteindre 2 à 4 secondes. Ce délai rend impossible l'utilisation des communications par satellite utilisant GSO dans divers services en temps réel (par exemple dans les jeux en ligne).

Invisibilité du GSO depuis les hautes latitudes

Étant donné que l'orbite géostationnaire n'est pas visible depuis les hautes latitudes (à partir d'environ 81° vers les pôles), et aux latitudes supérieures à 75°, elle est observée très bas au-dessus de l'horizon (en conditions réelles, les satellites sont simplement cachés par des objets et un terrain saillants) et seule une petite partie de l'orbite est visible ( Voir le tableau), alors la communication et la diffusion télévisuelle utilisant le GSO sont impossibles dans les régions de haute latitude de l'Extrême-Nord (Arctique) et de l'Antarctique. Par exemple, les explorateurs polaires américains à la station Amundsen-Scott pour communiquer avec monde extérieur(téléphonie, Internet) utiliser un câble à fibre optique d'une longueur de 1670 kilomètres jusqu'à un endroit situé à 75° S. la station française Concordia, depuis laquelle plusieurs satellites géostationnaires américains sont déjà visibles.

Tableau du secteur observé de l'orbite géostationnaire en fonction de la latitude du lieu
Toutes les données sont données en degrés et en fractions.

Latitude terrain	Secteur orbital visible
Latitude terrain	Théorique secteur	Réel (y compris le soulagement) secteur
90	--	--
82	--	--
81	29,7	--
80	58,9	--
79	75,2	--
78	86,7	26,2
75	108,5	77
60	144,8	132,2
50	152,8	143,3
40	157,2	149,3
20	161,5	155,1
0	162,6	156,6

Le tableau ci-dessus montre, par exemple, que si à la latitude de Saint-Pétersbourg (~ 60°) le secteur visible de l'orbite (et, par conséquent, le nombre de satellites reçus) est égal à 84 % du maximum possible (à l'équateur), alors à la latitude de Taimyr (~75°) le secteur visible est de 49%, et à la latitude du Spitzberg et du cap Chelyuskin (~78°) il n'est que de 16% de celui observé à l'équateur. équateur. Ce secteur de l'orbite dans la région sibérienne contient 1 à 2 satellites (pas toujours du pays requis).

Interférence solaire

L'un des inconvénients les plus désagréables de l'orbite géostationnaire est la réduction et l'absence totale du signal dans une situation où le soleil et le satellite émetteur sont alignés avec l'antenne de réception (la position « soleil derrière le satellite »). Ce phénomène est également inhérent aux autres orbites, mais c'est sur les orbites géostationnaires, lorsque le satellite est « stationnaire » dans le ciel, qu'il se manifeste particulièrement clairement. Aux latitudes moyennes de l'hémisphère nord, les interférences solaires se produisent pendant les périodes du 22 février au 11 mars et du 3 au 21 octobre, avec une durée maximale de dix minutes. Par temps clair, antennes focalisées avec revêtement léger rayons de soleil peut endommager (fondre) l’équipement d’émission et de réception de l’antenne satellite.

voir également

Orbite quasi-géostationnaire

Remarques

Noordung Hermann Le problème des voyages spatiaux. - Éditions DIANE, 1995. - P. 72. - ISBN 978-0788118494
Relais extra-terrestres – Les stations-fusées peuvent-elles offrir une couverture radio mondiale ? (Anglais) (pdf). Arthur C. Clark (octobre 1945). Archivé
L'exigence selon laquelle les satellites restent stationnaires par rapport à la Terre dans leurs positions orbitales en orbite géostationnaire, ainsi que un grand nombre de satellites sur cette orbite à différents points, conduisent à un effet intéressant lors de l'observation et de la photographie des étoiles avec un télescope en utilisant le guidage - en maintenant l'orientation du télescope en un point donné du ciel étoilé pour compenser la rotation quotidienne de la Terre (une tâche inverse des communications radio géostationnaires). Si vous regardez à travers un tel télescope ciel étoilé près de l'équateur céleste, là où passe l'orbite géostationnaire, on peut alors, dans certaines conditions, voir des satellites passer les uns après les autres sur fond d'étoiles fixes dans un couloir étroit, comme des voitures sur une autoroute très fréquentée. Ceci est particulièrement visible sur les photographies d'étoiles avec de longues expositions, voir, par exemple : Babak A. Tafreshi. Autoroute géostationnaire. (Anglais) . Le monde la nuit (TWAN). Archivé de l'original le 23 août 2011. Récupéré le 25 février 2010. Source: Babak Tafreshi (Monde nocturne). Autoroute géostationnaire. (russe) . Astronet.ru. Archivé de l'original le 23 août 2011. Récupéré le 25 février 2010.
pour les orbites de satellites dont la masse est négligeable par rapport à la masse de l'objet astronomique qui l'attire
Orbites de satellites artificiels de la Terre. Mettre des satellites en orbite
Le réseau télédésique : utilisation de satellites en orbite terrestre basse pour fournir un accès Internet haut débit, sans fil et en temps réel dans le monde entier
Magazine "Autour du Monde". N°9 septembre 2009. Les orbites que l'on choisit.
Mosaïque. Partie II
le satellite dépasse l'horizon de 3°
Attention! La période d’interférence solaire active arrive !
Interférence solaire

Liens

Orbites

De nos jours, l’humanité utilise plusieurs orbites différentes pour placer ses satellites. La plus grande attention s’est portée sur l’orbite géostationnaire, qui peut être utilisée pour placer « stationnaire » un satellite au-dessus d’un point particulier de la Terre. L'orbite choisie pour qu'un satellite fonctionne dépend de son objectif. Par exemple, les satellites utilisés pour diffuser des programmes télévisés en direct sont placés en orbite géostationnaire. De nombreux satellites de communication sont également en orbite géostationnaire. D'autres systèmes satellitaires, en particulier ceux utilisés pour communiquer entre téléphones satellites, orbitent en orbite terrestre basse. De même, les systèmes satellitaires utilisés pour les systèmes de navigation tels que Navstar ou Global Positioning System (GPS) se trouvent également sur des orbites terrestres relativement basses. Il existe d'innombrables autres satellites - météorologiques, de recherche, etc. Et chacun d'eux, en fonction de son objectif, reçoit une « inscription » sur une certaine orbite.