À partir des années 1950 avec le Spoutnik , Vostok et Mercure programmes, 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 le missions Apollo et les missions dans l'espace lointain impliquant des engins spatiaux robotiques (comme le Voyager missions ), nous avons commencé à nous aventurer au-delà, atteignant la Lune et d'autres planètes du système solaire.
Mais dans l'ensemble, la grande majorité des missions spatiales au fil des ans - qu'elles soient avec ou sans équipage - se sont déroulées en orbite terrestre basse. C'est ici que réside la vaste gamme de satellites de communication, de navigation et militaires de la Terre. Et c'est ici que le Station spatiale internationale (ISS) mène ses opérations, c'est aussi là que se déroulent aujourd'hui la majorité des missions en équipage. 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 en dessous de cette altitude souffrira d'une désintégration orbitale et descendra rapidement dans l'atmosphère, soit en brûlant, soit en 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 autour de la Terre) comprise entre 88 et 127 minutes.
Les couches de notre atmosphère montrant l'altitude des aurores les plus courantes. Crédit : Wikimedia Commons
Les objets en 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 térémopause (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 à la Ceintures de radiation Van Allen – une zone de particules chargées qui s'étend 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. C'est pourquoi les missions vers LEO visent des altitudes comprises entre 160 et 1 000 km (99 à 620 mi).
Caractéristiques:
Au sein de la thermosphère, de la thermopause et de 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, qui est ainsi nommée parce que c'est ici dans l'atmosphère que les particules sont ionisées par le rayonnement solaire. En conséquence, tout vaisseau spatial en orbite dans cette partie de l'atmosphère doit être capable de 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 atteindre 1500 °C (2700 °F), l'espacement des molécules de gaz signifie qu'il ne serait pas chaud pour un humain qui serait en contact direct avec l'air. C'est aussi à cette altitude que les phénomènes dits aurores boréales 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 extra-atmosphérique, où il n'y a 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 ; 25277 mph).
Malgré le fait que l'attraction de la gravité en 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 de l'exploration spatiale, la grande majorité des missions humaines se sont déroulées en orbite terrestre basse. Les 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 1000 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, bénéficient d'une bande passante élevée et d'un faible décalage de temps de communication (alias latence).
Pour l'observation de la Terre et les satellites espions, LEO est encore suffisamment bas pour avoir une bonne vue de la surface de la Terre et résoudre les grands objets et les modèles 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 voir la même région à la surface plusieurs fois en une seule journée.
Et bien sûr, à des altitudes comprises entre 160 et 1000 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 avec équipage.
Problèmes avec les débris spatiaux :
En raison de sa popularité en tant que destination 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 non fonctionnels et de débris créés par des collisions entre de gros morceaux de débris.
L'existence de ce champ de débris en LEO a suscité une inquiétude croissante ces dernières années, car les collisions à haute 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, du 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 de déchets de plus de 10 cm, 500 000 particules entre 1 et 10 cm et plus de 100 millions de moins 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 complètes sur la façon d'atténuer les débris orbitaux. En 1997, le gouvernement américain a réagi en élaborant le Pratiques standard d'atténuation des débris orbitaux , sur la base des directives de la NASA.
La NASA a également établi le Bureau du programme de débris orbitaux , qui se coordonne avec d'autres ministères fédéraux pour surveiller les débris spatiaux et faire face aux perturbations causées par les collisions. De plus, le Réseau américain de surveillance spatiale surveille actuellement quelque 8 000 objets en orbite qui sont considérés comme des risques de collision et fournit un flux continu de données d'orbite à diverses agences.
L'Agence spatiale européenne (ESA) Bureau des débris spatiaux maintient également le Base de données et système d'information caractérisant les objets dans l'espace (DISCOS), qui fournit des informations sur les détails du lancement, les historiques orbitales, 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 dans le monde.
Depuis plus de 70 ans, l'orbite terrestre basse est le terrain de jeu des capacités spatiales habitées. 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, une activité beaucoup plus importante devrait avoir lieu dans 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 de l'activité exigera que nous fassions quelque chose contre tous les déchets qui imprègnent les voies spatiales. Avec plus d'agences spatiales, de sociétés aérospatiales privées et d'autres participants cherchant à tirer parti de LEO, un nettoyage sérieux devra avoir lieu. 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 du Terre ici à Universe Today. Voici Qu'est-ce que l'orbite de la Terre ? , Quelle est la hauteur de l'espace? , Combien de satellites sont 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 de la Site de l'Agence spatiale européenne . Voici également un lien vers Article de la NASA sur l'orbite terrestre basse .
Nous avons également enregistré un épisode entier d'Astronomy Cast sur la façon de se déplacer dans le système solaire. Ecoute maintenant, Épisode 84: Se déplacer dans le système solaire .
Sources:
