vendredi 16 décembre 2011

Introduction:

Dans les années 1950, l'homme a voulu approfondir ses recherches dans le domaine de l'espace. C'est donc en 1957 que Spoutnik, le premier satellite a été envoyé en orbite autour de la Terre par l'URSS. Aujourd'hui, plus de 5500 satellites artificiels ont été créé et mis en orbite pour répondre à différents domaines par l'Homme. Il s’agit d’un objet envoyé dans l'espace qui suit un mouvement périodique autour d'un objet de masse importante (comme la Terre), ce mouvement étant principalement déterminé par le champ de gravité de ce dernier. Suite à l'avancée technique, ils sont capables de remplir des missions de plus en plus sophistiquées et ils sont également plus autonomes.

Leur durée de vie  dépend de leur mission et peut atteindre au maximum 15ans. On constate que les satellites sont envoyés sur différentes orbites comme la géosynchrone3 et le satellite en orbite polaire qui survole les pôles d'une planète à chaque révolution. Il tourne autour d'un astre avec une inclinaison élevée proche de 90 degrés ce qui le rend intéressant pour l'observation de la Terre. Son altitude, généralement assez basse, avoisine les 700 kilomètres. Et l’orbite héliosynchrone, est une orbite d'inclinaison et d'excentricité orbitale zéro. Mais le plus connu et le plus utilisé reste avant tout le géostationnaire dans un référentiel géocentrique.

 Alors comment et pourquoi les satellites sont-ils mis en orbite géostationnaire? Nous verrons par la suite le fonctionnement des satellites et dans quels domaines ces derniers sont utilisés.

Plan:

I/ Principes des satellites:

A. La mise en orbite
B. Définition de l'orbite géostationnaire
C. La 3ème Loi de Kepler 
D. Conséquences pour les satellites géostationnaires

II/ Domaines d'utilisation:

A. Domaines scientifiques
B. Domaines militaires
C. Domaine de navigation
D. La triangulation

jeudi 15 décembre 2011

I/ A. La Mise en Orbite





        Un satellite est envoyé par un lanceur, et gravite autour d'une planète ou d'un satellite naturel (Lune) décrivant une trajectoire parabolique1 (A).
Il tourne par la suite autour d'un astre avec une vitesse telle que la force centrifuge2 compense son poids, c'est à dire que plus la vitesse initiale de l'objet est importante, plus le point de chute est éloigné (B). C'est pourquoi sa vitesse reste constante.
Quand sa vitesse est enfin atteinte, l'objet chute mais sans jamais atteindre le sol (C). Pour qu'il conserve définitivement sa vitesse, il faut qu'il se déplace dans le vide au-dessus de l'atmosphère. Dans le cas (D), si on communique une vitesse supérieure à un satellite circulant à une altitude de 220 km au-dessus de la Terre, l'orbite devient elliptique. Il s'agit de l'orbite géostationnaire.
Cas (E), si la vitesse du satellite dépasse 11km par secondes, le satellite sort de l'attraction terrestre. C'est la vitesse de libération.

I/ B. Définition de l'Orbite Géostationnaire :


         L'orbite géostationnaire est une orbite située à 35 786km au-dessus de l'équateur de la Terre, c'est un cas particulier de l'orbite géosynchrone3 qui possède une excentricité orbitale nulle4.
       Un satellite géostationnaire est vu immobile depuis la surface de la Terre mais il ne l'est pas. On peut l'expliquer car ce satellite possède la même période de révolution que la période de rotation de la Terre sur elle-même. En effet, ce dernier doit faire une révolution en 23h 56min 4secs. C'est pourquoi il parait immobile par rapport à la Terre et il visionnera toujours la même région. C'est également une orbite elliptique qui a son périgée5 (point de l'orbite du satellite de la Terre où la distance de ce corps à la Terre est minimale) et son apogée6 à 36 000 km (point de l'orbite du satellite artificiel où il est le plus éloigné de la Terre) ce qui va l'amener à l'altitude de l'orbite géostationnaire.
La satellite étant situé à 35 786km au-dessus de la Terre et faisant une période de révolution presque identique à celle-ci,  il va donc avoir une vitesse de rotation supérieure à celle de la Terre.
 

vitesse de la Terre= 1674.38 km/h
vitesse d'un satellite géostationnaire= 11070 km/h
     11070-1674.38 = 9395.62 km/h     Il y a une différence de 9395.62 km/h entre la Terre et le satellite pour que ce dernier paraisse immobile à la Terre et ait la même période de révolution que celle-ci.

I/ c. 3ème loi de Kepler

      - 3ème loi de Kepler:


Définition:  Le carré de la période sidérale T d'un objet est directement proportionnel au cube du demi-grand axe a de la trajectoire elliptique de l'objet.


                                                     


                             T= période sidérale de la Terre = 31558464 (s)
                             a= longueur du demi-grand axe de l'orbite = 35786000 (m)
                             K= coefficient de proportionnalité  (s².m-3)
   
    


 Pour montrer que la constante ne doit jamais changer et quelle est proportionnelle grâce au coefficient de proportionnalité, nous devons effectuer un produit en croix :




    
On en conclu donc que K est une constante et que la longueur du demi-grand axe de l’orbite pour un satellite géostationnaire ne change pas. Nous pouvons donc dire que K est une constante, mais que cette constante change selon la masse de la planète considérée. 

I/ D. conséquences pour l'orbite géostationnaire

Le satellite géostationnaire est particulier en ce qui concerne sa mise en orbite. En effet, il doit atteindre une altitude telle que sa trajectoire doit être elliptique7. Kepler en a déduit qu'il existe un facteur constant K entre la force exercée et la masse de la planète considérée, qui devient alors la constante gravitationnelle8. Cependant, d'autres chercheurs ont par la suite trouvés que cette constante dépend de la masse de la planète considérée.

mercredi 14 décembre 2011

II/ A- Le Domaine Scientifique :


Depuis que les satellites ont été créés, ils nous ont permis de mieux connaître et mieux comprendre notre planète. Avant que les satellites artificiels ne soient créés, nous n'avions aucune vision d'ensemble de la Terre. Grâce à eux,  cela nous a permis de surveiller la déforestation et d'étudier ou de comprendre la fonte de la banquise. Dans le domaine scientifique, le satellite géostationnaire est destiné aux études  scientifiques depuis l'espace. Les premières mises en orbite de satellites ont été faites avec Spoutnik 1 qui grâce à des émissions radio ont permis d'étudier les couches atmosphériques supérieures.
Le domaine scientifique utilise aussi les satellites géostationnaires dans la recherche en physique fondamentale. Pour les scientifiques, l'espace est également un lieu idéal pour vérifier certaines théories en physique dans lesquelles la gravité est en jeu. Les théories qui ont pu être vérifiées sont : le principe d'équivalence9 avec les satellites Microscope et STEP et la recherche d'onde gravitationnelle10 avec le satellite Lisa.

II/ B - Le Domaine Militaire :


Dès 1959, dans le cadre de la guerre froide, les USA et l'URSS ont développé des satellites militaires d'observation que l'on appellera "satellite espion". Les satellites militaires permettaient d'observer les ressources de l'ennemi dans des zones peu accessibles. De nos jours, avec tous les conflits actuels, le domaine militaire fait largement appel aux satellites géostationnaires et ne pourrait certainement plus s’en passer dans le domaine de l'observation. Ils utilisent pour cela différents  types de satellites militaires tel que : 

- Les satellites de reconnaissance avec Helios, qui utilisent les techniques optiques, infrarouge et radars pour obtenir les images des installations stratégiques comme les installations militaires ou les champs de batailles... Ces satellites sont parfois dotés de capacités hors normes comme la résolution de quelques centimètres, la capacité de descendre à basse altitude ou de masse de plus de 10 tonnes qui ont contribué à définir les techniques utilisées de nos jours par les satellites d'observation civile
- Les satellites de télécommunications avec Syracuse sont utilisés pour les liaisons militaires généralement cryptées.
Les satellites d'écoute et de signaux radars avec américains Mentor qui déploient des antennes dont le diamètre pourrait atteindre plus de 100 mètres.
- Les satellites de suivi des flottes marines avec RORSAT qui repèrent les navires de guerre grâce aux émissions radar.
- Les satellites d'alerte qui sont équipés de senseurs infrarouges permettant de détecter la chaleur émise par le lancement d'un missile balistique.
- Les satellites de navigation  pour le guidage précis des missiles de croisière, des obus et le positionnement des unités de tous types.
- Les satellites de météorologie affectés aux missions militaires.

II/ C. Domaine de Navigation :


Dans le domaine de la navigation, les satellites permettent de connaître la position d'objets à la surface de la Terre, dans les airs (avions, missiles) et dans l'espace. Comme les satellites : DORIS, le système américain GPS, le futur système européen Galileo, le système russe GLONASS.
Dans ce domaine, se situe également le système Argos de positionnement d'objets mobiles, datant de 1978 et emportés par les satellites météorologiques américains et l'européen MetOp.

II/ D. la triangulation

Le GPS permet d'obtenir l'heure exacte, la position géographique et l'altitude 
La principe de la triangulation est de déterminer la position d'un récepteur GPS grâces à des ondes émises par les satellites. La position d'un satellite étant connue avec précision, la distance entre le satellite et le point GPS est mesuré à partir du temps de parcourt des ondes émises par le satellite. Soit:  D = VxTPour trouver un point GPS, il faut 3sphères ( donc 3 satellites).


 Ici, 2 satellites ne suffisent pas car l'intersection forme un cercle qui correspond à l’ensemble des positions que peut avoir le récepteur GPS. ( Ce n'est donc pas assez précis).






Ici, 3 satellites forment 2 points. Mais par déduction, un seul point (celui indiqué sur la photo ci-dessus) est pris en compte car c'est ce dernier qui correspond au point GPS. Avec 3 satellites,  le récepteur déduit sa position relative par rapport à ces satellites, mais il ne sait pas où ils sont. Il ne sait donc pas où il se situe lui-même.  
 Il faut donc 4 satellites pour trouver le positionnement d'un GPS. Plus de satellites sont utilisés, meilleure est la précision obtenue.







mardi 13 décembre 2011

Historique des Satellites mis en Orbite :

           L'Union Soviétique invente le premier satellite artificiel : SPOUTNIK 1. Il est mis en orbite le 4 octobre 1957. Le 3 novembre 1957, les Russes lancent SPOUTNIK 2 avec à son bord, la chienne Laïka et enfin le 15 mai 1958, c'est le tour de SPOUTNIK 3. La réplique américaine ne se fait pas attendre : le 18 décembre 1958 les États Unis placent sur orbite le satellite SCORE. Il reste 34 jours en activité, période durant laquelle sept messages lui furent transmis par télex.


lundi 12 décembre 2011

Annexe- definition

Définitions: 

1 : trajectoire parabolique: Une trajectoire est dite parabolique si le mouvement d'un corps dans l'espace décrit une parabole.

2 : force centrifuge: Force agissant sur un corps ayant une trajectoire curviligne et tendant à le pousser radialement vers l'extérieur en direction opposée à celle de la force centripète.

3 : orbite géosynchrone : abrégée GSO, est une orbite géocentrique sur laquelle un satellite se déplace dans le même sens que la terre (d'ouest en est) et dont la période orbitale est égale à la période de rotation de la Terre (soit 23h56min). Cette orbite est située à environ 35800 km d'altitude.

4 : excentricité orbitale nulle: L’excentricité orbitale définit la forme des orbites des objets célestes. La forme générale est une ellipse. Elle donne ainsi une indication précise sur leur forme. Ainsi l'excentricité (e) est strictement définie pour toutes les orbites comme étant circulaire, elliptique, parabolique ou hyperbolique.

5 : périgée: point de l'orbite du satellite de la Terre où la distance de ce corps est minimale.

6 : apogée: point de l'orbite du satellite où il est le plus éloigné de la Terre.

7 : orbite elliptique: Une orbite elliptique est en effet caractérisée par six variables : le demi grand axe, l’excentricité, l’inclinaison, la longitude du nœud ascendant, l’argument et l’instant de passage au périhélie (point de passage de l’orbite le plus proche du Soleil, opposé à l’aphélie).

8 : constante gravitationnelle : La gravitation est le phénomène par lequel deux corps quelconques s'attirent (du simple fait de leur masse, comme le montreront les physiciens). Elle s'observe au quotidien en raison de l'attraction terrestre qui nous retient au sol.

9 : Deux principes d'équivalence : le faible (d'Einstein) présentant la relativité de l'accélération qui est un élément clé de la construction de la relativité générale et le fort qui est le constat de l'égalité entre la masse inerte et la masse grave 

10 : Les longueurs d'ondes en physique sont des oscillations de la courbure de l'espace-temps

11 : référentiel géocentrique: solide imaginaire construit à partir du centre de la terre et des centres de trois étoiles lointaines