Les satellites artificiels peuvent être appelés à la fois des engins spatiaux construits spécifiquement pour tourner autour de la Terre en orbite, ainsi que divers objets - fragments de satellite, étages supérieurs, véhicules non fonctionnels, composants des derniers étages, qui sont des débris spatiaux. Le plus souvent, les engins spatiaux contrôlés ou automatiques sont appelés satellites, mais d'autres structures, par exemple les stations orbitales, le sont également.
Tous ces objets, même ceux qui ne sont pas habités, sont en orbite autour de la Terre. Au total, plus de seize mille objets artificiels différents tournent en orbite terrestre basse, mais seulement environ 850 d'entre eux fonctionnent. Il est impossible d'en établir un exact, car il change constamment - certains débris en orbites basses descendent et tombent progressivement, brûlant dans l'atmosphère.
La plupart des satellites appartiennent aux États-Unis, la Russie occupe la deuxième place en termes de nombre et la Chine, la Grande-Bretagne, le Canada et l'Italie occupent également la première place sur cette liste.
La finalité des satellites peut être différente : ce sont des stations météorologiques, des instruments de navigation, des biosatellites, des navires de guerre. Si auparavant, à l'aube du développement de l'ère spatiale, seuls les organismes gouvernementaux pouvaient les lancer, il existe aujourd'hui des satellites d'entreprises privées et même de particuliers, puisque le coût de cette procédure est devenu plus abordable et s'élève à plusieurs milliers de dollars. Ceci explique le grand nombre d'objets différents se déplaçant sur l'orbite de la Terre.
Les satellites les plus remarquables
Le premier satellite artificiel a été lancé en 1957 par l'URSS, il s'appelait Spoutnik 1, il s'est imposé et a même été adopté par de nombreuses autres langues, dont l'anglais. L’année suivante, les États-Unis lancent le leur, Explorer 1.
Viennent ensuite les lancements de la Grande-Bretagne, de l'Italie, du Canada, de la France. Aujourd’hui, plusieurs dizaines de pays dans le monde disposent de leurs propres satellites en orbite.
L'un des plus grands projets de l'histoire de l'ère spatiale a été le lancement de l'ISS, une station spatiale internationale à des fins de recherche. Sa gestion est assurée par les segments russe et américain, et des cosmonautes danois, canadiens, norvégiens, français, japonais, allemands et autres participent également aux travaux de la station.
En 2009, le plus grand satellite artificiel, Terrestar-1, un projet américain d'une organisation de télécommunications, a été mis en orbite. Il a une masse énorme – près de sept tonnes. Son objectif est de fournir une connectivité à la majeure partie de l’Amérique du Nord.
La Terre, comme tout corps cosmique, possède son propre champ gravitationnel et des orbites proches dans lesquelles peuvent se trouver des corps et des objets de différentes tailles. Le plus souvent, ils font référence à la Lune et à la Station spatiale internationale. Le premier marche sur sa propre orbite, et l'ISS - sur une orbite basse proche de la Terre. Il existe plusieurs orbites qui diffèrent par leur distance à la Terre, leur emplacement relatif par rapport à la planète et le sens de rotation.
Orbites de satellites artificiels de la Terre
Aujourd'hui, dans l'espace proche de la Terre, de nombreux objets sont le résultat de l'activité humaine. Il s’agit essentiellement de satellites artificiels utilisés pour assurer les communications, mais il existe également de nombreux débris spatiaux. L'un des satellites artificiels les plus célèbres de la Terre est la Station spatiale internationale.
Les satellites se déplacent sur trois orbites principales : équatoriale (géostationnaire), polaire et inclinée. Le premier se situe entièrement dans le plan du cercle équatorial, le second lui est strictement perpendiculaire et le troisième est situé entre eux.
Orbite géosynchrone
Le nom de cette trajectoire est dû au fait que le corps qui la parcourt a une vitesse égale à la période sidérale de la rotation de la Terre. L'orbite géostationnaire est un cas particulier d'orbite géosynchrone, qui se situe dans le même plan que l'équateur terrestre.
Avec une inclinaison non égale à zéro et une excentricité nulle, le satellite, observé depuis la Terre, décrit un huit dans le ciel pendant la journée.
Le premier satellite en orbite géosynchrone est l'américain Syncom-2, lancé en 1963. Aujourd’hui, dans certains cas, les satellites sont placés en orbite géosynchrone car le lanceur ne peut pas les lancer sur une orbite géosynchrone.
Orbite géostationnaire
Cette trajectoire porte ce nom car, malgré le mouvement constant, l'objet qui s'y trouve reste statique par rapport à la surface de la Terre. L'endroit où se trouve l'objet est appelé le point debout.
Les satellites lancés sur une telle orbite sont souvent utilisés pour transmettre la télévision par satellite, car leur nature statique vous permet de pointer l'antenne vers lui une fois et de rester connecté pendant longtemps.
L'altitude des satellites en orbite géostationnaire est de 35 786 kilomètres. Puisqu'ils sont tous directement au-dessus de l'équateur, seul le méridien est nommé pour indiquer la position, par exemple 180,0°E Intelsat 18 ou 172,0°E Eutelsat 172A.
Le rayon orbital approximatif est d’environ 42 164 km, la longueur est d’environ 265 000 km et la vitesse orbitale est d’environ 3,07 km/s.
Orbite elliptique élevée
Une orbite elliptique haute est une trajectoire dont la hauteur au périgée est plusieurs fois inférieure à celle à l'apogée. Placer des satellites sur de telles orbites présente un certain nombre d’avantages importants. Par exemple, un tel système peut suffire à desservir l’ensemble de la Russie ou, par conséquent, un groupe d’États ayant une superficie totale égale. De plus, les systèmes VEO situés aux hautes latitudes sont plus performants que les satellites géostationnaires. Et placer un satellite sur une orbite elliptique élevée coûte environ 1,8 fois moins cher.
Grands exemples de systèmes fonctionnant sur VEO :
- Observatoires spatiaux lancés par la NASA et l'ESA.
- Radio satellite Sirius XM.
- Communications par satellite Meridian, -Z et -ZK, Molniya-1T.
- Système de correction par satellite GPS.
Orbite terrestre basse
Il s'agit de l'une des orbites les plus basses qui, selon diverses circonstances, peuvent avoir respectivement une altitude de 160 à 2 000 km et une période orbitale de 88 à 127 minutes. La seule fois où LEO a été surmontée par un vaisseau spatial habité, c'était lors du programme Apollo avec l'atterrissage d'astronautes américains sur la Lune.
La plupart des satellites terrestres artificiels actuellement utilisés ou déjà utilisés fonctionnaient en orbite terrestre basse. Pour la même raison, la majeure partie des débris spatiaux se trouve désormais dans cette zone. La vitesse orbitale optimale pour les satellites situés en LEO est, en moyenne, de 7,8 km/s.
Exemples de satellites artificiels en LEO :
- Station spatiale internationale (400 km).
- Satellites de télécommunications d'une grande variété de systèmes et de réseaux.
- Véhicules de reconnaissance et satellites de sonde.
L'abondance de débris spatiaux en orbite est le principal problème moderne de l'ensemble de l'industrie spatiale. Aujourd'hui, la situation est telle que la probabilité de collisions entre divers objets en LEO augmente. Et cela, à son tour, conduit à la destruction et à la formation d’encore plus de fragments et de pièces en orbite. Des prévisions pessimistes suggèrent que le principe Domino lancé pourrait complètement priver l'humanité de la possibilité d'explorer l'espace.
Orbite de référence basse
La référence basse est généralement appelée l'orbite de l'appareil, qui permet un changement d'inclinaison, d'altitude ou d'autres changements importants. Si l'appareil ne dispose pas de moteur et n'effectue pas de manœuvres, son orbite est appelée orbite terrestre basse.
Il est intéressant de noter que les balisticiens russes et américains calculent sa hauteur différemment, car les premiers sont basés sur un modèle elliptique de la Terre et les seconds sur un modèle sphérique. De ce fait, il existe une différence non seulement en hauteur, mais également en position du périgée et de l'apogée.
Un satellite terrestre est tout objet qui se déplace le long d’une trajectoire courbe autour d’une planète. La Lune est le premier satellite naturel de 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. Newton a proposé qu'une force gravitationnelle 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 artificiel de la Terre 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 par l'Union soviétique et a été le premier satellite artificiel de l'histoire.
Spoutnik 1 était le premier d'une série de 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 aussi le premier à embarquer un animal à son bord, 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 de la haute atmosphère et la propagation des ondes radio dans l'ionosphère. Les instruments et les sources d'énergie électrique étaient 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
Les satellites artificiels se présentent sous différents types, formes, tailles et jouent différents rôles.
- Satellites météorologiques aider les météorologues à prédire le temps ou à voir ce qui se passe actuellement. Un bon exemple est le satellite géostationnaire opérationnel environnemental (GOES). Ces satellites terrestres contiennent généralement des caméras capables de renvoyer des photographies de la météo terrestre, soit à partir de positions géostationnaires fixes, soit à partir d'orbites polaires.
- Satellites de communication 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 le télescope spatial 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 Les Terres sont en orbite, mais une grande partie des informations sur leur position réelle 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 isolées des températures glaciales, nous permettant de nous sentir plus près 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 un tiers environ 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 : il s'agit généralement d'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 : des organisations commerciales et des organisations gouvernementales qui souhaitent vendre les données qu'elles 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 également d'autres organismes nationaux et 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 gros :
- 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 !
Le premier satellite artificiel de la Terre a été lancé en 1957 en URSS. Depuis, plus de 6 000 satellites ont été envoyés dans l’espace. Les satellites deviennent de plus en plus importants pour la vie sur Terre. Ils sont utilisés à des fins diverses : sécurité, communication, navigation, divertissement et, surtout, ils nous permettent de voir notre planète sous un nouveau jour. Ici, vous pouvez découvrir à qui appartiennent les satellites, où ils se trouvent et quel est leur objectif.
Qui a le plus de compagnons ?
Sur les 957 satellites opérationnels actuellement en orbite, 423 appartiennent aux États-Unis. La Russie vient ensuite en termes de nombre de satellites. La Chine a également une présence significative sur l’orbite. Au moins 115 pays sont copropriétaires de satellites. Ce diagramme montre les pays où se trouvent les propriétaires ou les opérateurs du satellite.
44 pays à travers le monde coopèrent au lancement et à l'exploitation de satellites (généralement un groupe de deux ou trois pays). Ici, ils sont répertoriés comme projets communs. Les États-Unis, Taiwan, le Japon et la France sont les participants les plus actifs aux projets de coopération spatiale.
Les satellites qui ont plus de trois propriétaires internationaux sont répertoriés comme appartenant à plusieurs pays.
Espace restreint : historique des lancements
En 1957, l’URSS fut la première à envoyer un satellite artificiel terrestre dans l’espace. Depuis, plus de 6 000 satellites ont été mis en orbite. Ce diagramme montre la dynamique des lancements de satellites, à partir de 1957, par l'URSS (puis la Russie), la Chine et d'autres pays. L'année où les lancements ont atteint leur apogée pour le pays, le symbole satellite a été installé.
Pour l’URSS, les années 1970-1980 reflètent l’apogée du programme spatial militaire soviétique, lorsque de nombreux satellites de reconnaissance, de navigation et de communication ont été lancés.
Pour les États-Unis, le point culminant a eu lieu en 1998 : c'est cette année-là que débute la création de trois réseaux commerciaux de communication par satellite : Globalstar, Iridium et ORBCOM. Beaucoup de ces satellites ont été lancés à l’aide de lanceurs américains, parfois avec plusieurs satellites dans une seule fusée.
De manière générale, le pic des lancements de satellites s’explique par des changements dans leur mission. Dans les années 1970, il y avait un grand besoin de satellites de communication. Dans les années 1990 - dans les satellites de navigation et au cours de la dernière décennie - dans les satellites de recherche civile et scientifique.
Si cette tendance se poursuit, les puissances spatiales pourraient continuer à construire des satellites plus grands et plus durables, et les institutions civiles internationales telles que les universités pourraient se lancer dans la production de satellites plus petits et moins chers.
Les vaisseaux spatiaux sont comme des déchets
La partie supérieure du graphique montre le nombre total de satellites lancés entre 1957 et 2000. La zone grise correspond aux satellites qui ont cessé de fonctionner depuis leur lancement, la zone orange correspond aux satellites toujours en fonctionnement.
Le plus ancien satellite opérationnel en orbite est Amsat-Oscar 7, lancé depuis la base aérienne de Vandenberg en Californie le 15 novembre 1974. Il est situé en orbite terrestre basse et est principalement utilisé par les radioamateurs.
La zone grise correspond à 5428 satellites. De nombreux véhicules inactifs font désormais partie des débris orbitaux. Selon les estimations de la NASA, il y a environ 19 000 objets de plus de 10 cm en orbite terrestre.
Priorités nationales
Dans ce diagramme, les satellites sont divisés en quatre groupes par principaux propriétaires-exploitants - les États-Unis, la Russie, la Chine et d'autres pays (les satellites de copropriété et de coopération ne sont pas inclus). Cela montre que la finalité des satellites est influencée par le climat économique et politique des différentes parties du monde.
L'objectif (commercial, gouvernemental, militaire ou civil) reflète l'utilisateur principal du satellite, mais il est important de noter que de nombreux satellites sont des véhicules polyvalents. Par exemple, un satellite peut avoir à la fois des objectifs commerciaux et militaires.
Les satellites commerciaux appartiennent à des sociétés individuelles et à des syndicats financés par des investisseurs et des groupes privés. Les satellites sont utilisés pour les communications et la diffusion. Les satellites militaires sont souvent utilisés pour la reconnaissance et la navigation, ainsi que pour les communications radio. Les satellites gouvernementaux sont conçus pour les observations météorologiques et scientifiques. Les utilisateurs civils comprennent généralement des établissements universitaires et des groupes de passionnés de sciences.
Environ les deux tiers de tous les satellites opérationnels sont utilisés pour les communications. Les satellites de navigation, les satellites de reconnaissance pour la surveillance des processus sur Terre, ainsi que les satellites d'astrophysique et de géorecherche représentent entre 5 et 7 % du nombre total.
Le tour de la Terre en 80 minutes
Ce diagramme donne une idée du temps qu'il faut à certains satellites pour effectuer une orbite complète autour de la Terre. Les satellites en orbite terrestre basse (LEO) - entre 80 et 1 700 km d'altitude - parcourent la planète à une vitesse 30 fois supérieure à celle d'un avion de ligne. Un tel satellite tourne autour de la planète en 88 minutes.
Les satellites LEO représentent près de la moitié du nombre total de satellites opérationnels. Ils sont couramment utilisés pour la reconnaissance, l’observation scientifique et la photographie de la surface terrestre.
L'altitude d'une orbite géosynchrone est presque toujours constante : environ 35 700 km de satellites sur cette orbite se déplacent de manière synchrone avec la Terre, effectuant un tour complet en 24 heures environ ; Ainsi, depuis la surface de la planète, il semble que ces satellites ne bougent pratiquement pas, c'est pourquoi leur orbite est également appelée géostationnaire. L'orbite géostationnaire abrite généralement des satellites météorologiques, ainsi que des satellites de communication et de diffusion.
Le premier satellite artificiel de la Terre a été lancé dans l'espace le 4 octobre 1957. Depuis lors, plus de 4 600 lancements ont été effectués, à la suite desquels environ 6 000 satellites sont apparus sur Terre, la grande majorité d'entre eux étant placés en position géostationnaire (GEO - Geostationary Earth Orbit) et basse stationnaire (LEO - Low Earth Orbit). Orbite) orbites proches de la Terre. Malgré un si grand nombre de satellites lancés, à peine un millier d’entre eux sont actuellement opérationnels. Mais où sont les autres ?
Les débris spatiaux sont apparus pour la première fois en grande quantité le 29 juin 1961, 77 minutes après l'entrée en orbite de l'étage du lanceur spatial américain, pesant environ 750 kg. Plus de 200 de ses fragments se sont dispersés sur des orbites à des altitudes de 300 à 2 200 km. Et aujourd'hui, sur les orbites proches de la Terre, des tonnes de fragments de destructions diverses sont déjà surveillées en quantités énormes : environ 15 000 particules de 10 à 15 centimètres et plus, plusieurs centaines de milliers de particules centimétriques inaccessibles pour une surveillance constante, et des millions de particules millimétriques. Les raisons de la destruction des satellites sont très différentes : autodestruction en fin de vie, accidents, collisions. Il arrive que les étages épuisés des lanceurs, qui en théorie devraient tomber immédiatement sur Terre à l'emplacement calculé après avoir terminé leur tâche, volent autour de la Terre pendant des années.
Voilà à peu près à quoi ressemblent les débris spatiaux sur les orbites terrestres basses. L'artiste a dessiné ces dessins spécifiquement pour l'Agence spatiale européenne (ESA). Vous pouvez les consulter en bonne résolution sur le site Internet de l'Agence. .
Les orbites les plus basses maîtrisées par l'homme sont utilisées par les satellites pour l'imagerie de la surface de la Terre, l'observation météorologique et les communications, les navires et les stations habités. Ils volent à des altitudes de 300 à 2 000 000 kilomètres. C'est ici que se trouvent environ 70 % des débris spatiaux et leur concentration aux altitudes les plus « peuplées » - de 900 à 1 500 kilomètres - a atteint une valeur telle que même si tous les lancements de nouveaux satellites sont désormais arrêtés, à partir d'environ 2055, Le nombre de débris nouvellement formés commencera à dépasser son déclin (ce qu’on appelle « l’auto-purification »).
Débris spatiaux sur les orbites LEO. .
Mais sur les orbites situées entre 2 et 6 et entre 12 et 19 000 kilomètres, il n’y a pratiquement pas d’engins spatiaux, car il y a des couches de rayonnement élevé (ceintures de rayonnement terrestre). Il est théoriquement possible de rester longtemps dans des véhicules sur ces orbites, mais pour cela, ils doivent être protégés par des plaques de plomb - et ils doivent également y être livrés d'une manière ou d'une autre, ce qui est difficile et coûteux, et donc commercialement injustifié. . Mais la région située entre 6 000 et 12 000 kilomètres d'altitude commence lentement à être «peuplée» - cependant, des satellites de communication commencent tout juste à y être lancés.
Vue des orbites LEO vues au-dessus du pôle Nord. .
Vue des orbites LEO vues au-dessus de l'équateur. .
Au-dessus de 22 000 km au-dessus de la Terre, il existe une région « non peuplée » de l'espace extra-atmosphérique jusqu'aux orbites des satellites géostationnaires, à une altitude de 32 000 à 40 000 kilomètres. À une altitude de 35 800 km, la vitesse angulaire du satellite est égale à la vitesse angulaire de la surface de la Terre située en dessous d'eux, de sorte que les satellites se déplacent à peu près sur la même zone à la surface de notre planète. Cela fait de GEO une orbite idéale pour les communications puisqu’il n’est pas nécessaire de suivre le satellite pour déterminer où pointer l’antenne. Nos antennes paraboliques sont pointées vers un tel vaisseau spatial et nous pouvons regarder de nombreux programmes de télévision différents.
Simulation d'une explosion en orbite GEO. .
Que se passe-t-il dans l'espace après l'explosion ? Un satellite géostationnaire a une vitesse d'environ 11 km/s. À des vitesses supérieures à ce seuil (la troisième vitesse de fuite), les débris spatiaux pourraient vaincre la gravité terrestre et s'éloigner de leur orbite. Mais vous ne pouvez pas attacher un réservoir de carburant et un moteur personnel à chaque débris spatial, de sorte qu’il reste en orbite, tournant autour de la Terre et se multipliant, se multipliant, se multipliant.
Simulation d'une explosion en orbite GEO. Le deuxième jour après l'explosion. .
Actuellement, le nombre de stations opérationnelles en orbite géostationnaire est d'environ 350. Toutes finiront par se transformer en débris spatiaux, tout comme environ un millier d'objets anciens, dont la taille dépasse 0,5 mètre de section transversale, qui s'y sont accumulés. transformés en objets d'occasion. Il y a bien sûr encore plus de petits débris, mais il est plus difficile de les détecter, bien qu'il existe tout un système international pour suivre ces objets.
La gravité terrestre et les forces centrifuges affectent les satellites géostationnaires. .
Les avantages des satellites se déplaçant sur des orbites GEO sont évidents. Mais il y a aussi des inconvénients, parmi lesquels la grande distance entre le satellite et la surface de la Terre. Mais une puissance suffisante ou une antenne suffisamment grande peuvent néanmoins surmonter cette limitation. Une limitation plus sérieuse est qu'il n'y a qu'une seule orbite géostationnaire, ce qui signifie qu'il existe un nombre limité d'endroits où les satellites géostationnaires peuvent être placés - cela est dû à la limitation du nombre de fréquences disponibles pour la communication afin qu'il n'y ait pas d'interférence lors de la réception. et transmettre des signaux à partir de différents satellites. Mais certaines forces modifient les orbites au fil du temps. Par exemple, puisque le plan orbital géostationnaire n'est pas aligné avec le plan orbital de la Terre (l'écliptique) ou avec le plan orbital de la Lune, l'attraction gravitationnelle du Soleil et de la Lune augmente progressivement l'inclinaison orbitale de chaque satellite pour déplacer les satellites géostationnaires hors de leur position. orbite équatoriale.
Orbites à une altitude de 19 à 22 000 kilomètres de la surface de la Terre. .
On y trouve des satellites des systèmes de navigation de la Russie et des États-Unis (Glonass et Navstar), et des systèmes du même type sont progressivement déployés pour l'Europe (Galileo) et la Chine (Compass). Les navigateurs de nouvelle génération nous permettent de naviguer sur le terrain à l'aide des signaux des vaisseaux spatiaux provenant de ces systèmes ; ils sont installés dans les voitures, dans les taxis - tout le monde peut les acheter.
Pour réduire les risques de collision, les satellites géostationnaires doivent être retirés de la zone GEO à la fin de leur mission spatiale. .
Donner à un satellite une troisième vitesse de fuite coûte aujourd'hui deux fois plus cher que tout déplacement d'une orbite GEO à une autre, et aujourd'hui, environ un cinquième des engins spatiaux sont équipés de moteurs supplémentaires. Pour réaliser un tel lift, il faut dépenser autant de carburant que le satellite en a besoin pour 3 mois de fonctionnement. Mais vous ne pouvez pas "lancer" les satellites jusqu'à présent - élever les satellites à 300 km au-dessus de leur orbite de travail vous permet de les transférer dans un "cimetière" sûr, c'est-à-dire que l'orbite deviendrait encombrée, mais la durée de vie des satellites opérationnels serait prolongée et ils auraient besoin d'être remplacés moins souvent, ce qui signifie que, bien que partiellement, le problème des déchets peut être résolu. C’est aujourd’hui la seule opportunité de préserver la ressource unique des orbites GEO.
Cependant, cette manœuvre est possible si non seulement il y a suffisamment de carburant, mais aussi si des pannes et des dysfonctionnements imprévus ne se produisent pas, comme des pannes de communication ou des défauts d'alimentation électrique.
Déviation d'un satellite GEO de son orbite d'origine. .
La forme non idéale, c'est-à-dire non circulaire, de l'équateur terrestre fait que les satellites GEO « coulent » lentement vers l'un des deux points d'équilibre stables le long de l'équateur, c'est-à-dire qu'ils dérivent d'avant en arrière par rapport à ces points. De plus, l'influence à long terme du Soleil, de la Lune et de la Terre est telle que si un satellite tombe à court de carburant, le plan orbital sur lequel il tournera autour de la Terre s'écartera progressivement (même si cela ne se produit pas instantanément) de son plan orbital. celui d'origine. Selon les lois de la mécanique céleste, le plan orbital précession avec une période de 52 ans et une amplitude d'environ 15°. Cela représente une menace pour les autres satellites géostationnaires, puisque deux fois par jour, ces vieux débris traverseront leur orbite GEO.
Correction de l'orbite du satellite. .
Mais il n’y a pas que les débris spatiaux qui dérivent. Un satellite en activité ne peut pas se déplacer strictement le long de l'orbite conçue. Pour les mêmes raisons que les débris, un satellite GEO dérive constamment hors de son orbite idéale, et il est nécessaire de compenser cette dérive en allumant périodiquement des propulseurs correcteurs pour pousser les satellites dans les directions nord-sud et est-ouest. Si les services au sol ne le faisaient pas, alors tous dans la direction est-ouest « couleraient » également dans deux « dépressions » naturelles (105° ouest et 75° est de longitude). En raison de ces manœuvres, l'orbite des satellites GEO n'est pas circulaire, mais légèrement elliptique, et la distance entre le centre de la Terre et le satellite fluctue tout au long de la journée. Ces fluctuations sont assez importantes - 10 à 20 kilomètres ou plus de haut en bas de l'orbite idéale. Il peut théoriquement y avoir plusieurs satellites sur une telle orbite elliptique, mais pour éviter qu'ils n'entrent en collision, ils doivent être contrôlés de manière à ce qu'ils soient toujours aux points opposés de cette orbite. En pratique, en raison d'erreurs inévitables lors des manœuvres des satellites et de l'incapacité de déterminer avec une très grande précision l'orbite relative, les satellites ne se déplacent pas le long des mêmes trajectoires et ne sont pas exactement dans la phase « l'un en face de l'autre », et maintenant il y a généralement pas plus de six satellites dans une telle « fenêtre d'admission ».
Options sur ce à quoi pourraient ressembler les orbites GEO d’ici 2112. .
Ce qui se passera si les débris spatiaux ne sont pas « retirés » des orbites GEO est déjà clair. Pour les altitudes LEO, le pire, ce sont les débris spatiaux réduits en poussière. Il peut y tourner pendant des milliers d'années, et s'il y a beaucoup de poussière de ce type, il sera impossible de la traverser pendant ces milliers d'années. Par conséquent, il est maintenant nécessaire d'éliminer les débris sur les orbites basses, car se débarrasser des gros objets est une véritable tâche et seul un assistant peut aider à se débarrasser des micropoussières. Selon les experts, le coût d'un tel équipement de «récolte» coûtera dix fois plus cher que le lancement d'un lanceur de type Proton. Même si nous commençons à les utiliser dès maintenant, la quantité de déchets comiques augmentera d'ici 2112, mais si tout est laissé au hasard et que rien ne change dans le secteur spatial, la situation pourrait devenir ingérable.
Pour garantir que les satellites nouvellement lancés dans l'espace, y compris ce « nettoyeur », ne deviennent pas immédiatement de nouveaux objets de débris spatiaux, l'observation, le catalogage des objets volants en orbite et la modélisation des situations à différentes altitudes de l'espace proche de la Terre sont déjà en cours, en prenant en compte le passage de la Terre à travers de nombreux flux de météoroïdes, ainsi que le suivi des directions d'arrivée les plus dangereuses des objets spatiaux naturels dans l'espace proche de la Terre. Il s'agit d'un travail complexe qui nécessite un équipement et des connaissances particulières. Cependant, l’exactitude des prévisions concernant de telles situations ne peut pas être garantie. Cela est dû au fait que le nombre d'utilisateurs de l'espace est en constante augmentation, de nouvelles technologies apparaissent, pour lesquelles il n'y a tout simplement pas assez de statistiques pour les prédictions, cela est également dû à l'incertitude des futures explosions et collisions d'objets en orbite.
Pourcentage d'objets sur des orbites GEO. .
En décembre 2004, sur les 1 124 objets connus situés sur des orbites GEO, 31 % sont des satellites actifs, 37 % sont des objets dérivant autour de la Terre, 13 % fluctuent approximativement autour de points d'équilibre stables, 153 objets sur les orbites desquels il n'y a pas de données et 60 objets non identifiés (non identifiés).
Le 12 février dernier, à 800 km d'altitude au-dessus de la Sibérie, un satellite russe lancé en orbite en 1993, contrôlé mais ne fonctionnant pas, et un satellite américain lancé en 1997, assurant les communications de Motorola (système Iridium), sont entrés en collision. « Nous ne nous attendions pas à une collision. Mais il est impossible de suivre le mouvement de tous les objets en orbite, et cet incident souligne une fois de plus la nécessité d'une coopération étroite entre les pays sur les questions spatiales", a déclaré le Pentagone, reconnaissant son erreur dans les calculs de trajectoire et précisant que c'était la première fois. un satellite intact est entré en collision en orbite.
Entre-temps, rappelons qu'en avril 2005, les Américains ont lancé dans l'espace le vaisseau spatial Dart, censé rencontrer le satellite militaire épuisé Mublcom afin de tester la méthode d'amarrage autonome. Soit dit en passant, les deux unités étaient des objets intacts. À la suite d'une erreur informatique, la navigation des véhicules s'est effectuée avec des erreurs, ils sont entrés en collision, sont devenus des objets endommagés et, comme l'ont expliqué les Américains, tous deux auraient dû brûler sans difficultés particulières en entrant dans les couches denses de l'atmosphère. D’une manière ou d’une autre, ces deux situations ne sont pas planifiées et rien ne garantit que cela ne se reproduira pas.
Il y a suffisamment de problèmes dans l'espace sans cela. À ce jour, près de 200 explosions d'objets spatiaux ont été enregistrées, et il est fort possible que certaines d'entre elles soient associées à des collisions avec des fragments de débris spatiaux. Il n’est pas toujours facile de vérifier et de prouver cela. Au cours des 10 dernières années, nos astronomes ont enregistré plus de 1 000 changements imprévisibles dans la vitesse de dérive, encore une fois certains d'entre eux peuvent s'expliquer par des collisions avec de petits fragments.
Le problème de l’élimination des déchets spatiaux doit être résolu. .
De manière générale, quoi qu’on en dise, les tonnes de débris spatiaux constituent un réel problème. Comment le résoudre à l’échelle mondiale ? Les scientifiques du monde entier font quelque chose maintenant et inventent quelque chose pour l’avenir. L'essentiel est que tout le monde soit clair : il s'agit d'une tâche coûteuse et complexe, d'ailleurs commercialement rentable, et pourtant dont la solution ne peut être reportée à après-demain. N'oubliez pas que plusieurs dizaines de satellites ont à leur bord des substances radioactives. Et aujourd’hui, il existe déjà deux cas connus de contamination radioactive de la surface de la Terre lors de la chute de tels engins – en Antarctique et au Canada.
Bien sûr, cela ne signifie pas que nous devons lever les yeux au ciel de peur et attendre avec impatience que quelque chose de terrible nous arrive. Les scientifiques ne nous font pas peur uniquement à cause de cela. Par exemple, dans l’article « Un Big BOOM qui nous attend sur la planète Terre en 2012 ? V. Berest explique l'essence de deux théories apparues il n'y a pas si longtemps et n'ayant pas de statut officiel, mais néanmoins créées par des personnes très compétentes dans leur domaine - en physique et en géologie - et pose la question : est-ce l'affaire des gens ordinaires à propos de la triste prévision du calendrier maya si infondée? , si des experts sérieux estiment qu'à bien des égards décembre 2012 peut rendre le problème de l'obstruction des orbites spatiales de la Terre en 2112 insignifiant par rapport à celui qui « brille » pour nous ? La seule bonne chose est qu'il ne s'agit que de théories qui ne donnent pas de réponses univoques à cette question, mais prédisent uniquement des événements qui peuvent se produire avec un certain degré de probabilité - ce qui signifie qu'ils peuvent ne pas se produire. Alors ne nous inquiétez pas et n’abandonnons pas d’avance. Au contraire, retroussons nos manches, et nous comprendrons tous ensemble combien il est important de ne pas jeter de déchets chez nous, surtout si cette maison est notre planète, une Terre si fragile.
