Satellite

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  • Publié le : 17 octobre 2010
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PAPILLON Thomas
ROSI Luca
WENDLING Dieu-Mien

Les satellites

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Dans le cadre de notre TPE de cette année 2009/2010, nous avons choisi de répondre à la problématique suivante :

« Mise en orbite d'un satellite artificiel et cas particulier de l’orbite géostationnaire »

Année 2009-2010
Un satellite artificiel est un objet fabriqué par l’homme sur Terre qui a pour but d’êtreenvoyé dans l’espace, généralement en orbite autour d’une planète ou plus généralement d’un corps céleste. Il a plusieurs utilisations : il peut par exemple servir à observer la Terre à des fins scientifiques ou militaires, il peut aussi être utilisé avec d’autres satellites pour former un réseau (par exemple de télécommunication : le réseau qu’utilisent les téléphones mobiles est composé deplusieurs satellites qui restent toujours à la même place par rapport à la Terre – nous verrons qu’il s’agit d’une orbite bien particulière).

Physiquement parlant, un satellite est composé d’une charge utile, qui est le matériel que le satellite utilise pour sa mission (caméras, antennes, appareils de mesures, etc.), et d’une plate-forme, généralement standardisée, qui gère la propulsion, lacommunication, le contrôle thermique et la fourniture énergétique.

Le premier satellite artificiel fut le satellite Spoutnik I, lancé par l’URSS le 4 octobre 1957, qui ressemblait à une boule métallique surmontée de 4 antennes, et dont la seule mission consistait à émettre un signal sonore entre 20 et 40 MHz. L’envoi de Spoutnik I marqua le début de la conquête de l’espace, et aussi le début de larivalité USA/URSS sur le plan technologique. Depuis cette date, plus de 5500 satellites ont été envoyés dans l’espace.

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Le satellite Spoutnik I

Un satellite doit être envoyé dans l’espace par des moyens bien spécifiques, nous détaillerons donc dans une première partie comment ils sont placés en orbite, et dans la continuité quelles sont les différentes orbites qu’il peut décrire. Puis, dansun second temps, nous étudierons le cas particulier de l’orbite géostationnaire en nous appuyant sur une simulation par ordinateur.

I) Lancement et mise en orbite d’un satellite.
a) Les différentes étapes d’un lancement.

Les satellites, pour mener à bien leur mission, doivent décrire une trajectoire bien précise, appelée orbite, et donc sont envoyés dansl'espace par un lanceur, plus communément appelé fusée (ce qui est un abus de langage), du type Ariane 5, puis propulsés pour atteindre leur orbite. Pour amener le satellite a son point de largage, le lanceur doit arriver à sortir de l'atmosphère, mais pour cela, il doit vaincre l'attraction terrestre ; c'est à dire qu'il doit aller assez vite vers le point d’injection pour ne pas retomber, sa vitessedoit donc être d’au moins 11 km/s, mais cela dépend aussi du poids du lanceur.

Dans l'espace, le lanceur ne peut pas, comme dans l'eau ou dans l'air s'appuyer sur les atomes du milieu ambiant pour avancer, mais Sir Isaac Newton, dans ses lois, a énoncé que « A toute action correspond une réaction égale et en sens opposé. », partant de ce principe, un ingénieur, le Pr. Tsiolkovski a inventé unmoteur se basant sur la répulsion, qui lui permet d’avoir sa propre force motrice dans le vide et dont le principe est encore utilisé aujourd'hui : Le moteur envoie des molécules de gaz a très forte vitesse dans une direction et le lanceur, solidaire au moteur, avance dans la direction opposée. Cette force s’appelle force de « poussée » et doit être au minimum égale au poids du lanceur.

Lelanceur est composé de plusieurs étages, qui contiennent chacun un réservoir de carburant et qui se détachent du lanceur une fois vide, ce qui permet de l’alléger au fur et à mesure et ainsi de mieux vaincre l’attraction terrestre. Cette organisation est pratique car le lanceur atteint plus efficacement le point d’injection, mais cela impose la contrainte d’avoir un moteur par étage.

Quelquefois,...
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