QU'EST-CE QUE L'ORBITE TERRESTRE BASSE?

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À partir des années 1950 avec les programmes Spoutnik, Vostok et Mercury, les êtres humains ont commencé à «glisser les liens hargneux de la Terre». Et pendant un certain temps, toutes nos missions étaient ce qu'on appelle l'orbite terrestre basse (LEO). Au fil du temps, avec les missions Apollo et les missions spatiales impliquant des engins spatiaux robotisés (comme le Missions Voyager), nous avons commencé à nous aventurer au-delà pour atteindre la Lune et d'autres planètes du système solaire.

Mais dans l'ensemble, la grande majorité des missions dans l'espace au fil des ans - qu'elles soient en équipage ou non - ont été effectuées sur l'orbite de la Terre basse. C’est ici que réside la vaste gamme de satellites de communications, de navigation et militaires de la Terre. Et c'est ici que la Station spatiale internationale (ISS) mène ses opérations, qui est également le lieu de la majorité des missions en équipage aujourd'hui. Alors, qu'est-ce que LEO et pourquoi sommes-nous si déterminés à envoyer des choses là-bas?

Définition:

Techniquement, les objets en orbite terrestre basse se trouvent à une altitude comprise entre 160 et 2 000 km (99 à 1 200 mi) au-dessus de la surface de la Terre. Tout objet situé en dessous de cette altitude souffrira de décomposition orbitale et descendra rapidement dans l'atmosphère, brûlant ou s'écrasant à la surface. Les objets à cette altitude ont également une période orbitale (c'est-à-dire le temps qu'il leur faudra pour orbiter une fois sur Terre) comprise entre 88 et 127 minutes.

Les objets qui se trouvent sur une orbite terrestre basse sont soumis à la traînée atmosphérique car ils se trouvent toujours dans les couches supérieures de l'atmosphère terrestre - en particulier la thermosphère (80 - 500 km; 50 - 310 mi), la thermopause (500–1000 km; 310– 620 mi), et l'exosphère (1000 km; 620 mi et au-delà). Plus l'orbite de l'objet est élevée, plus la densité atmosphérique et la traînée sont faibles.

Cependant, au-delà de 1000 km (620 mi), les objets seront soumis aux ceintures de rayonnement Van Allen de la Terre - une zone de particules chargées qui s'étend jusqu'à une distance de 60 000 km de la surface de la Terre. Dans ces ceintures, le vent solaire et les rayons cosmiques ont été piégés par le champ magnétique terrestre, entraînant des niveaux de rayonnement variables. D'où la raison pour laquelle les missions à LEO visent des attitudes comprises entre 160 à 1000 km (99 à 620 mi).

Les caractéristiques:

Dans la thermosphère, la thermopause et l'exosphère, les conditions atmosphériques varient. Par exemple, la partie inférieure de la thermosphère (de 80 à 550 kilomètres; 50 à 342 mi) contient l'ionosphère, ainsi nommée parce que c'est ici dans l'atmosphère que les particules sont ionisées par le rayonnement solaire. Par conséquent, tout vaisseau spatial en orbite dans cette partie de l'atmosphère doit pouvoir résister aux niveaux de rayonnement UV et d'ions durs.

Les températures dans cette région augmentent également avec la hauteur, ce qui est dû à la densité extrêmement faible de ses molécules. Ainsi, alors que les températures dans la thermosphère peuvent monter jusqu'à 1500 ° C (2700 ° F), l'espacement des molécules de gaz signifie qu'il ne serait pas chaud pour un humain qui était en contact direct avec l'air. C'est également à cette altitude que les phénomènes connus sous le nom d'Aurora Borealis et Aurara Australis sont connus pour avoir lieu.

L’exosphère, qui est la couche la plus externe de l’atmosphère terrestre, s’étend de l’exobase et se confond avec le vide de l’espace, où il n’ya pas d’atmosphère. Cette couche est principalement composée de densités extrêmement faibles d'hydrogène, d'hélium et de plusieurs molécules plus lourdes dont l'azote, l'oxygène et le dioxyde de carbone (qui sont plus proches de l'exobase).

Afin de maintenir une orbite terrestre basse, un objet doit avoir une vitesse orbitale suffisante. Pour les objets à une altitude de 150 km et plus, une vitesse orbitale de 7,8 km (4,84 mi) par seconde (28 130 km / h; 17 480 mph) doit être maintenue. C'est légèrement inférieur à la vitesse d'échappement nécessaire pour entrer en orbite, qui est de 11,3 kilomètres (7 miles) par seconde (40 680 km / h; 25 277 mph).

Malgré le fait que l'attraction de la gravité dans LEO n'est pas significativement inférieure à celle de la surface de la Terre (environ 90%), les personnes et les objets en orbite sont dans un état constant de chute libre, ce qui crée une sensation d'apesanteur.

Utilisations de LEO:

Dans cette histoire d'exploration spatiale, la grande majorité des missions humaines se sont déroulées sur l'orbite terrestre basse. La Station spatiale internationale orbite également en LEO, entre une altitude de 320 et 380 km (200 et 240 mi). Et LEO est l'endroit où la majorité des satellites artificiels sont déployés et entretenus. Les raisons en sont assez simples.

D'une part, le déploiement de fusées et de navettes spatiales à des altitudes supérieures à 1 000 km (610 mi) nécessiterait beaucoup plus de carburant. Et au sein de LEO, les satellites de communication et de navigation, ainsi que les missions spatiales, connaissent une bande passante élevée et un faible délai de communication (alias latence).

Pour les satellites d'observation de la Terre et d'espionnage, LEO est encore suffisamment bas pour avoir un bon aperçu de la surface de la Terre et résoudre les gros objets et les conditions météorologiques à la surface. L'altitude permet également des périodes orbitales rapides (un peu plus d'une heure à deux heures), ce qui leur permet de visualiser plusieurs fois la même région à la surface en une seule journée.

Et bien sûr, à des altitudes comprises entre 160 et 1 000 km de la surface de la Terre, les objets ne sont pas soumis au rayonnement intense des ceintures de Van Allen. En bref, LEO est l'emplacement le plus simple, le moins cher et le plus sûr pour le déploiement de satellites, de stations spatiales et de missions spatiales en équipage.

Problèmes avec les débris spatiaux:

En raison de sa popularité en tant que destinations pour les satellites et les missions spatiales, et avec l'augmentation des lancements spatiaux au cours des dernières décennies, LEO est également de plus en plus encombré de débris spatiaux. Cela prend la forme d'étages de fusée mis au rebut, de satellites qui ne fonctionnent pas et de débris créés par des collisions entre de gros morceaux de débris.

L'existence de ce champ de débris dans LEO a suscité une inquiétude croissante ces dernières années, car les collisions à grande vitesse peuvent être catastrophiques pour les missions spatiales. Et à chaque collision, des débris supplémentaires sont créés, créant un cycle destructeur connu sous le nom d'effet Kessler - qui porte le nom du scientifique de la NASA, Donald J. Kessler, qui l'a proposé pour la première fois en 1978.

En 2013, la NASA a estimé qu'il pourrait y avoir jusqu'à 21 000 morceaux d'ordure de plus de 10 cm, 500 000 particules de 1 à 10 cm et plus de 100 millions de plus de 1 cm. En conséquence, au cours des dernières décennies, de nombreuses mesures ont été prises pour surveiller, prévenir et atténuer les débris spatiaux et les collisions.

Par exemple, en 1995, la NASA est devenue la première agence spatiale au monde à publier un ensemble de directives détaillées sur la façon d'atténuer les débris orbitaux. En 1997, le gouvernement américain a réagi en élaborant les pratiques standard d'atténuation des débris orbitaux, sur la base des directives de la NASA.

La NASA a également créé le Bureau du programme des débris orbitaux, qui coordonne avec d'autres ministères fédéraux pour surveiller les débris spatiaux et faire face aux perturbations causées par les collisions. En outre, le US Space Surveillance Network surveille actuellement quelque 8 000 objets en orbite qui sont considérés comme des risques de collision et fournit un flux continu de données orbitales à diverses agences.

Le Bureau des débris spatiaux de l'Agence spatiale européenne (ESA) gère également la base de données et le système d'information caractérisant les objets dans l'espace (DISCOS), qui fournit des informations sur les détails du lancement, les historiques orbitaux, les propriétés physiques et les descriptions de mission pour tous les objets actuellement suivis par l'ESA. Cette base de données est reconnue internationalement et est utilisée par près de 40 agences, organisations et entreprises du monde entier.

Depuis plus de 70 ans, l'orbite terrestre basse est le terrain de jeu de la capacité spatiale humaine. À l'occasion, nous nous sommes aventurés au-delà du terrain de jeu et plus loin dans le système solaire (et même au-delà). Au cours des prochaines décennies, beaucoup plus d'activités devraient avoir lieu à LEO, ce qui comprend le déploiement de plus de satellites, de cubesats, la poursuite des opérations à bord de l'ISS et même le tourisme aérospatial.

Inutile de dire que cette augmentation d'activité nécessitera que nous fassions quelque chose à propos de toutes les ordures imprégnant les voies spatiales. Avec plus d'agences spatiales, d'entreprises aérospatiales privées et d'autres participants qui cherchent à profiter de LEO, un nettoyage sérieux devra être effectué. Et certains protocoles supplémentaires devront sûrement être développés pour s'assurer qu'il reste propre.

Nous avons écrit de nombreux articles intéressants sur l'orbite de la Terre ici à Space Magazine. Voici ce qu'est l'orbite de la Terre?, Quelle est la hauteur de l'espace?, Combien de satellites se trouvent dans l'espace?, Les aurores boréales et australes - Qu'est-ce qu'une aurore? et qu'est-ce que la Station spatiale internationale?

Si vous souhaitez plus d'informations sur l'orbite terrestre basse, consultez les types d'orbite sur le site Web de l'Agence spatiale européenne. En outre, voici un lien vers l'article de la NASA sur l'orbite terrestre basse.

Nous avons également enregistré un épisode entier d'Astronomy Cast consacré à la découverte du système solaire. Écoutez ici, épisode 84: Se déplacer dans le système solaire.

Sources: