Différentes orbites terrestres ; la partie bleu turquoise représente l'orbite terrestre basse.Schéma à l'échelle montrant laTerre, les principales orbites (orbitesbasse,moyenne,géostationnaire et derebut) utilisées par les satellites, les vitesses et les périodes orbitales à différentes altitudes ainsi que la position de quelques satellites ou constellations de satellites remarquables :GPS,GLONASS,Galileo etBeidou,Station spatiale internationale,télescope Hubble et la constellationIridium.[Note 1] L'orbite de laLune est environ 9 fois plus grande que l'orbite géostationnaire.[Note 2] Dansle fichier SVG, placez la souris sur une orbite ou son étiquette pour la mettre en évidence ; cliquez pour ouvrir l'article correspondant.Parcours de la moitié d'une orbite par laStation spatiale internationale.
L'orbite terrestre basse, avec l'orbite géostationnaire, fait l'objet d'une attention particulière, notamment en ce qui concerne la prolifération desdébris spatiaux.
Les orbites basses permettent auxsatellites de bénéficier d'unbilan de liaison avantageux en télécommunications et de haute résolution des instruments d'observation. Elles permettent également la mise en orbite de charges maximales par leslanceurs puisque ces derniers requièrent moins d'énergie pour être mis sur ces orbites que dans les autres orbites terrestres. Les orbites ayant unealtitude moins élevée permettent une meilleure utilisation de latélédétection. Les satellites de télédétection peuvent également profiter desorbites héliosynchrones à ces altitudes.
Les orbites situées au-dessus de l'orbite terrestre basse, soumises à d'importantes accumulations decharges et de radiations, peuvent entraîner d'éventuels problèmes électroniques des composants[2].
Visualisation par ordinateur des objets en orbite terrestre actuellement suivis, générée par la NASA. Environ 95% des objets représentés sont des débris spatiaux, et non des satellites fonctionnels. La taille des points représentant les débris est ajustée pour optimiser leur visibilité et n'est pas à l'échelle par rapport à la Terre. Ces images offrent une bonne visualisation des zones de plus forte concentration de débris orbitaux. LEO désigne l'orbite terrestre basse, région située à moins de 2 000 km de la surface terrestre, où la concentration de débris est la plus élevée.
L'environnement de l'orbite terrestre basse contient de plus en plus de débris spatiaux. Ces débris représentent un certain danger pour les satellites en orbite ainsi que pour les risques de retombées au sol. Leurs tailles peuvent varier de quelques millimètres à quelques mètres[4]. Ils proviennent habituellement de satellites, de stations spatiales ou de navettes. Les débris spatiaux peuvent également causer d'importants dommages aux navettes, aux satellites et aux stations spatiales, car leur vitesse est très élevée.
En 1978, un scénario est envisagé par le consultant de laNASA,Donald J. Kessler. C'est lesyndrome de Kessler, dans lequel le volume desdébris spatiaux en orbite basse atteint un seuil au-dessus duquel les objets en orbite sont fréquemment heurtés par des débris, et se brisent en plusieurs morceaux, augmentant du même coup et defaçon exponentielle le nombre des débris et la probabilité des impacts.
Au-delà d'un certain seuil, un tel scénario rendrait quasi impossible l'exploration spatiale et même l'utilisation des satellites artificiels pour plusieurs générations.
Certainssatellites de reconnaissance (militaires) circulent sur une orbite ponctuellement très basse (autour de200 kilomètres) pour obtenir des images à très haute résolution. Mais ces plongées à basse altitude ne sont pas viables pour différentes raisons pour les satellites commerciaux fournissant desimages satellitaires qui sont placés à une altitude supérieure à500 kilomètres.
L'orbite très basse (entre 200 et 500 kilomètres) présente toutefois plusieurs inconvénients. Le plus évident est la dégradation très rapide de l'orbite sous l'action des forces de friction générées par l'atmosphère résiduelle. Celle-ci exerce par ailleurs des couples de force qui perturbent le pointage des instruments et nécessitent de mettre en œuvre desactionneurs capables de les neutraliser. On trouve à cette altitude une forte densité d'oxygène sous forme atomique (lamolécule d'oxygène est cassée par le rayonnement ultraviolet) très réactif qui dégrade les surfaces exposées à la fois sur le plan chimique et physique. La région qui peut être photographiée par le satellite est moins étendue et la périodicité de revisite est plus longue. Enfin les fenêtres de communication avec le sol sont plus courtes et la transmission des données est plus fortement affectée par les perturbations atmosphériques[6].
L'orbite très basse présente pourtant des avantages importants pour ce type d'usage[6] :
Elle permet d'obtenir des images d'unerésolution spatiale identique avec un équipement plus léger et donc un satellite moins coûteux.
La mise en orbite est moins coûteuse du fait de l'altitude réduite que doit atteindre lelanceur.
Les communications avec le sol sont plus faciles (distance plus faible).
C'est une orbite peu encombrée car les satellites qui ne sont plus actifs voient leur orbite se dégrader très rapidement du fait de la densité de l'atmosphère résiduelle. Leur destruction intervient au bout de quelques jours à quelques mois selon leur altitude initiale.
Jusqu'à récemment les inconvénients l'emportaient largement sur les avantages mais les progrès dans le domaine de la propulsion électrique et de la technologie des satellites font que l'orbite très basse constitue une alternative viable pour fournir des images de haute qualité à très bas coût. Le satellite expérimental japonaisSuper Low Altitude Test Satellite circulant à une altitude de200 kilomètres entre 2017 et 2019 et le satellite scientifique européenGOCE circulant à une altitude comprise entre 240 et280 kilomètres entre 2009 et 2013, tous deux maintenus sur leur orbite grâce à des moteurs électriques utilisant du xénon, ont démontré la viabilité du recours aux orbites très basses[6].
La sociétéEOI Space développe la constellation de satellitesStingray VLEO Constellation destinée à fournir des images de très haute résolution (15 centimètres) avec un fréquence de visite élevée (10 à15 minutes) circulant à une altitude comprise entre 250 et300 kilomètres. Son déploiement doit débuter en 2024[6].
↑Les périodes et vitesses orbitales sont calculées à partir des relations 4π2R3 = T2GM etV2R = GM, où :R est le rayon de l'orbite en mètres ;T est la période orbitale en secondes ;V est la vitesse orbitale en m/s ;G est laconstante gravitationnelle, environ 6,673 × 10−11 Nm2/kg2 ;M est la masse terrestre de la Terre, environ 5,98×1024 kg (1,318×1025 lb).
↑Approximativement 8,6 fois (en rayon et en longueur) lorsque la Lune est au plus près(c'est-à-dire363 104 km/42 164 km), à 9,6 fois lorsque la Lune est au plus loin(c'est-à-dire405 696 km/42 164 km).
