Le haut de cette image montre le cyclone Andrew (en jaune) approchant les côtes nord-américaines (en noir), le 25 août 1992. On distingue l'oeil du cyclone au centre, et les traînées de pluie en spirale à la périphérie, deux traits caractéristiques des cyclones.
La satellisation
La pomme A, abandonnée sans vitesse initiale, tombe à la verticale sous l’effet de l’attraction terrestre.
Le javelot B et l’obus C, lancés à l’horizontale, attirés eux aussi par la terre, ne vont pas en ligne droite mais décrivent une courbe descendante jusqu'à rencontrer le sol. Plus la vitesse initiale est grande, moins la trajectoire est courbée et plus le point de chute est éloigné.
Pour une vitesse suffisamment élevée (7,9 km/s au niveau du sol), la courbure de la trajectoire devient égale à celle de la Terre. Il n’y a plus de point de chute et l’objet lancé suit un parcours circulaire : il est " satellisé ".
Bien entendu, ceci n’est pas possible près du sol, car à de telles vitesses l’atmosphère freinerait l’objet lancé et le détruirait par échauffement. C’est pourquoi on ne fait pas tourner de satellites à moins de 150 km d’altitude. Remarquons que plus on s’éloigne du sol, plus la vitesse de satellisation diminue ; à 150 km, elle n’est plus que de 7,8 km/s.
Les orbites
Si on lance un satellite depuis la Terre, (point 1 sur la figure), à une vitesse supérieure de 7,9 km/s, le satellite s’éloigne de la Terre.
Mais l’attraction terrestre crée une accélération dont une composante agit en sens inverse du mouvement du satellite et le ralentit (zone 2 sur la figure) : il ne peut dépasser une certaine altitude appelée apogée.
Puis l’attraction terrestre ramène le satellite vers la Terre (zone 3 sur la figure) ; plus il s’approche, plus elle est forte et plus il accélère. Finalement, il repasse par le point de départ, le périgée, et y retrouve sa vitesse initiale : il a parcouru une ellipse.
Et ensuite ?
Si on continue à augmenter la vitesse de lancement depuis la Terre, l’ellipse devient de plus en plus allongée tandis que l’attraction terrestre diminue de plus en plus avec l’éloignement. Pour la valeur particulière de 11,2 km/s cette attraction n’est plus capable de ramener l’objet, dont la trajectoire devient parabolique et, au-delà, hyperbolique.
Les manoeuvres
Une trajectoire particulièrement intéressante est l’orbite géostationnaire ; elle est circulaire, à 36 000 km de la Terre et située dans le plan de l’équateur. Dans ces conditions, le satellite effectue sa révolution en un jour et reste fixe par rapport à la Terre. C’est pour cela que l’on place sur cette orbite les satellites de télécommunications et de télévision.
Pour atteindre cette orbite, le lancement est fait d’abord sur une orbite de transfert, très elliptique, dont le périgée est proche de la Terre (environ 200 km) et qui permet de rejoindre l’altitude définitive à l’apogée (36 000 km).
Arrivé à ce point, le satellite peut continuer son mouvement et décrire indéfiniment l’orbite de transfert.
En pratique, le satellite est orienté puis stabilisé par rotation par le lanceur avant séparation, de façon à ce que l’impulsion se fasse dans la bonne direction. En outre, l’orbite de transfert est choisie pour que périgée et apogée soit dans le plan de l’équateur.
Le lancement
Le rôle normal du lanceur est de placer un ou deux satellites en orbite de transfert et, pour cela, de les accélérer pour leur donner en fin de vol une vitesse horizontale de 10,2 km/s grâce à laquelle ils culmineront ensuite à l’apogée de 36 000 km.
Cependant, aux très grandes vitesses mises en jeu la résistance de l’air est insurmontable ; aussi, la fusée monte-t-elle d’abord verticalement pour sortir très tôt des couches les plus denses de l’atmosphère alors qu’elle n’est pas encore trop rapide. A l’injection au périgée l’altitude visée est généralement de 200 km.
Le lanceur prend de la vitesse grâce à la poussée de ses moteurs et, bien sûr, moins la fusée est lourde, plus l’accélération est élevée. C’est pourquoi, il y a plusieurs étages : dès qu’un étage est vide, il devient inutile, il est abandonné et on allume le suivant. Le lanceur est ainsi progressivement allégé.
Le premier étage, qui emporte toute la fusée au décollage, est bien sûr le plus gros. On utilise donc des moteurs très puissants, qui consomme beaucoup mais ne fonctionne que deux à trois minutes ; de plus, on ajoute souvent des propulseurs latéraux d’appoint qui augmentent encore la poussée au décollage et dans les quelques dizaines de secondes qui suivent, quand on en a le plus besoin.
Le deuxième étage a un rôle intermédiaire, il continue la montée et la mise en vitesse, mais il prépare aussi la trajectoire horizontale qu’exécutera l’étage suivant. Au cours de son vol, la coiffe, qui abritait les satellites pendant la traversée de l’atmosphère dense, est devenue inutile : elle est abandonnée.
Le troisième étage ne gagne pas d’altitude, mais à lui seul il communique près de la moitié de la vitesse totale. Quand celle-ci est atteinte, le moteur est coupé et un système auxiliaire permet avant séparation d’orienter les satellites, puis de les faire tourner sur eux-mêmes pour garantir cette orientation