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Mise à jour 13 décembre 2024

Orbite géostationnaire : Calcul et explications

Orbite Géostationnaire

Description de l'image : les satellites géostationnaires sont des satellites de télécommunications, de télédiffusions, d'observations et des satellites météorologiques. Ils se situent à 35 796 km d'altitude et ont une position fixe par rapport à la surface de la Terre, leur altitude permet de « voir » plus du tiers de la Terre, il suffit de trois satellites pour assurer une couverture quasi totale de la surface terrestre.

Qu'est-ce qu'une orbite géostationnaire ?

L'orbite géostationnaire est une orbite circulaire située à une altitude spécifique, au-dessus de l'équateur terrestre, où un satellite reste fixe par rapport à un point sur la surface de la Terre. Cette orbite permet de maintenir une position constante dans le ciel, ce qui est particulièrement utile pour les satellites de communication et de météorologie.

N. B. : L'orbite géostationnaire est une orbite circulaire qui permet à un satellite de faire un tour autour de sa planète pendant que sa planète fait un tour autour d'elle-même. Comme son inclinaison par rapport au plan de l'équateur de la Terre est égale à 0, le satellite parait « immobile », suspendu dans le ciel toujours à la même position, au-dessus de l'équateur. Les satellites géostationnaires sont utilisés pour l'observation en continu d'une zone précise du globe terrestre.

Les principes physiques fondamentaux

Pour comprendre et calculer une orbite géostationnaire, il est essentiel de maîtriser certains concepts de mécanique orbitale :

Calcul de l'altitude de l'orbite géostationnaire

La période orbitale (T) pour une orbite géostationnaire doit correspondre à la période de rotation de la Terre, soit 24 heures ou 86 400 secondes. En utilisant la troisième loi de Kepler, la formule pour le rayon de l'orbite (⃒a⃓) est :

\[ T = 2\pi \sqrt{\frac{a^3}{\mu}} \]

En isolant a, nous obtenons :

\[ a = \left( \frac{\mu T^2}{4\pi^2} \right)^{1/3} \]

Pour la Terre, avec T = 86 400 s, le calcul donne un rayon d'orbite de 42 164 km. L'altitude du satellite est obtenue en soustrayant le rayon terrestre (6 378 km) :

\[ h \approx 42 164 - 6 378 = 35 786 \, \text{km} \]

Applications principales

Les orbites géostationnaires sont employées dans de nombreux domaines :

Différences entre Orbite Synchrone et Orbite Géostationnaire

Tous les satellites géostationnaires sont synchrones, mais tous les satellites synchrones ne sont pas géostationnaires.

Orbite synchrone

Orbite géostationnaire

Une orbite géostationnaire est un cas particulier d'orbite synchrone qui remplit des critères très spécifiques :

Cette configuration est uniquement possible pour des satellites autour de la Terre, à une altitude de ~35 786 km, ce qui correspond à un demi-grand axe d'environ 42 164 km.

CaractéristiqueOrbite SynchroneOrbite Géostationnaire
Position du satelliteVariable selon inclinaison/excentricitéToujours au-dessus de l'équateur
Mouvement apparentOscillations dans le ciel possiblesSatellite fixe dans le ciel
InclinaisonPeut être non équatoriale0° (au-dessus de l'équateur)
ExcentricitéPeut être elliptique0 (orbite circulaire)
Exemple d'utilisationSatellites de navigation (autres planètes)Télécommunications, météorologie

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