Un satellite artificiel est une merveille de technologie et d’ingénierie. La seule chose comparable à cet exploit en termes technologiques est le savoir-faire scientifique qui permet de placer, et de maintenir, un satellite en orbite autour de la Terre. Il suffit de penser à ce que les scientifiques doivent comprendre pour y parvenir : il y a d’abord la gravité, puis une connaissance approfondie de la physique et, bien sûr, la nature des orbites elles-mêmes. Donc, en réalité, la question de savoir comment les satellites restent en orbite, est une question multidisciplinaire qui implique une grande quantité de connaissances techniques et académiques.
Pour comprendre comment un satellite tourne autour de la Terre, il est important de comprendre ce qu’implique une orbite. Johann Kepler a été le premier à décrire avec précision la forme mathématique des orbites des planètes. Alors que l’on pensait que les orbites des planètes autour du Soleil et de la Lune autour de la Terre étaient parfaitement circulaires, Kepler a découvert par hasard le concept d’orbite elliptique. Pour qu’un objet reste en orbite autour de la Terre, il doit avoir suffisamment de vitesse pour retracer sa trajectoire. Cela est vrai aussi bien pour un satellite naturel que pour un satellite artificiel. À partir de la découverte de Kepler, les scientifiques ont également pu déduire que plus un satellite est proche d’un objet, plus la force d’attraction est forte, d’où le fait qu’il doit se déplacer plus rapidement afin de maintenir son orbite.
Vient ensuite la compréhension de la gravité elle-même. Tous les objets possèdent un champ gravitationnel, mais c’est seulement dans le cas d’objets particulièrement grands (c’est-à-dire les planètes) que cette force est ressentie. Dans le cas de la Terre, la force gravitationnelle est calculée à 9,8 m/s2. Il s’agit toutefois d’un cas spécifique à la surface de la planète. Pour calculer les objets en orbite autour de la Terre, on applique la formule v=(GM/R)1/2, où v est la vitesse du satellite, G est la constante gravitationnelle, M est la masse de la planète et R est la distance par rapport au centre de la Terre. Grâce à cette formule, nous pouvons constater que la vitesse requise pour la mise en orbite est égale à la racine carrée de la distance entre l’objet et le centre de la Terre multipliée par l’accélération due à la gravité à cette distance. Ainsi, si nous voulions placer un satellite sur une orbite circulaire à 500 km d’altitude (ce que les scientifiques appellent une orbite terrestre basse LEO), il lui faudrait une vitesse de ((6,67 x 10-11 * 6,0 x 1024)/(6900000))1/2 ou 7615,77 m/s. Plus l’altitude est élevée, moins la vitesse est nécessaire pour maintenir l’orbite.
Donc, en réalité, la capacité d’un satellite à maintenir son orbite se résume à un équilibre entre deux facteurs : sa vitesse (ou la vitesse à laquelle il se déplacerait en ligne droite), et la force gravitationnelle entre le satellite et la planète autour de laquelle il gravite. Plus l’orbite est élevée, moins la vitesse est nécessaire. Plus l’orbite est proche, plus il doit se déplacer rapidement pour s’assurer qu’il ne retombe pas sur Terre.
Nous avons écrit de nombreux articles sur les satellites pour Universe Today. Voici un article sur les satellites artificiels, et voici un article sur l’orbite géosynchrone.
Si vous souhaitez plus d’informations sur les satellites, consultez ces articles :
Objets orbitaux
Liste des satellites en orbite géostationnaire
Nous avons également enregistré un épisode d’Astronomy Cast sur la navette spatiale. Ecoutez ici, Episode 127 : La navette spatiale américaine.
