Caractéristiques, classification et application de l'inclinaison orbitale des satellites

L'orbite d'un satellite est la trajectoire qu'il suit en orbite autour de la Terre. Cette orbite, de forme elliptique, est plane ; son allongement est maximal à l'apogée et minimal au périgée. Conformément aux lois de la physique, la vitesse du satellite sur son orbite diminue à mesure qu'il s'éloigne de la Terre.

Les six éléments orbitaux d'un satellite sont l'inclinaison (i), l'ascension droite du nœud ascendant (Ω) et l'argument du périgée (w), qui déterminent sa position orbitale ; l'excentricité (e), le demi-grand axe (a) et la date du périgée (τ), qui déterminent sa forme. À partir de ces six éléments, la position du satellite dans l'espace à un instant donné peut être déterminée.

Inclinaison orbitale du satellite

Parmi les éléments d'une orbite satellitaire, l'angle entre le plan orbital du satellite et le plan équatorial terrestre est appelé inclinaison orbitale. Elle est calculée en faisant tourner le satellite dans le sens antihoraire, du plan équatorial au plan orbital, durant sa phase d'ascension. C'est un paramètre crucial pour déterminer la position spatiale d'un satellite. En fonction de l'inclinaison orbitale du satellite, on distingue plusieurs orbites satellitaires courantes.

Orbite géostationnaire:Angle d'inclinaison 0 degré

L'orbite géostationnaire est une orbite géosynchrone circulaire d'inclinaison nulle. Elle appartient à la même catégorie que l'orbite géosynchrone, une caractéristique unique qui la distingue. Le plan de l'orbite géostationnaire coïncide avec le plan équatorial terrestre, garantissant ainsi que le satellite évolue toujours au-dessus de l'équateur.

L'orbite géostationnaire se situe à une altitude de 35 786 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre, et un satellite y orbite à une vitesse de 3,07 kilomètres par seconde. Un seul satellite peut couvrir environ 40 % de la surface terrestre. Les satellites météorologiques, de communication et de diffusion utilisent couramment cette orbite. De plus, certains satellites du système de navigation par satellite BeiDou de mon pays utilisent également cette orbite.

Orbite géosynchrone:Angle d'inclinaison 0-90 degrés

Une orbite géosynchrone est une orbite prograde pour les satellites artificiels terrestres, dont la période orbitale est égale à la période de rotation de la Terre. Quelle que soit son inclinaison, une orbite géosynchrone reste synchronisée avec la rotation de la Terre. Comme sa vitesse angulaire autour de la Terre est identique à la vitesse angulaire de rotation de la Terre, elle apparaît immobile pour les observateurs au sol.

Le cinquième satellite du système de navigation par satellite BeiDou de mon pays, lancé à 5h30 le 1er août 2010, était en orbite géosynchrone.

Orbite polaire:inclinaison à 90 degrés

Une orbite polaire présente une inclinaison de 90 degrés, son plan étant perpendiculaire au plan équatorial terrestre, et survole les pôles Nord et Sud. Les satellites sur cette orbite peuvent survoler n'importe quelle latitude et les pôles Nord et Sud à chaque révolution, effectuant une rotation complète en environ une heure et demie. Lorsque le satellite entre en orbite, la Terre tourne sous lui.

Les satellites polaires peuvent observer la totalité de la surface terrestre en 24 heures, ce qui en fait l'orbite la plus adaptée à l'observation de la planète entière. Les satellites météorologiques, les satellites d'observation des ressources et les satellites de reconnaissance utilisent fréquemment cette orbite. Les systèmes de navigation par satellite en orbite terrestre basse (comme le système de navigation par satellite de l'US Navy) utilisent des orbites polaires pour fournir des services de navigation mondiaux, et certains satellites scientifiques étudiant la physique polaire utilisent également des orbites polaires.

orbite héliosynchrone:inclinaison de 98 degrés

Une orbite héliosynchrone est un type d'orbite particulier, naturellement déterminé par la forme non sphérique de la Terre et la répartition inégale de sa masse. Une orbite héliosynchrone se produit lorsque la vitesse angulaire de son plan orbital correspond à la vitesse angulaire moyenne de la révolution de la Terre autour du Soleil. La position relative du satellite par rapport au Soleil reste constante et l'angle d'incidence du rayonnement solaire est identique pour toutes les régions traversées par le satellite. Le satellite survole un point donné de la Terre quasiment à la même heure à chaque passage. La Terre effectuant une révolution autour du Soleil en un an, pour maintenir un angle fixe dans son plan orbital, le satellite doit effectuer une précession de 360 ​​degrés par an, soit une rotation de son plan orbital de 0,9856 degré par jour.

Une orbite héliosynchrone typique présente une altitude d'environ 600 à 800 kilomètres, une période de 96 à 100 minutes et une inclinaison d'environ 98° selon l'excentricité, afin de répondre aux exigences de la mission. Le choix d'une orbite héliosynchrone garantit que le satellite traverse une zone désignée à une heure précise chaque jour, ce qui signifie que l'heure locale (temps solaire moyen local) est la même lorsqu'il traverse la même latitude et la même direction. C'est pourquoi les satellites météorologiques et d'observation des ressources optent généralement pour des orbites héliosynchrones.

Orbite semi-synchrone:Angle d'inclinaison 0-180 degrés

La période orbitale de ce type d'orbite est égale à la moitié de la période de rotation du corps céleste central autour duquel elle orbite, et le sens de déplacement du vaisseau spatial en orbite est le même que celui de la rotation de ce corps céleste. Pour la Terre, une orbite semi-synchrone est une orbite terrestre moyenne d'une période d'environ 12 heures (la période de rotation de la Terre étant de 23 h 56 min 4 s, la période réelle de l'orbite semi-synchrone est légèrement inférieure à 12 heures), et d'une altitude (orbite circulaire) d'environ 20 200 km. Ces orbites se situent donc dans la catégorie des orbites terrestres moyennes, en dehors des trois types d'orbites. L'excentricité de ces orbites est proche de zéro, ce qui signifie qu'elles sont presque circulaires. Une orbite excentrique est dite elliptique. Plus l'excentricité est proche de zéro, plus l'orbite se rapproche d'un cercle.

L'orbite semi-synchrone est une orbite typique des satellites GPS.

Voie arrière:Angle d'inclinaison 90-180 degrés

Une orbite rétrograde est une orbite dont l'angle d'inclinaison est supérieur à 90 degrés et inférieur à 180 degrés, c'est-à-dire une orbite où le mouvement du satellite est opposé à la rotation de la Terre. Pour placer un satellite sur une telle orbite, le lanceur doit être lancé vers le sud-ouest, ce qui l'empêche d'exploiter une partie de la vitesse de rotation terrestre et requiert une énergie supplémentaire pour compenser cette rotation. C'est pourquoi, hormis les orbites héliosynchrones, ce type d'orbite est généralement évité.

Aujourd'hui, avec le développement technologique, le nombre de satellites artificiels lancés augmente d'année en année. Chaque satellite possède sa propre orbite spécifique, et les ressources orbitales non géostationnaires couramment utilisées sont limitées. Afin d'éviter les collisions entre satellites dans l'espace, il est nécessaire de gérer et d'allouer les orbites. À cette fin, les organisations internationales et les États ont mis en place des réglementations relatives à la gestion des ressources satellitaires, qui constituent le cadre de référence pour la coordination, l'allocation et l'utilisation de ces ressources. Le respect de ces réglementations est une condition indispensable à une gestion rationnelle et ordonnée des ressources satellitaires.