
Tous les corps du syst�me solaire sont gouvern�s par les lois immuables de la m�canique c�leste. Les satellites, qu'ils soient artificiels ou naturels, ob�issent aux lois de l'attraction universelle, comme la loi de Newton qui d�crit l'attraction potentielle � laquelle est soumis un corps ou les trois lois de Kepler qui d�crivent les caract�ristiques des orbites. Pour plus de facilit�, le texte qui suit fera surtout r�f�rence � un satellite artificiel orbitant autour de la plan�te Mars (Mars Global Surveyor), mais les r�gles �nonc�es restent bien entendu valables pour le mouvement de la Lune autour de notre plan�te ou le mouvement de la Terre par rapport au Soleil.
La premi�re loi de Kepler stipule que la trajectoire suivie par un corps orbitant autour d'un astre (par exemple une sonde tournant autour de Mars) est une ellipse, dont l'un des foyers est situ� au centre de cet astre. La deuxi�me loi de Kepler, que l'on nomme �galement loi des aires, affirme que la ligne reliant une sonde et le centre de Mars balaie des aires �gales en des temps �gaux. Cette loi � une cons�quence particuli�rement importante : lorsqu'une sonde s'approche d'une plan�te, elle va se d�placer vite sur son orbite que lorsqu'elle s'en �loigne. Cette loi permet �galement de comprendre pourquoi l'�t� dans l'h�misph�re sud de Mars est plus court que l'�t� dans l'h�misph�re nord. L'orbite de Mars autour du Soleil est fortement excentrique. Pendant l'�t� austral, Mars est proche de son p�rig�e. La plan�te se d�place assez vite que l'�t� ne dure pas longtemps. Au contraire, lorsque l'�t� arrive dans l'h�misph�re nord, la plan�te Mars est � son apog�e, le point de l'orbite le plus �loign� du Soleil. L'�t� bor�al dure donc plus longtemps, car Mars se d�place moins vite sur son orbite (pour plus de d�tails, voir le chapitre consacr� au cycle des saisons). Notez que la vitesse d'un satellite autour de Mars n'est jamais constante, � l'exception bien sur des orbites circulaires.
La troisi�me et derni�re loi de Kepler permet de d�terminer la distance relative d'une plan�te autour du Soleil en utilisant sa p�riode de r�volution : pour toutes les plan�tes du syst�me solaire, le rapport T2/A3 est une constante (T repr�sente la p�riode orbitale et A le demi-grand axe de l'ellipse), dont la valeur est ind�pendante de la masse de la plan�te choisie (il s'agit en fait d'une simplification : �tant donn� que la masse du soleil d�passe largement celle des plan�tes du syst�me solaire, on n�glige la masse de ces derni�res; dans le cas d'une sonde en orbite autour d'un astre attracteur, la constante d�pend bien s�r directement de la masse de celui-ci). Formul�e autrement, la troisi�me loi de Kepler indique que le carr� du temps mis par une sonde pour boucler une r�volution autour de Mars est proportionnel au cube du demi-grand axe de son orbite.
|
A�rofreinage : voir freinage atmosph�rique. Anomalie vraie (q) : Ce param�tre permet de d�finir la position d'un point quelconque sur une orbite (par exemple la position d'un satellite). Il s'agit de l'angle exprim� en degr�s form� par le p�riapse, le centre de Mars et le point de l'orbite occup� par le satellite. Une autre mani�re de conna�tre la position d'un satellite consiste � mesurer le temps t �coul� depuis son passage au niveau d'un point de r�f�rence comme le p�riapse. Apoapse : Point de l'orbite le plus �loign� de la surface de Mars. La hauteur de l'apoapse est plus souvent donn� depuis la surface de la plan�te que depuis son centre (Ra, voir sch�ma � droite). Le terme apoapse s'utilise lorsque la nature du corps central n'est pas pr�cis�e. Lorsque l'orbite est terrestre, on emploie le terme apog�e. De la m�me mani�re, si l'orbite s'effectue autour du Soleil, on utilisera le terme aph�lie et le terme apoastre pour une orbite situ�e autour d'une �toile autre que le Soleil. Ascension droite du n�ud ascendant (W) : Cette valeur permet de situer le plan de l'orbite par rapport aux coordonn�s astronomiques. L'ascension droite du n�ud ascendant repr�sente l'angle entre le point vernal et la ligne des n�uds, compt� de 0� � 360 � (du point vernal vers le n�ud ascendant, dans le sens de rotation de la plan�te, que l'on nomme �galement sens direct). En bref, W d�crit la position de la ligne des n�uds par rapport � une valeur de r�f�rence (le point vernal). L'orientation du plan orbital peut s'effectuer naturellement sous l'effet du renflement �quatorial de Mars (ce m�canisme est d�sign� sous le nom de pr�cession nodale). La pr�cession nodale est souvent utilis�e pour changer le param�tre W, car la modification de l'ascension droite du n�ud ascendant n�cessite sinon une forte d�pense d'�nergie (allumage des moteurs). La rotation du plan de l'orbite est d'autant plus importante que l'orbite est proche de la plan�te et que son inclinaison est �loign�e de 90�. Le plan tourne dans le sens direct (le sens de rotation de la plan�te) si l'inclinaison est sup�rieure � 90�, ou dans le sens inverse (r�trograde) si l'inclinaison est inf�rieure � 90�. Elle est normalement nulle pour une orbite polaire qui passe par les p�les (inclinaison �gale � 90�). Argument du p�riapse (w) : Distance angulaire entre le n�ud ascendant et le point de passage au p�riapse, compt� de 0� � 360 � (du n�ud ascendant vers le p�riapse) dans le sens de r�volution du satellite. Cette valeur indique l'orientation du grand axe dans le plan de l'orbite. Elle permet �galement de d�terminer la latitude du passage au p�riapse. Par exemple, au d�but de la phase de freinage atmosph�rique, l'argument du p�riapse �tait de 148,88 �, ce qui correspondait � une latitude nord de 31,56 � pour le p�riapse (180 � - 148,44�). La valeur de l'argument du p�riapse peut subir une alt�ration naturelle suite � l'action du renflement �quatorial de la plan�te Mars. Pour modifier artificiellement ce param�tre d'une valeur �gale � D(w), il faut appliquer une pouss�e D(v) au point de l'orbite ou le rayon fait un angle de D(w)/2 avec le grand axe de l'orbite, en direction du centre de Mars. Cr�pusculaire : type d'orbite h�liosynchrone ou l'heure de passage du satellite au niveau des n�uds s'effectue soit au cr�puscule (par exemple 18 heures pour le n�ud ascendant), soit � l'aube (par exemple 6 heures pour le n�ud descendant). La ligne des n�uds est toujours perpendiculaire � la direction du Soleil. Le satellite est donc toujours �clair� par le Soleil et les panneaux solaires re�oivent de l'�nergie en permanence, ce qui permet d'alimenter des instruments tr�s consommateurs en �nergie comme les radars. Un satellite qui suit une orbite cr�pusculaire peut cependant conna�tre de courtes �clipses � chaque r�volution au cours de certaines p�riodes de l'ann�e. demi-grand (a) : Il s'agit du grand axe de l'ellipse divis� par deux. Il correspond � la distance s�parant le centre de l'ellipse de l'une de ses extr�mit�s. Cette valeur permet de d�crire la forme d'une orbite. demi-petit (b) : Il s'agit du petit axe de l'ellipse divis� par deux. Il correspond � la distance s�parant le centre de l'ellipse de l'une de ses petites extr�mit�s. Cette valeur permet de d�crire la forme d'une orbite. Ellipse : L'ellipse est une figure fondamentale en astronomie. La premi�re loi de Kepler stipule que toutes les plan�tes se d�placent autour du Soleil en suivant une ellipse. Une ellipse est une figure qui peut �tre obtenue par l'intersection d'un plan avec un c�ne circulaire, le plan coupant compl�tement le c�ne. C'est aussi l'ensemble des points dont la somme des distances � deux points fixes (les foyers de l'ellipse, F1 et F2) est une constante. L'un des foyers d'une orbite est occup� par l'astre qui exerce la force de gravitation (la plan�te Mars est ainsi situ�e sur l'un des deux foyers de l'orbite suivie par Mars Global Surveyor). Le grand axe, qui joint les deux plus grandes extr�mit�s de l'ellipse et qui passe par les deux foyers, est un axe de sym�trie. Le petit axe, perpendiculaire au grand axe et passant par le milieu des foyers, est �galement un axe de sym�trie. Le cercle est une ellipse bien particuli�re : les deux foyers sont confondus et la longueur du grand axe est �gale � celle du petit axe.
Excentricit� (e): C'est la distance entre les foyers de l'ellipse divis�e par le grand axe de l'ellipse. L'excentricit� peut aussi se calculer par le rapport (Ra - Rp) / (Ra + Rp), ou Ra est la hauteur de l'apoapse depuis le centre de la plan�te et Rp la hauteur du p�riapse depuis le centre de la plan�te. Un cercle a une excentricit� �gale � z�ro. Freinage atmosph�rique : M�thode permettant d'abaisser l'altitude de l'apoapse sans modifier la valeur du p�riapse, ce qui conduit � terme � une circularisation de l'orbite � la hauteur du p�riapse. Un dossier complet est consacr� au freinage atmosph�rique. G�ostationnaire : Orbite assurant � un satellite une immobilit� relative au-dessus d'une r�gion donn�e. Cette orbite tr�s particuli�re a �t� d�crite pour la premi�re fois par Arthur C. Clarke, auteur de science fiction bien connu. Pour la Terre, l'orbite g�ostationnaire se situe � une distance de 36 000 km. Pour Mars, cette orbite est situ�e � environ 17 000 km. C'est l'orbite de pr�dilection pour les satellites de t�l�communication. H�liocentrique : Orbite d�crite autour du Soleil. H�liosynchrone : Cette orbite particuli�re se caract�rise par le fait qu'elle conserve un angle constant avec la direction Mars - Soleil. L'obtention d'une orbite h�liosynchrone est possible en imprimant au plan de l'orbite une pr�cession nodale de 360� par an, qui compense en quelque sorte le d�placement de Mars autour du Soleil. La pr�cession nodale est obtenue par le choix d'une inclinaison r�trograde dont la valeur va d�pendre de l'altitude de l'orbite du satellite. Une orbite h�liosynchrone permet de s'assurer que le satellite survolera toujours � la m�me heure solaire locale une r�gion quelconque de la plan�te. Comme l'illumination des terrains survol�s est toujours la m�me, on peut comparer avec facilit� diff�rentes photographies prises � des �poques diff�rentes, sans se soucier des diff�rences qui auraient pu appara�tre avec des conditions d'�clairages variables (Soleil bas sur l'horizon pour une photographie, Soleil au z�nith pour une autre). L'�clairage ne varie qu'avec les saisons. L'orbite h�liosynchrone permet �galement un survol de presque toutes les r�gions d'une plan�te, car elle est quasi polaire. C'est une orbite de pr�dilection pour les satellites d'observations qui doivent r�aliser une cartographie de la surface et de l'atmosph�re. Les orbites h�liosynchrones sont d�finies par l'heure locale du passage du satellite au niveau du n�ud descendant. La sonde Mars Global Surveyor suit une orbite de ce type et passe de l'h�misph�re nord � l'h�misph�re nord � 2:00 AM (elle effectue donc sa trajectoire descendante en pleine nuit). Inclinaison (i): Distance angulaire entre le plan de l'orbite et le plan de l'�quateur martien. En d'autres termes, c'est l'inclinaison de l'orbite par rapport � l'�quateur martien. Une inclinaison de 0� caract�rise une orbite �quatoriale. Une inclinaison de 90� indique une orbite passant par les p�les. Une orbite poss�dant une inclinaison inf�rieure � 90� est qualifi� de directe. Lorsque l'inclinaison d�passe 90�, l'orbite est d�finie comme �tant r�trograde, car la sonde tourne alors dans le sens inverse de la rotation de la plan�te (voir sch�ma � droite). La valeur de l'inclinaison varie entre 0� et 180�. Pour modifier l'inclinaison D(i) de l'orbite d'un satellite, il faut appliquer une pouss�e D(v) � un angle �gal � 90� + D(i)/2 avec la direction du satellite lorsque celui-ci passe � l'un des n�uds (descendant ou ascendant) de son orbite. Ligne des n�uds (NN'): Ligne qui relie le nœud ascendant et le nœud descendant. Nœuds : Les n�uds sont les points d'intersections de l'orbite avec l'�quateur martien. N�ud ascendant (N): Le n�ud ascendant est le point ou la sonde croise l'�quateur martien en passant de l'h�misph�re sud � l'h�misph�re nord, c'est � dire en montant vers le nord (voir sch�ma � droite). N�ud descendant (N'): Le n�ud descendant est le point ou la sonde croise l'�quateur martien en passant de l'h�misph�re nord vers l'h�misph�re sud, c'est � dire en descendant vers le sud. P�riapse : Point de l'orbite le plus proche de la surface de Mars. La hauteur du p�riapse est plus souvent mesur�e depuis la surface de la plan�te que depuis son centre (Rp, voir sch�ma � droite). Le terme p�riapse s'utilise lorsque la nature du corps central n'est pas pr�cis�e. Lorsque l'orbite est terrestre, on emploie le terme p�rig�e. De la m�me mani�re, si l'orbite s'effectue autour du Soleil, on utilisera le terme p�rih�lie et le terme p�riastre pour une orbite situ�e autour d'une �toile autre que le Soleil. P�riode de r�volution : Temps mis par la sonde pour parcourir une orbite compl�te autour de la plan�te Mars. Point vernal (g): Le plan de l'�quateur terrestre coupe le plan de l'�cliptique selon une ligne qui passe par le centre de la Terre. On appelle cette ligne la ligne des �quinoxes. La direction de cette ligne au moment de l'�quinoxe de printemps (qui a lieu le 21 mars) d�signe � l'infini le point vernal g. Cette direction est fixe dans le syst�me solaire et elle fait office de r�f�rence pour le calcul des coordonn�es astronomiques. Notez que dans la r�alit�, cette direction n'est pas aussi fixe par rapport aux �toiles que l'on pourrait le souhaiter. Un lent mouvement de pr�cession lui fait accomplir un tour complet en 27 800 ans. Rayon � l'apoapse (ra) : Distance s�parant l'apog�e de l'un des foyers de l'orbite (en g�n�ral le foyer occup� par le centre du corps principal). Cette valeur permet de d�crire la forme d'une orbite. Rayon au p�ripase (rp): Distance s�parant le p�riapse de l'un des foyers de l'orbite (en g�n�ral le foyer occup� par le centre du corps principal). Cette valeur permet de d�crire la forme d'une orbite. Pour modifier d'une valeur D(rp) le rayon au p�riapse, on applique une pouss�e D(v) lors du passage � l'apoapse dans la direction du satellite si l'on veut augmenter le rayon et dans la distance oppos�e si on veut au contraire resserrer l'orbite. |

Param�tres fondamentaux d'une orbite : a : demi-grand axe. b : demi-petit axe. Ra : distance de l'apoapse au centre de Mars. Rp : distance du p�riapse au centre de Mars. L'excentricit� de l'orbite est �gale � : (Ra - Rp) / (Ra + Rp). Si Ra = Rp, l'excentricit� est �gale � z�ro et l'orbite est circulaire (Cr�dit photo : droits r�serv�s).

Repr�sentation de l'orbite de Mars Global Surveyor pendant la phase de freinage atmosph�rique. On voit nettement la diff�rence entre le p�riapse et l'apoapse. Apr�s l'a�rofreinage, l'orbite est devenue circulaire et l'altitude de l'apoapse est �gale � celle du p�riapse. L'argument du p�riastre est �galement indiqu� sur le sch�ma (Cr�dit photo : droits r�serv�s).

L'orbite de Mars Global Surveyor est presque polaire. L'inclinaison (i), c'est � dire l'angle entre le plan de l'orbite et l'�quateur martien, avoisine ici les 90 � (Cr�dit photo : droits r�serv�s).

Le nœud ascendant de l'orbite est le point de l'orbite qui croise l'�quateur martien, lorsque la sonde monte vers le p�le nord (Cr�dit photo : droits r�serv�s).
Une orbite h�liosynchrone se caract�rise par le fait que l'angle form� entre le plan de l'orbite et la direction Mars - Soleil reste constant tout au long de l'ann�e (Cr�dit photo : � Philippe Labrot, d'apr�s un sch�ma de l'atlas de g�ographie de l'espace de Fernand Verger).
|
Labrot � 1997-2026. Derni�re mise � jour : 8 ao�t 2000. Des commentaires, corrections ou remarques ? N'h�sitez pas, �crivez moi! |
index |