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Le mouvement orbital

Traces au sol

Quelque chose là-haut nous observe

1. Inclinaison orbitale (i)

L'orbite d'un satellite est rarement alignée précisément sur le plan de l'équateur terrestre. Le plus souvent, cette orbite est inclinée à un angle (i) par rapport à un plan défini par l'équateur terrestre, tel que l'illustre le diagramme.

Une telle orbite a des conséquences intéressantes sur l'observation de la Terre. En effet, en combinant la bonne inclinaison orbitale à la rotation de la Terre, on peut observer une partie importante de la surface terrestre.

2. Trace au sol

Il est intéressant de noter qu'un observateur terrestre qui se trouverait à l'équateur pour observer visuellement un satellite survolant l'équateur par le zénith (point directement au-dessus de la tête), et qui noterait les angles de sa trajectoire par rapport à la direction est-ouest, pourrait instantanément déterminer la latitude maximale de la trace au sol que produirait son orbite.

Effets sur la rotation de la Terre

Orbite 1

Lorsqu'on regarde le pôle Nord terrestre depuis l'espace, on remarque que la rotation de la Terre se fait vers l'est (dans le sens anti-horaire).

En l'absence d'une force extérieure, le plan de l'orbite d'un satellite est fixé par rapport à un cadre de référence défini par les étoiles. C'est ce qui s'appelle un cadre de référence inertiel. Par conséquent, le mouvement orbital du satellite est indépendant de la rotation terrestre.

Prenons pour exemple l'orbite du satellite dans l'image de gauche. Sur cette orbite, le satellite passe au-dessus du centre du Mexique et, au nord, tout juste à l'ouest des Grands Lacs.

Orbite 2

En même temps que le satellite gravite autour de la Terre, celle-ci tourne (en direction est) sur son axe provoquant une dérive apparente de l'orbite du satellite vers l'ouest. Il faut garder à l'esprit que le plan de l'orbite du satellite est fixé en fonction des étoiles et n'est nullement relié à la rotation diurne de la Terre.

Pendant que le satellite effectue une orbite complète, la Terre ne cesse jamais de tourner vers l'est.

L'orbite suivante du satellite l'amène au-dessus de la Californie du Sud puis, au nord, vers l'ouest de la baie d'Hudson.

Orbite 3

À l'amorce de la troisième orbite du satellite, la Terre s'est déplacée encore plus loin vers l'est. La trajectoire amène cette fois l'engin spatial au-dessus de Vancouver et des limites du Grand Nord canadien.

On place habituellement les satellites sur des orbites assez hautes pour s'assurer que la largeur de leur « empreinte »“ visuelle (à la surface de la Terre, la distance d'un horizon à l'autre visible à partir de l'engin spatial) se chevauche à chaque orbite successive.

Les satellites qu'on a installés sur de telles orbites, ayant des angles d'inclinaison presque droits, permettent d'observer la quasi-totalité de la surface de la Terre chaque jour.

Tracés des orbites 1, 2 et 3

Tracées sur une carte (projection de Mercator), les orbites successives de l'engin spatial produisent un schéma semblable à celui présenté à gauche.

Ces trajectoires se déplacent successivement vers la gauche (en direction ouest) sur ce diagramme, sous l'effet de la rotation terrestre vers l'est (vers la droite).

Empreinte orbitale

 

Puisque l'engin spatial est sur une orbite basse terrestre (de moins de 500 km d'altitude), il ne « voit » qu'une petite partie de la surface de la Terre à la fois.

Cette faible partie visible de la surface terrestre s'appelle l'empreinte de l'engin spatial (disques jaunes dans l'illustration de gauche).

Pour les appareils de surveillance de la Terre, on choisit le tracé orbital et l'altitude de manière à ce que les empreintes du satellite se chevauchent légèrement d'une orbite à l'autre. De cette façon, on peut observer l'ensemble de la planète chaque jour.

L'image de gauche représente la véritable trace au sol de la Station spatiale internationale montrant sa trajectoire actuelle et les deux suivantes (en direction ouest).

Le cercle rouge indique l'empreinte de la Station spatiale internationale. Il est à noter que l'empreinte de chaque orbite chevauche l'empreinte de l'orbite précédente, si bien que la Station spatiale internationale passe directement au-dessus de l'horizon occidental de l'orbite précédente.

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