Orbite elliptique

[danielz]

Bonjour

 

J'aimerai connaitre, avec simplicité si possible, le principe des orbites elliptiques des sondes spatiales. Je prends pour exemple la sonde Parker. Qu'est ce qui la maintien sur cette orbite ô combien elliptique schématiquement si j'en crois les vidéos...

 

Merci.

[Qorche]

Bonjour,

 

toutes les sondes spatiales qui sont en état lié avec une planète ou le Soleil - donc quasiment toutes les sondes sauf celles qui s'échappent de l'attraction du Soleil effectuent une orbite elliptique autour du corps auquel elles sont liées.

 

 

Ce qui les y maintient... la simple loi de Newton.

Les orbites sont éternelles, même les plus elliptiques 

 

Dans le cas de la sonde Parker le principe d'une orbite aussi elliptique est de faire des économies car l'impulsion nécessaire pour s'approcher autant du Soleil est fournie par l'assistance gravitationnelle de Vénus.

[danielz]

- Les satellites artificiels tournant autour de la terre nécessitent constamment une petite assistance pour maintenir leur orbite, sinon, certains s'éloigneraient, d'autres tomberaient... comment cela se passe t-il pour la sonde Parker. Je suppose que le principe est le même... ?

- Par ailleurs, pourquoi ne pas choisir une orbite circulaire ?

Modifié 22 avril 2020 par danielz

[montmein69_2]

Rester en orbite sans tomber irrémédiablement vers le Soleil .... c'est la condition de survie pour la sonde.

Pour cela il faut que la sonde ait une vitesse très importante au périhélie .... ce qui lui permettra de s'échapper. On bat donc en permanence des records de vitesse et de rapprochement du Soleil. Cela permet un rapprochement (qui doit rester contrôlé) progressif pour étudier des zones non encore explorées du Soleil. Et il faut aussi se garder de se rapprocher trop au périhélie sous peine que le bouclier protecteur de la sonde ne résiste pas à la chaleur, aux rayonnements. A grande vitesse .... on limite le temps d'exposition à ces chaleurs extrêmes et on préserve l'instrumentation, les panneaux solaires .....

https://www.futura-sciences.com/sciences/breves/soleil-sonde-parker-solar-probe-caresse-soleil-bat-nouveaux-records-128/

En s'éloignant du Soleil, la sonde va voir sa vitesse réduire jusqu'à atteindre l'aphélie. puis elle reprend sa course attirée par le Soleil et sa vitesse augmente considérablement au fur et à mesure qu'elle se rapproche du Soleil. Et grâce à cette vitesse .... elle tourne autour .... et peut à nouveau s'échapper.

 

Pour creuser un peu .... il faut se pencher sur les trois lois de Képler.

les références ne manquent pas sur internet.

 

[Ygogo]

Il y a 6 heures, danielz a dit :

- Les satellites artificiels tournant autour de la terre nécessitent constamment une petite assistance pour maintenir leur orbite, sinon, certains s'éloigneraient, d'autres tomberaient... comment cela se passe t-il pour la sonde Parker. Je suppose que le principe est le même... ?

 

Bonsoir

 

Un satellite en orbite opérationnelle autour de la Terre n'a aucune raison de s'éloigner spontanément : quelle serait donc la cause de l'augmentation "gratuite" de son énergie ?  

Remarque, les agences spatiales seraient bien contentes si c'était possible

 

Par contre, il y a effectivement une tendance à la "descente" progressive pour tout ce qui est en orbite assez "basse",

S'il est nécessaire de donner de temps à autre une petite impulsion à l'ISS par exemple, c'est parce qu'il reste encore des traces d'atmosphère à 400 km d'altitude. La perte d'énergie par "frottements" est très faible, mais sensible à la longue, d'autant que la surface des panneaux solaires est très grande. 

 

Dans le cas de la sonde Parker, ce n'est pas la même chose : même si l'espace environnant le Soleil n'est pas totalement "vide", il y a des centaines ou des milliers de fois moins d'atomes par unité de volume qu'au voisinage immédiat de la Terre. L'effet des "frottements" sur la trajectoire est faible par rapport à d'autres causes de perturbations, en particulier l'attraction des planètes, ou même la pression de radiations.

 

 

[danielz]

Merci de vos réponses.

Mais je me demandais pourquoi la vitesse de la sonde diminue lorsqu'elle s'éloigne du soleil...

Initialement je pensais que s'agissant du vide, dès lors qu'une vitesse est atteinte, elle ne pouvait se réduire naturellement. Je suppose donc que c'est l'attraction solaire qui freine la sonde lorsqu'elle s'éloigne, au même titre qu'elle augmente sa vitesse, lorsqu'elle est dans le "sens du courant", cad plus elle s'en approche, plus sa vitesse augmente. Au même titre que les planètes, le soleil est en quelque sorte un "aimant" ?

 

Il y a  plusieurs années, je pensais (comme le citoyen lambda) qu'il suffisait de "tirer" en ligne droite pour qu'une sonde atteigne son objectif. A force de lecture et vidéo, (et donc grâce à internet) on comprend mieux... Mais avec une vidéo de simulation de trajectoire c'est Enorme... J'ai regardé la trajectoire de Pebicolombo pour Mercure... Pour vous qui connaissez, je ne sais pas mais pour moi qui découvre, au fur et à mesure, c'est passionnant ! Je passe pas mal de temps à chercher, farfouiller mais je ne trouve pas toujours les réponses adaptées... mais on aime, on persévère.

Modifié 22 avril 2020 par danielz

[Benoît]

Une correction, la mission à laquelle tu fais référence se nomme BepiColombo et tu trouveras un tas de détails passionnants en cliquant Wikipedia 

 

Cette mission a été nommée en l'honneur du professor Guiseppe (Bepi) Colombo de l'université de Padoue et surnommé le mathématicien du ciel. Il a été recruté pas la NASA en 1961 et c'est lui qui a suggéré que la mission Mariner 10 en 1974 profite de la résonance entre l'orbite de Mariner 10 et de Mercure pour planifier de multiples passages. Il en résulté 3 passages (au lieu d'un seul prévu à l'origine) avant que la sonde n'épuise son carburant. Source: Wikipedia italiano

Modifié 22 avril 2020 par Benoît
Doublon

[edubois3]

Il y a 9 heures, danielz a dit :

Merci de vos réponses.

Mais je me demandais pourquoi la vitesse de la sonde diminue lorsqu'elle s'éloigne du soleil...

Initialement je pensais que s'agissant du vide, dès lors qu'une vitesse est atteinte, elle ne pouvait se réduire naturellement. Je suppose donc que c'est l'attraction solaire qui freine la sonde lorsqu'elle s'éloigne, au même titre qu'elle augmente sa vitesse, lorsqu'elle est dans le "sens du courant", cad plus elle s'en approche, plus sa vitesse augmente. Au même titre que les planètes, le soleil est en quelque sorte un "aimant" ?

 

Bonjour danielz,

bonjour à tous !!

 

Il s'agit tout simplement de la 2ème loi de KEPLER, la loi des aires : le rayon-vecteur reliant une planète au Soleil balaye des aires égales en des temps égaux. Donc quand on est plus loin (cad le rayon vecteur est plus grand), la vitesse diminue. Et donc quand on est plus près (cad le rayon vecteur est plus petit), la vitesse augmente.

 

Bons cieux

 

Éric

 

[Ygogo]

 Bonjour

 

Il y a 10 heures, danielz a dit :

(...)  je me demandais pourquoi la vitesse de la sonde diminue lorsqu'elle s'éloigne du soleil... (...) Je suppose donc que c'est l'attraction solaire qui freine la sonde lorsqu'elle s'éloigne, au même titre qu'elle augmente sa vitesse, lorsqu'elle est dans le "sens du courant", cad plus elle s'en approche, plus sa vitesse augmente.(...)

 

Oui, c'est tout à fait correct comme explication... mais il est peut-être préférable de ne pas parler de "courant", parce que ça risquerait de donner des idées fausses. Si tu veux, tu peux penser en termes de "montée" et de "descente" par rapport au Soleil.

 

Il y a 10 heures, danielz a dit :

(...). Au même titre que les planètes, le soleil est en quelque sorte un "aimant" ? (...)

 

Alors là, je dis "attention, risque de confusions graves".  Remarque, tu n'es pas le premier à t'engager dans cette analogie trompeuse, Johannes Kepler l'a déjà fait, si ça peut te consoler  

Il est vrai qu'il existe des champs magnétiques au voisinage du Soleil, mais s'ils agissent sur les particules chargées du "vent solaire" ils n'ont aucun effet sur la trajectoire des planètes (ni des sondes spatiales, proches ou lointaines).

L'interaction gravitationnelle a ses caractéristiques propres, différentes de celles des interactions magnétiques et électriques.

 

Il y a 10 heures, danielz a dit :

(...) Pour vous qui connaissez, je ne sais pas mais pour moi qui découvre, au fur et à mesure, c'est passionnant ! Je passe pas mal de temps à chercher, farfouiller mais je ne trouve pas toujours les réponses adaptées... mais on aime, on persévère.

 

de partager ton enthousiasme !  Et je peux dire, "moi qui ait commencé à découvrir ça il y a quelques décennies", que c'est toujours passionnant  

 

Bonne continuation !

 

[keymlinux]

Bonsoir

@danielz: comme tu le dit toi même, les déplacements dans l'espace ne se font pas en ligne droite, car on y est soumis à l'attraction des différents corps, et que l'on ne peut pas avoir une poussée moteur continue suffisamment puissante pour contrebalancer toutes les forces auxquelles une sonde est soumise (on sait faire puissant, mais pas pendant longtemps) .

En fait il y a des périodes de "poussée", et le reste du temps il n'y a pas de poussée et on continue sur sa lancée (et pas en ligne droite !). Et si on veut "accélérer" ou "freiner", dans les 2 cas il faut dépenser du carburant pour effectuer une "poussée" (dans ces 2 cas on ne la fait pas dans la même direction).

Si l'on veut augmenter l'élongation d'une orbite elliptique ou au contraire la "circulariser"et bien cela coute du carburant. Vu que l'on ne peut pas en emporter assez, on utilise l'assistance gravitationnelle en passant auprès de corps (planètes ou satellites de planètes  suffisamment massifs) pour accélérer ou ralentir et ajuster la trajectoire.

En gros on dépense énormément de carburant (et comburant) pour s'arracher au sol terrestre et aller en orbite basse. Une fois que l'on y est il ne reste plus grand chose pour gérer le reste du voyage...

 

Par exemple, nos amis Indiens ont récemment envoyé une sonde vers la lune (elle a fini par un crash, mais la technique pour aller se positionner en orbite lunaire a été un succès). Ils n'avaient pas une Saturne V pour y aller en direct, ils ont donc effectué une succession de petites poussées pour augmenter au fur et à mesure une orbite elliptique pour se rapprocher de la lune, puis ensuite ils ont effectué une injection trans lunaire pour passer d'une ellipse ayant la terre à l'un de ses foyers à une ellipse ayant le lune comme l'un des foyers, puis ils ont réduits cette ellipse pour se reprocher de la lune. Tous cela prend du temps, mais c'est le seul moyen pour le faire avec un minimum de poussée et donc de carburant (et contrairement à Apollo, il n'y avait pas d'humains à y maintenir en vie, donc le temps de trajet n'était pas un problème)

Ci dessous la trajectoire (source ISRO)

 

[keymlinux]

Concernant la sonde Solar Parker Probe, en plongeant de la Terre vers le Soleil on a une orbite elliptique excentrique, et donc la sonde va avoir un grande vitesse lorsque elle est proche du soleil (ce qui est dommage car cela signifie aussi que le temps d'observation au plus proche du soleil sera court).

Circulariser une orbite proche du soleil n'est pas possible avec le carburant embarqué, et la sonde va donc utiliser l'attraction de Venus (dont la sonde croise l'orbite lorsqu'elle reviens vers la Terre)  pour réduire progressivement l'excentricité (progressif car plusieurs passages proche de Venus)

Ci dessous le lien vers l'animation l'orbite en (GIF animé)

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Animation_of_Parker_Solar_Probe_trajectory.gif

 

[Benoît]

Concernant la décroissance des orbites, je viens d'écouter un reportage sur Hubble (c'est son 30^e anniversaire) où le scientifique interviewé dit que le telescope cessera ses opération l'an prochain et comme son orbite décroit lentement, qu'il va se détruire dans l'atmosphère entre 2030 et 2040.

[danielz]

Merci à tous, pour ces précisions intéressantes.

[montmein69_2]

Il y a déjà pas mal d'années(début des années 2000)  la petite sonde européenne SMART 1 avait rejoint la Lune en treize mois avec un petit moteur à propulsion ionique en décrivant des orbites elliptiques que le moteur modifiait petit à petit. Economique .... mais il fallait être patient.

 

https://leblob.fr/archives/smart-1-une-sonde-europeenne-en-orbite-autour-de-la-lune