-Comment les satellites sont-ils envoyés dans l’espace ?

Dans le domaine spatial, le terme fusée est souvent remplacé par lanceur. Son rôle est de transporter des charges (ici les satellites) au-delà de l’atmosphère et de donner une vitesse suffisante pour le mettre en orbite autour de la Terre. Les fusées ne servent qu’une seule fois et ne sont pas récupérables (elles se désintègrent au fur et à mesure de l’ascension dans l’espace). Les navettes, elles, sont à la fois lanceurs et vaisseau habilités. Elles ont un avantage, c’est qu’elles sont en grande partie réutilisables. Dans l’espace, il n’existe pas de points d’appui extérieurs. Un moteur-fusée est capable de créer sa propre force motrice aussi bien dans l’atmosphère que dans le vide spatial. Son fonctionnement repose sur un phénomène naturel, celui de l’égalité de l’action et de la réaction, découvert par Isaac Newton, c’est la troisième loi Newton.

En faite l’égalité de l’action et de la réaction est que tout corps A exerçant une force sur un corps B subit une force d’intensité égale, mais de sens opposé, exercée par le corps B. Pour les lanceurs ce sont les moteurs qui ont pour rôle cette loi leur permettant de s’envoler et d’aller jusqu’à l’orbite donnée. Il y a beaucoup d’exemples possibles comme le recul du pistolet lorsque l’on tire, lorsque l’on rame, ou encore lorsqu’un canon tire.

Le rôle du moteur-fusée est de produire d’abondantes quantités de gaz qui sont éjectées, à très grande vitesse, dans une direction donnée. Donc le satellite sera projeté dans le sens inverse. Ces gaz sont obtenus en faisant réagir, l’une sur l’autre, deux substances appelées ergols : l’une est le combustible  (qui brûle), l’autre le comburant  (qui fournit l’énergie nécessaire à la combustion ). Lorsqu’un satellite est lâché dans l’espace par une fusée , il est soumis à deux forces principales :L’une est l’attraction terrestre qui attire tous les corps vers le centre du globe.L’autre est la force centrifuge qui éloigne le satellite du sol.  Si la force d’attraction terrestre est supérieure à la force centrifuge, le satellite retombe inévitablement. Mais lorsque ces deux forces sont égales, c’est le principe de satellisation. Ainsi plus l’orbite est basse, plus l’attraction est grande et plus la vitesse doit être importante. Cette vitesse de libération doit être comprise, pour un satellite géostationnaire, entre 7.9 km/s et 11.2km/s. En deçà de 7.9 km/s, l’engin retombe sur terre et au-delà de 11.2 km/s le satellite quitte le voisinage de la terre, il aura atteint sa vitesse de libération.

Nous avons ici une illustration du raisonnement de Newton. Depuis le sommet d’une montagne, un canon envoie des projectiles avec chaque fois plus de puissance. Les projectiles A et B retombent sur terre. Le projectile C entre en orbite circulaire, D en orbite elliptique. Le projectile E se libère de l’attraction terrestre. C’est ce qui a été expliqué au dessus, le satellite doit être projeté à une certaine vitesse pour atteindre un certain orbite.

-Les fenêtres de lancement :

En réalité placer un satellite sur une orbite précise en partant du sol n’est pas une chose facile. Il faut notamment tenir compte de la position de la base de lancement, changeant avec la rotation de la Terre, et de l’énergie nécessaire au gain d’altitude.

Pour réussir un lancement orbital, il faut tenir compte de deux trajectoires. La première est celle de l’orbite ciblée, qui sera parcourue par le satellite. La seconde est celle de la base de lancement, qui se déplace avec la rotation de la Terre sur elle-même. Ces deux trajectoires ne se croisent pas nécessairement ; lorsqu’elles se croisent, on ne peut pas partir à n’importe quel instant. Pour atteindre une orbite donnée, il faut déterminer précisément les positions et instants auxquels ces deux trajectoires se croisent : ce sont les fenêtres de lancement. Il en existe plusieurs :

– Premier cas : Aucune fenêtre de lancement → Le cas où la latitude de la base est supérieure à l’inclinaison de l’orbite  est fréquent et complexe. Aucun lancer direct n’est possible ; il faudra joindre dans un premier temps une orbite temporaire, puis effectuer un changement de trajectoire à la jonction des orbites temporaire et finale.

– Second cas : fenêtre de lancement unique →  Dans le cas où la trajectoire du satellite et de la base se joignent en un seul point. Ce point est nommé fenêtre de lancement

– Dernier cas : fenêtre de lancement double → La situation est un plus complexe. Il existe alors deux nœuds entre les deux trajectoires, l’un ascendant, l’autre descendant.

Après avoir trouvé sa fenêtre de tir et avoir été lancé le satellite ira se placer en orbite temporaire et ensuite il se transférera sur un autre orbite.

Si on prend le cas des satellite de télécommunication qui sont le plus souvent mis en orbite géostationnaire, ceux la nécessite un lanceur beaucoup plus puissant qu’un satellite en orbite basse du fait de l’altitude de l’orbite. Pour injecter un satellite en orbite géostationnaire, l’engin spatial est traditionnellement placé par son lanceur sur une orbite fortement elliptique. Lorsqu’il atteint cet apogée, un moteur, partie intégrante du satellite, est mis à feu pour rendre l’orbite circulaire.