Question:
Altitudes orbitales, certaines sont-elles meilleures que d'autres et pourquoi?
Marmstrong
2014-12-26 01:37:02 UTC
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L'orbite géostationnaire d'environ 35 786 km au-dessus du niveau moyen de la mer permet aux satellites de tourner à la même vitesse que la Terre sur son axe, ce qui leur donne l'impression de ne pas bouger par rapport au sol.

D'autres altitudes orbitales présentent-elles des avantages particuliers, par exemple, pourquoi la hauteur orbitale de 431 km a-t-elle été choisie pour la Station spatiale internationale? Pourquoi les satellites sont-ils placés sur certaines orbites? Pour limiter la portée de cette question, je ne parle pas vraiment d'inclinaison (par exemple polaire, rétrograde, prograde, etc.).

Si des altitudes orbitales particulières ont des noms techniques, ce serait un bonus.

Vote de clôture trop large. La sélection d'altitude de l'ISS est suffisamment étroite, d'autres éléments dépendent de la mission.
@DeerHunter Je ne pense pas que ce soit trop large comme le prouve la réponse succincte ci-dessous.
@Marmstrong Aussi succincte que puisse être la réponse de Fraser, elle est également assez vague. Ne vous méprenez pas, je ne l'attaque pas, il est aussi bon que sa longueur le permet et je suppose que c'est à vous de décider à quel point cela est utile. Vous devez savoir cependant qu'il y a beaucoup plus à dire sur les altitudes orbitales que ce que Fraser discute ici. Par exemple, il y a les ceintures de rayonnement de Van Allen commençant à LEO avec leurs ceintures intérieures et s'étendant bien au-dessus. Et le champ magnétique terrestre. Et la traînée atmosphérique. Et de nombreux autres aspects environnementaux et non environnementaux des altitudes orbitales.
@TildalWave J'accepte ce que vous dites. Lorsque vous avez une question dans votre tête, vous ne savez pas à quel point elle sera grande ou compliquée (d'où la raison pour laquelle vous posez la question). Une liste de facteurs à prendre en compte serait alors appropriée ou une autre documentation utile serait excellente.
La question et la réponse peuvent être considérées comme une introduction ou une première approximation. Certaines personnes ne s'intéressent qu'au niveau de détail fourni dans la réponse brève actuellement. D'autres continueront à en savoir plus, en cliquant pour accéder aux questions liées aux réponses, ou sur la liste «Associés», ou en tirant une liste de questions avec la balise «altitude orbitale». Cela me semble être l'idéal. Surtout si ce sont les membres les moins experts qui gèrent largement ces questions, laissant les experts libres pour les choses les plus exigeantes.
@TidalWave aucune offense prise! C'était une réponse rapide écrite le jour de Noël! Une fois que je suis revenu à la normale et que je suis revenu sur mon ordinateur portable, je le poivrerai de liens (il y a une image spécifique que j'espère trouver dans `` Space Vehicle Design '' qui donne un bon aperçu des effets de la perturbation de l'orbite causée par l'altitude.
@FraserOfSmeg Oui, je m'en suis rendu compte, mais nous semblons tous les deux avoir manqué l'occasion d'obtenir le chapeau "Got a Tablet for Christmas" (posté le jour de Noël en utilisant l'application Android ou iOS). : D Re cette question, j'espérais trouver une bonne infographie sur les orbites terrestres sur le net, mais pas de chance. Je pense qu'il est temps d'en faire un ... :)
Quatre réponses:
ThePlanMan
2014-12-26 01:48:05 UTC
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Différentes orbites offrent différents avantages. Par exemple, les altitudes orbitales plus basses ont une population de débris spatiaux plus faible (ou du moins garantissent que les débris se désorbiteront plus rapidement), des combinaisons d'inclinaison et d'altitude spécifiques permettent également la synchronisation du soleil, vous pouvez donc effectuer des observations de la Terre et garantir que le soleil est le même. position relative à chaque passage.

Si vous voulez avoir une idée générale des altitudes qui ont des avantages spécifiques, vous pouvez regarder les populations de débris spatiaux ou simplement regarder où les choses se trouvent actuellement dans le satcat.

L'ISS, comme vous l'avez spécifiquement demandé, a été placé sur l'orbite car il minimise le risque de débris spatiaux sans avoir une traînée si importante que les besoins en carburant pour le maintien de la station sont trop élevés!

Le problème d'optimisation de l'altitude de l'orbite de l'ISS pourrait être mieux traité. Cet article est un exemple: http://issfd.org/ISSFD_2012/ISSFD23_PS_5.pdf
Nickolai
2014-12-26 07:37:27 UTC
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Parlons donc d'abord de géostationnaire.

Comme vous l'avez souligné, les altitudes géostationnaires laissent les satellites «planer» sur une certaine zone de la Terre, c'est utile pour la surveillance météorologique, les communications (un seul satellite peut être dédié à tout un continent, en permanence), et probablement à d'autres choses auxquelles je n'ai pas pensé. Un inconvénient est cependant la latence du signal. Certains fournisseurs d'accès Internet par satellite ont des satellites à cette altitude, et bien qu'ils fournissent une couverture suffisamment bonne pour faire quelque chose comme la lecture de StackExchange, oubliez d'essayer de jouer à des jeux multijoueurs.

Il y a donc deux considérations d'altitude, de couverture et de décalage. Plus votre altitude est élevée, plus votre couverture est élevée (ce qui signifie moins de satellites totaux nécessaires pour couvrir le globe, si c'est votre intention), mais cela se fait au prix d'un décalage accru.

Les satellites GPS sont un bon exemple de satellites à haute altitude qui ne sont pas géostationnaires. Leur altitude élevée (20000 km) permet un nombre réduit de satellites, mais ils sont également suffisamment bas pour que le décalage du signal soit acceptable. S'ils étaient en orbite beaucoup plus bas, la latence du signal serait améliorée, mais plus de satellites seraient nécessaires, ce qui coûterait plus cher.

À mesure que vous diminuiez, la résolution des photos s'améliorerait, ce qui va évidemment très important pour les satellites espions et autres satellites d'imagerie. Un exemple est la série de satellites KH-11, qui orbite sur des orbites de 300x1000 km.

À mesure que vous descendez encore, différents facteurs entrent en jeu. Comme l'a noté FraserOfSmeg, les orbites à basse altitude (c'est-à-dire quelques centaines de kilomètres) se désintégreront plus rapidement. Parfois c'est bien. Si vous souhaitez lancer un satellite qui ne nécessite que quelques semaines de test, si vous le lancez sur une orbite basse, vous aurez le temps de le tester, puis il retombera dans l'atmosphère, réduisant ainsi le problème des débris spatiaux.

Une autre considération importante de l'altitude orbitale est de savoir si vous voulez aller plusieurs fois quelque part, comme Hubble ou ISS. Plus l'orbite est haute, plus il est difficile de s'y rendre et moins vous pouvez emporter d'objets (science, nourriture, équipement, etc.). Encore une fois, aux orbites inférieures, vous devez également équilibrer le coût de la re-boost de l'orbite lorsqu'elle se désintègre trop. L'ISS n'est pas réglé à 431 km comme vous l'avez dit dans votre question, l'orbite est constamment en décomposition et se rebooste.

L'altitude géostationnaire est la seule à ma connaissance qui porte un nom spécial, mais au-delà de cela, les orbites sont généralement divisées en orbite terrestre basse (LEO, généralement tout ce qui est inférieur à 1000 km, mais cette définition varie en fonction de la personne à qui vous demandez), orbite terrestre moyenne (MEO, au-dessus de LEO mais en dessous du géostationnaire) et orbite terrestre haute (HEO, au-dessus du géostationnaire .)

Il existe une [énorme liste d'orbites nommées] (https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_orbits).
Avec les satellites GPS, le «retard du signal» ou le «temps de latence» est la raison pour laquelle ils fonctionnent en premier lieu. Le GPS fonctionne en mesurant les différences de latence entre plusieurs satellites en raison de la vitesse limitée de la lumière. Une raison plus importante pour laquelle les satellites GPS ne sont pas sur des orbites encore plus élevées est que 1. ils coûteraient plus cher à lancer et 2. ils auraient besoin d'émetteurs plus puissants, ce qui nécessiterait des cellules solaires plus puissantes, ce qui les rendrait encore plus chers lancer.
Philipp
2014-12-26 10:51:51 UTC
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L'orbite idéale d'une station spatiale doit être suffisamment haute pour que le frottement atmosphérique soit faible et que les reboosts ne soient pas nécessaires trop souvent, mais aussi suffisamment basse pour que les vols d'approvisionnement ne deviennent pas trop chers. La hauteur orbitale de l'ISS est un compromis entre ces deux exigences. Son inclinaison est un compromis entre les inclinaisons idéales pour les deux sites de lancement Baïkonour et Kennedy Space Center. Il a été choisi pour être légèrement meilleur pour Baïkonour. Une inclinaison plus élevée permet également à l'ISS d'observer une plus grande partie de la surface de la Terre.

Une autre orbite intéressante est l ' orbite héliosynchrone . Il s'agit d'une orbite fortement inclinée qui passe toujours l'équateur exactement à la même heure locale. Ou en d'autres termes: lorsqu'il passe au-dessus de l'équateur, le soleil est exactement au même angle. Ces satellites sont utilisés pour l'observation du soleil et à des fins météorologiques. Il existe plusieurs orbites de ce type avec des inclinaisons et des hauteurs différentes (ce qui signifie également un nombre différent d'orbites par jour terrestre).

Lorsque vous voulez l'opposé d'un satellite géostationnaire - un qui se déplace au-dessus du sol comme le plus rapidement possible - vous le placeriez sur une orbite rétrograde basse . La différence entre une orbite rétrograde et une orbite habituelle (prograde) est que le satellite tourne autour de la Terre dans le sens opposé à la rotation de la Terre. Au lieu de se diriger vers l'est, le satellite tourne vers l'ouest. Ce type de satellite est assez rare dans la pratique car il nécessite plus d'énergie pour se lancer (la vitesse de rotation du sol qui assiste généralement les lancements de fusées joue désormais contre lui). De plus, très peu de sites de lancement autorisent les lancements vers l'ouest. Le Kennedy Space Center, par exemple, n'est pas autorisé à effectuer de tels lancements pour des raisons de sécurité: un échec de lancement mettrait en danger la région métropole d'Orlando.

jazzpi
2014-12-29 17:36:37 UTC
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Tout d'abord, parlons d'orbites circulaires simples (proches de). Habituellement, vous pouvez les diviser en basse, moyenne et haute.

Toutes les orbites géocentriques d'une altitude allant jusqu'à 2000 km (1240 mi) sont classées comme une orbite terrestre basse ( LEO). Tout objet censé rester dans l'espace pendant une période plus longue (comme les satellites ou l'ISS) a généralement une altitude> 300 km, car les orbites en dessous de cette altitude seraient impraticables en raison de la traînée atmosphérique dans la thermosphère, provoquant une désintégration orbitale. .

Bien que l'altitude de l'ISS soit plus élevée que cela, elle perd encore 50-100 m par jour et doit faire des brûlures orbitales de temps en temps.

Les LEO sont meilleurs que les orbites à plus haute altitude car ils nécessitent moins de Delta-V pour atteindre, il est donc moins coûteux de construire des stations spatiales là-bas. Ils sont pires car vous ne pouvez voir des objets dans LEO que depuis une petite partie de la surface de la Terre.

Des orbites (géocentriques) au-dessus de 2 000 km juste en dessous des orbites géosynchrones (35 786 km) sont classées comme Orbites terrestres moyennes (MEO), "le plus souvent à 20 200 km ou 20 650, avec une période orbitale de 12 heures", comme utilisé par les satellites GPS.

Les MEO sont bons car avec une période orbitale de 12 heures, vous pouvez facilement calculer quand le satellite va passer au-dessus de vous et vous avez toujours un angle de vue raisonnable.

Les orbites (géocentriques) au-dessus de 35 786 km sont classées comme des Orbites terrestres élevées ( pas HEO! ). Les satellites météorologiques et de communication ont tendance à se trouver sur des orbites terrestres élevées car ils peuvent "voir" une grande partie de la surface terrestre à partir de cette altitude.

Voici quelques exemples d’orbites elliptiques intéressantes: La toundra et l'orbite de Molniya.

Les orbites géosynchrones ne fonctionnent évidemment que lorsqu'elles sont placées au-dessus de l'équateur. Si vous voulez avoir un satellite stationnaire sur de très hautes latitudes, ils ne fonctionnent pas.

Vous utilisez donc à la place l'une des deux orbites. Ils sont très elliptiques et ont une inclinaison de ~ 63,4 °. L'excentricité élevée signifie qu'un satellite a une longue période d'apogée, il reste donc autour d'un certain point de la surface pendant la majeure partie de son orbite, puis fait rapidement le tour de la Terre et revient en vision après un court laps de temps.

L ' orbite de la toundra a un périgée de 1 000 km et une apogée de 70 580, ce qui lui donne une période orbitale de 24 heures. Le seul utilisateur actuel des orbites de Tundra est la radio satellite Sirius. Il utilise une constellation de trois satellites, avec lesquels il peut fournir son flux à toute l'Amérique du Nord pendant 24 heures par jour.

L'orbite de Molniya a un périgée de 1 000 km et une apogée de ~ 40 000, ce qui donne c'est une période orbitale de 12 heures. Ils ont été principalement utilisés par les satellites de communication Molniya et certains satellites espions pendant la guerre froide.

Un autre point à considérer est que les orbites destinées aux engins spatiaux habités ne devraient pas traverser la ceinture de rayonnement de Van Allen (bien que ce ne soit guère évitable en allant sur la lune), ce qui exclut les orbites d'environ 1 000 à 60 000 km de la liste des engins habités.

Pourquoi les orbites terrestres élevées ne sont-elles pas HEO?
@Nickolai Parce que l'abréviation HEO est utilisée pour les orbites hautement elliptiques.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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