L'orbite d'un satellite est maintenue en équilibrant deux facteurs : sa vitesse (la vitesse requise pour se déplacer en ligne droite) et l'attraction gravitationnelle de la Terre. L'équilibre des deux forces le maintient sur la même orbite, qui est une ligne circulaire qui tourne autour de la Terre.
Si leur altitude est assez basse, ils rencontrent quelques molécules d'air de temps à autre, ce qui diminue imperceptiblement leur vitesse. Après quelques années ou décennies, leur vitesse est si ralentie qu'ils retombent graduellement dans l'atmosphère.
Pour rester en orbite, un satellite doit avoir une très grande vitesse, qui dépend de sa hauteur. Pour une orbite circulaire à 300 km au-dessus de la surface de la Terre, il faut par exemple une vitesse de 7,8 km/s (28 000 km/h). A cette vitesse, le satellite effectue un tour complet autour de la Terre en 90 minutes.
De nos jours, la plupart des plates-formes satellitaires sont placées sur orbite quasi-polaire. Elles se déplacent donc vers le nord d'un côté de la Terre, et vers le sud dans l'autre moitié de leur orbite. Ces deux types de passage du satellite se nomment respectivement orbite ascendante et orbite descendante.
Les transferts d'une orbite " basse" à une orbite plus éloignée, se font avec des augmentations de vitesse. On peut réaliser les transferts exactement inverses, d'une orbite " haute " à une orbite plus proche de la Terre, par des réductions de vitesse.
L'orbite des satellites morts
Un satellite en orbite géostationnaire se situe à 36.000 km au-dessus de nos têtes. Pour espérer le renvoyer dans "l'incinérateur atmosphérique" lorsqu'il arrive en fin de vie, il faudrait garder en réserve des quantités importantes de carburant.
La trajectoire d'un satellite
Sa trajectoire est tout d'abord fonction des conditions de son lancement (l'intensité et la direction de la vitesse). Lorsque celui-ci est libéré, il est soumis à la seule gravité terrestre, l'obligeant à décrire une courbe plane et régulière : son orbite.
En somme, les satellites sont capables de rester en orbite terrestre grâce à un parfait jeu de forces entre la gravité et leur vitesse. Ils ne peuvent pas s'échapper de l'espace grâce à l'attraction gravitationnelle de la Terre, de sorte à les maintenir en parfait équilibre.
Les satellites géostationnaires se fondent parmi les étoiles, car ils semblent fixes. En effet, leur orbite est synchronisée avec celle de la Terre. Sur une photographie longue pose, ces satellites apparaissent comme des points lumineux fixes, alors que les étoiles en mouvement laissent un filé.
On parle de gravitation parce que cette force qui nous attire tous vers la Terre est appelée gravité. C'est grâce à la gravité que l'on ne tombe pas de la Terre, grâce à la gravité que le ballon de foot retombe vers la pelouse, la tartine sur le carrelage.
Soit un satellite tournant autour de la Terre à 7,86 km/s, sur une orbite circulaire, à 200 km d'altitude. Si en un point situé à cette altitude, au lieu de cette vitesse de 7.86 km/s nous lui donnons 8,72 km/s, il ira jusqu'à un apogée situé à 4 191 km . Avec 9,42 km/s, il ira jusqu'à un apogée situé à 10 400 km .
Les satellites doivent s'auto-alimenter. Cela se fait généralement au moyen de panneaux solaires (ou « ailes ») recouverts de cellules solaires sensibles à la lumière. Les panneaux font plusieurs mètres de long et doivent être repliés pendant le lancement.
Les satellites géostationnaires sont placés très haut, à 35 786 km, à une vitesse qui est exactement celle de la rotation de la Terre. Ils sont situés au-dessus de l'équateur. C'est pour cela que les bases de lancement en sont proches, comme Kourou, en Guyane, pour la France.
Même si l'atmosphère de la Terre, à quelques centaines de kilomètres d'altitude, est extrêmement ténue, le frottement contre les molécules d'air résiduelles des satellites artificiels réduit leur énergie et les fait redescendre progressivement. Plus leur orbite est basse, plus ils retombent vite sur Terre.
L'organisme chargé de veiller à ce que les objectifs de chacune de ces missions soient atteints est le Centre européen de contrôle des satellites ou ESOC (European Space Operations Centre). Sis à Darmstadt, en Allemagne, il fait partie de l' Agence spatiale européenne.
En tournant très rapidement autour de la Terre, les satellites s'en rapprochent peu à peu. Certains tournent au même rythme que la Terre en 24 heures exactement. De ce fait, ils restent toujours au-dessus du même point de notre planète : on les appelle alors des satellites géostationnaires.
Chaque satellite ne mesure que quelques mètres de côté, panneaux solaires compris, et n'émettent pas de lumière propre. S'ils brillent dans le ciel nocturne, c'est à cause du Soleil.
La durée de vie d'un satellite, variable selon le type de mission, peut atteindre quinze ans. Les progrès de l'électronique permettent également de concevoir des microsatellites capables d'effectuer des missions élaborées.
Les satellites clignotent parfois parce qu'ils tournent sur eux-même, et que leur éclairement par le soleil s'en ressent. En les regardant aux jumelles, on peut être certain de distinguer les deux lumières colorées des avions, et donc de les distinguer des satellites.
La plupart des vaisseaux spatiaux actuels utilisent des moteurs-fusées chimiques (à propergol solide ou à ergols liquides) pour le lancement même si certains systèmes (comme le lanceur Pegasus ou le vaisseau SpaceShipOne) ont recours partiellement à un lancement aéroporté.
C'est parce que la Lune n'est jamais immobile : elle est constamment en mouvement autour de la Terre. Sans la force de gravité de la Terre, la Lune se contenterait de flotter dans l'espace.
Les microsatellites pèsent de 10 à 100 kg. À titre comparatif, on montre la silhouette d'un loup. Cinquième catégorie : nanosatellite, dont le CubeSat, avec une image du CubeSat Ex-Alta 1. Les nanosatellites pèsent de 1 à 10 kg.
L'orbite terrestre basse ou OTB (LEO en anglais, pour low earth orbit) est une zone de l'orbite terrestre allant jusqu'à 2 000 kilomètres d'altitude, située entre l'atmosphère et la ceinture de Van Allen.
Plus précisément, on dénombre actuellement : 64% de satellites en orbite basse, soit une orbite allant de 500 km à 2 000 km d'altitude. 27% de satellites géostationnaires qui gravitent à 36 000 km d'altitude au-dessus de nos têtes.
Nombre de satellites en orbite par pays à l'échelle mondiale 2022. Cette statistique représente le nombre de satellites en orbite dans le monde au 30 avril 2022, par pays opérateur. La Chine avait 541 satellites opérant en orbite à ce moment-là, tandis que le nombre total de satellites en orbite approchait les 5.465.