Le 4 octobre 1957, l'URSS met en orbite le premier satellite artificiel, dont l'emblématique bip-bip diffusé pendant 22 jours a marqué le début de la course spatiale. De nos jours plus de 8000 satellites orbitent au-dessus de nos têtes!
un satellite, c'est quoi? |
Commençons par revenir aux racines du mot “satellite”, dérivé du mot latin satelles il signifie “garde” ou “escorte”, il désigne en astronomie un objet tournant autour d'un corps plus massif. On utilise l’expression satellite artificiel lorsqu’il s’agit d’un objet construit par l’Homme, que l’on distingue en plusieurs catégories selon leur poids qui varie de quelques centaines de grammes, jusqu’aux 420 tonnes de la station spatiale internationale (ISS), incontestablement le plus grand satellite artificiel orbitant autour de la Terre!
Quelque soit leur masse, les satellites forment donc la « garde » d’un astre et « patrouillent » autour en suivant une trajectoire elliptique, aussi appelée orbite, qui dépend de l’attraction gravitationnelle du corps autour duquel ils tournent. On distingue trois grandes catégories d’orbites en fonction de leur altitude, en commençant par les orbites basses comprises entre 200 et 2000 km d’altitude: elles offrent une option « low cost » en carburant pour les lancements et on y trouve majoritairement les satellites d’observation. Plus haut, on retrouve les satellites de géolocalisation positionnés en orbites moyennes. Enfin, l’orbite géostationnaire, située à 36000 km d’altitude, permet aux satellites de télécommunications de rester à la verticale d’un même point de l’équateur pour couvrir 40% de la surface du globe.
Quelque soit leur masse, les satellites forment donc la « garde » d’un astre et « patrouillent » autour en suivant une trajectoire elliptique, aussi appelée orbite, qui dépend de l’attraction gravitationnelle du corps autour duquel ils tournent. On distingue trois grandes catégories d’orbites en fonction de leur altitude, en commençant par les orbites basses comprises entre 200 et 2000 km d’altitude: elles offrent une option « low cost » en carburant pour les lancements et on y trouve majoritairement les satellites d’observation. Plus haut, on retrouve les satellites de géolocalisation positionnés en orbites moyennes. Enfin, l’orbite géostationnaire, située à 36000 km d’altitude, permet aux satellites de télécommunications de rester à la verticale d’un même point de l’équateur pour couvrir 40% de la surface du globe.
La Vitesse de satellisationPour qu’un objet reste en orbite circulaire autour de la Terre, il faut avant tout compenser l’attraction terrestre en donnant au satellite une vitesse suffisante pour ne pas retomber. Aujourd’hui appelée “vitesse de satellisation”, cette valeur varie selon l’altitude du satellite. En effet, plus un satellite est placé en orbite haute, plus la distance avec la Terre augmente et moins l'attraction gravitationnelle se fait ressentir. Voilà pourquoi en orbite basse, la station spatiale internationale se déplace à 8 km par seconde, contrairement aux satellites géostationnaires, dont la vitesse de satellisation est de « seulement » 3 km par seconde en orbite haute.
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Lorsqu’un satellite perd de la vitesse, il se rapproche dangereusement de l'atmosphère où il risque de brûler dans les couches hautes de l’atmosphère. Inversement, si sa vitesse dépasse les 11 km par seconde, il échappe alors à la gravitation terrestre et on parle de vitesse de libération. L'énergie nécessaire pour atteindre de telles vitesses sera principalement fournie par la poussée initiale de la fusée transportant le satellite hors de l'atmosphère.
La naissance des satellitesMais pour voir les premières fusées capables d’atteindre de telles vitesses, il faudra attendre le début de la guerre froide, après la capitulation du troisième Reich. Une guerre d’un nouveau genre s'installe alors au cœur de l’Allemagne en ruines, où services secrets américains et soviétiques s’opposent pour récupérer un maximum de scientifiques capables de construire les armes du futur. Les deux camps s'intéressent en particulier à la fusée nazie V2, la bombe volante sinistrement connue, avec comme objectif la construction d’un missile balistique capable d’emporter une charge nucléaire sur de très longues distances.
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Satelliser un missile dans l’espace semble alors la route la plus directe pour atteindre son ennemi, et Staline fait appel à l’ingénieur Sergueï Korolev pour commencer dans le plus grand secret la construction d’un missile balistique intercontinental capable d’atteindre les Etats-Unis. Malgré le succès de l'opération d’exfiltration “paperclip” qui a permis au père de la V2 Wernher von Braun de rallier le bloc de l’Ouest, l’état major américain choisit de privilégier les bombardiers stratégiques pour assurer leur force de dissuasion nucléaire, et des soucis techniques retardent le développement de leurs missiles longue portée.
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1 - Charge militaire 2 - Système gyroscopique 3 - Guidage et radio commande 4 - Réservoir d'éthanol 5 - Fuselage 6 - Réservoir d'oxygène liquide 7 - Réservoir de peroxyde d'hydrogène 8 - Bouteille d'azote pressurisé 9 - Chambre de réaction du peroxyde d'hydrogène 10 - Turbopompe 11 - Injecteurs éthanol/oxygène 12 - Châssis moteur 13 - Chambre de combustion 14 - Empennage (x4) 15 - Tuyère 16 - Déflecteurs de jet en graphite(x4) 17 - Gouvernes externes (x4).
SPOUTNIK: Le "Pearl Harbour Technologique"Profitant de ce contretemps, les soviétiques seront les premiers à envoyer un objet en orbite terrestre. Le 4 octobre 1957, la fusée R7 développée par Korolev décolle avec à son bord une petite sphère métallique de 58 cm de diamètre, nommée Spoutnik, c'est le premier satellite artificiel au monde. La sphère de 83 kilogrammes est équipée de 4 antennes et du fameux émetteur qui va terrifier les Etats-Unis depuis l’espace.
En effet, en diffusant sur les ondes radio un bip-bip pendant 22 jours autour de la Terre, le satellite de Korolev résonne partout dans le monde et fait planer le spectre d’une attaque nucléaire sur le sol américain. Spoutnik sera vécu comme un véritable traumatisme plus tard qualifié de “Pearl Harbor technologique” par la presse New Yorkaise. Après 1400 orbites et un retentissement mondial surprenant, Nikita Khrouchtchev réalise l’impact psychologique de Spoutnik sur son adversaire. L'URSS décide alors de miser sur l’astronautique soviétique pour en faire l’un des piliers de la propagande du régime communiste. |
Les premiers vols orbitaux habités
En période de guerre froide, le premier satellite artificiel transforme donc la course à l’armement entre les deux blocs en une surenchère technologique pour occuper l’espace, et Khrouchtchev commande en urgence à Korolov une seconde mission pour célébrer le 40ème anniversaire de la révolution russe. Un mois seulement après le lancement de Spoutnik 1, l’URSS envoie le premier mammifère dans l’espace: la chienne Laïka, sacrifiée pour satisfaire la propagande communiste, l’animal mourra à bord du satellite au bout de quelques heures suite au stress et à la défaillance du système de refroidissement du satellite.
Avec Spoutnik, l’URSS totalise une dizaine de lancements pour préparer le programme habité Vostok qui se concrétise le 12 avril 1961, quand le cosmonaute Youri Gagarine effectue le premier vol orbital habité de l’histoire. Les Etats-Unis finiront par rattraper leur retard avec le programme Mercury, qui permettra à John Glenn de faire 7 orbites complètes autour de la Terre en février 1962, soit quatre années après la mise en orbite du satellite scientifique américain Explorer 1. |
Les satellites scientifiques
En embarquant un compteur Geiger pour mesurer les radiations, des capteurs de température et un appareil pour mesurer les impacts de micrométéorites, Explorer 1 démontre rapidement l'intérêt scientifique des orbiteurs, dont les instruments permettent de mieux comprendre l'espace. Dès les années 1960, les usages des satellites se multiplient donc rapidement, et la NASA déploie les premiers satellites scientifiques dédiés à l’astronomie avec le programme Orbiting Solar Observatory (OSO) qui s’intéresse à l’étude des taches solaires.
Une fois positionnés en orbite, les satellites offrent une vue imprenable sur l’espace en évitant les perturbations atmosphériques et la pollution lumineuse rencontrées par les observatoires terrestres. Les satellites d'astronomie ramènent des photos d’une qualité extraordinaire, à l’image du célèbre télescope Hubble lancé en 1990. |
Les satellites d'observation
L’orbite terrestre est aussi parfaite pour observer la Terre grâce aux satellites météorologiques et permet de suivre la couverture nuageuse, de détecter la formation de tempêtes ou de surveiller l’évolution du changement climatique, à l’image des satellites européens du programme Copernicus présenté dans un précédent article.
En orbite basse, les satellites espions franchissent les frontières et photographient les territoires ennemis sans prendre le risque d’exposer un avion de reconnaissance aux missiles sol-air qui apparaissent à cette époque. Les américains seront les premiers à développer ces satellites avec le programme Corona pour espionner la force de frappe nucléaire soviétique, et leur existence ne sera révélée que 40 ans plus tard par l’administration Clinton. Les satellites espions modernes peuvent aussi être équipés de radars, et sont souvent placés en orbite héliosynchrone, une trajectoire qui survole les pôles et permet de prendre à la même heure de la journée des photos avec une résolution de quelques dizaines de centimètres!
En orbite basse, les satellites espions franchissent les frontières et photographient les territoires ennemis sans prendre le risque d’exposer un avion de reconnaissance aux missiles sol-air qui apparaissent à cette époque. Les américains seront les premiers à développer ces satellites avec le programme Corona pour espionner la force de frappe nucléaire soviétique, et leur existence ne sera révélée que 40 ans plus tard par l’administration Clinton. Les satellites espions modernes peuvent aussi être équipés de radars, et sont souvent placés en orbite héliosynchrone, une trajectoire qui survole les pôles et permet de prendre à la même heure de la journée des photos avec une résolution de quelques dizaines de centimètres!
Les satellites de télécommunication
Loin des applications militaires, les satellites accélèrent la mondialisation en révolutionnant la télévision et permettent aux peuples de se rapprocher comme en juillet 1962, quand la station bretonne de Ploemeur Boudou permet la première transmission transatlantique télévisée entre la France et l’amérique grâce au satellite de télécommunication américain Telstar 1.
François Delattre, ambassadeur de France aux Etats-Unis, commente alors à l’époque: "La technologie de Telstar (...) a contribué à promouvoir une meilleure compréhension entre les peuples. Diplomatie et télécommunications vont de pair et Telstar mérite de ce fait le titre d'ambassadeur honoraire”.
Grâce aux satellites, la télévision amène dans les salons du monde entier les événements historiques du XXème siècle comme les jeux olympiques, les premiers pas de Neil Amstrong sur la Lune, ou la chute du mur de Berlin qui mettra fin à la guerre froide. Après la TV c’est Internet qui profite du développement technologique et commercial des satellites, à l’image de la future constellation de satellites Starlink, imaginée par Elon Musk, le projet devrait permettre l’accès global à l’Internet à haut débit par satellite d'ici 2025.
François Delattre, ambassadeur de France aux Etats-Unis, commente alors à l’époque: "La technologie de Telstar (...) a contribué à promouvoir une meilleure compréhension entre les peuples. Diplomatie et télécommunications vont de pair et Telstar mérite de ce fait le titre d'ambassadeur honoraire”.
Grâce aux satellites, la télévision amène dans les salons du monde entier les événements historiques du XXème siècle comme les jeux olympiques, les premiers pas de Neil Amstrong sur la Lune, ou la chute du mur de Berlin qui mettra fin à la guerre froide. Après la TV c’est Internet qui profite du développement technologique et commercial des satellites, à l’image de la future constellation de satellites Starlink, imaginée par Elon Musk, le projet devrait permettre l’accès global à l’Internet à haut débit par satellite d'ici 2025.
La technologie de Telstar (...) a contribué à promouvoir une meilleure compréhension entre les peuples. Diplomatie et télécommunications vont de pair et Telstar mérite de ce fait le titre d'ambassadeur honoraire
François Delattre, ambassadeur de France aux Etats-Unis
Les nanosatellites
Avec la démultiplication des usages des satellites, les orbiteurs sont dans un premier temps devenus plus lourds et volumineux pour accueillir plus d'équipements, augmentant progressivement le coût des lancements, mais cette tendance s’inverse aujourd’hui grâce à la miniaturisation des technologies.
Les industriels s’intéressent de plus en plus au développement des cubesats, des satellites miniaturisés sous la forme de cubes pas plus gros qu’un grille-pain et peu coûteux à construire. Ces nanosatellites se composent d’une ou plusieurs unités de 1 à 10 kilogrammes, et peuvent être mis en orbite de différentes façons: en profitant du lancement d’un satellite plus lourd, grâce à un micro lanceur comme la fusée Electron dont on parlait dans un article précédent, ou encore depuis la station spatiale internationale. En effet, l’ISS possède déjà deux dispositifs pour lancer les cubesats sur son orbite basse: le Japanese Small Satellite Orbital Deployer et le NanoRacks CubeSat Deployer, et la station doit recevoir prochainement un nouveau sas de déploiement conçu par Boeing et Thales, signe que les petits satellites ont de beaux jours devant eux.
Les industriels s’intéressent de plus en plus au développement des cubesats, des satellites miniaturisés sous la forme de cubes pas plus gros qu’un grille-pain et peu coûteux à construire. Ces nanosatellites se composent d’une ou plusieurs unités de 1 à 10 kilogrammes, et peuvent être mis en orbite de différentes façons: en profitant du lancement d’un satellite plus lourd, grâce à un micro lanceur comme la fusée Electron dont on parlait dans un article précédent, ou encore depuis la station spatiale internationale. En effet, l’ISS possède déjà deux dispositifs pour lancer les cubesats sur son orbite basse: le Japanese Small Satellite Orbital Deployer et le NanoRacks CubeSat Deployer, et la station doit recevoir prochainement un nouveau sas de déploiement conçu par Boeing et Thales, signe que les petits satellites ont de beaux jours devant eux.
Pour en savoir plus à ce sujet, je vous proposerai bientôt un nouveau grand dossier, pour en apprendre davantage sur l’histoire des stations orbitales, comment ces laboratoires spatiaux fonctionnent, et comment ils permettent à l’Homme de repousser ses limites pour coloniser l’espace!
PH Le Besnerais
UN PEU DE PHYSIQUE ET D'HISTOIRE: Le canon de newton
Pour que nos satellites restent le plus longtemps possible dans l’espace, il faut avant tout compenser l’attraction terrestre en donnant au satellite une vitesse horizontale suffisante. Le physicien Isaac Newton avait déjà compris ce concept il y a 300 ans en imaginant placer un canon au sommet d’une montagne, pour y tirer des boulets éjectés horizontalement à différentes vitesses.
A faible vitesse, le boulet décrit une trajectoire parabolique avant de retomber sur Terre (image du haut), mais à partir d’un certain seuil, le projectile finit par suivre la courbure de la planète, et le boulet constamment attiré par la Terre tombe indéfiniment, mais en se déplaçant suffisamment vite pour ne jamais se rapprocher de sa surface (seconde image). Comme on vient de le voir, on connaît aujourd’hui ce seuil sous le nom de “vitesse de satellisation”. Trois siècles plus tard, les fusées modernes reprennent le principe du canon imaginé par Newton pour mettre nos satellites en orbite, et c’est d’ailleurs le lanceur qui fournit l’essentiel de l’énergie pour atteindre la fameuse vitesse de satellisation. |