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La plupart des satellites sont considérés comme se trouvant dans l’espace, mais dans l’atmosphère terrestre, ils occupent la thermosphère et l’exosphère. La couche spécifique dépend de la mission et du type d’orbite du satellite. Depuis le lancement de Spoutnik, des milliers de satellites ont été déployés, jouant des rôles allant de la Station spatiale internationale aux systèmes de positionnement mondial.
La thermosphère s'étend d'environ 85 km à 640 km au-dessus de la surface. Les températures peuvent atteindre 1 500 °C (2 732°F), mais la pression extrêmement basse signifie que les satellites ne sont pas exposés à des dommages thermiques importants.
Au-dessus de la thermosphère se trouve l'exosphère, qui s'étend jusqu'à environ 10 000 km. Sa limite supérieure n'est pas fixe; les molécules dérivent dans l’espace sous l’influence du vent solaire. L'exosphère marque la couche atmosphérique la plus externe avant l'espace interplanétaire.
LEO inclut toute orbite inférieure à 2 000 km. Les satellites font ici le tour de la Terre rapidement, subissant une traînée atmosphérique qui abaisse progressivement leur orbite à moins qu'ils ne soient périodiquement stimulés. La Station spatiale internationale réside en LEO, principalement dans la thermosphère, bien que les satellites LEO les plus hauts s'approchent de l'exosphère. Les missions scientifiques choisissent souvent LEO pour surveiller la Terre de près.
Les satellites au-dessus de LEO voyagent à travers l’exosphère et peuvent maintenir des orbites stables pendant des décennies avec un maintien en station minimal. Les satellites météorologiques et de communication sont placés sur des orbites plus élevées pour obtenir une couverture plus large. Le summum de l’orbite terrestre haute est l’orbite géosynchrone, où la période orbitale d’un satellite correspond à la rotation de la Terre. Un cas particulier, l'orbite géostationnaire, se situe le long de l'équateur, maintenant le satellite fixe sur un seul point de la surface de la Terre.
Comprendre ces couches atmosphériques aide les ingénieurs à concevoir des orbites qui équilibrent la couverture, la durée de vie et la consommation de carburant.