Insertion orbitale

Dans les vols spatiaux, une insertion orbitale est une manœuvre orbitale qui ajuste la trajectoire d' un vaisseau spatial , permettant l'entrée en orbite autour d'une planète , d'une lune ou d'un autre corps céleste. Une manœuvre d'insertion orbitale implique soit une décélération à partir d'une vitesse supérieure à la vitesse de libération du corps concerné , soit une accélération à partir d'une vitesse inférieure.

Lorsque le résultat est une orbite de transfert , par exemple une insertion sur une orbite de descente, la manœuvre est une injection sur orbite .

Les orbites sont des trajectoires périodiques ou quasi-périodiques, généralement autour d'un corps céleste central comme la Terre ou le Soleil. Elles peuvent également être des trajectoires autour de points de Lagrange dans un système à corps multiples comme le système Terre-Lune . (Par exemple, la NASA a utilisé une orbite de halo pour la mission CAPSTONE .)

Les orbites basses sont des trajectoires situées au plus profond du « puits gravitationnel » d'un corps central. On peut citer comme exemples l'orbite terrestre basse et l'orbite lunaire basse . L'insertion sur une orbite basse peut nécessiter une décélération importante par rapport au corps central ou, pour un lancement depuis la surface d'une planète, une accélération importante pour atteindre la vitesse orbitale .

Les orbites à plus haute énergie comme l’orbite géostationnaire sont souvent atteintes via des orbites de transfert elliptiques .

Un type d'insertion en orbite est utilisé lors de la capture en orbite autour d'un corps céleste.

Propulsion de fusée

L'excès de vitesse d'une orbite de transfert interplanétaire est généralement éliminé par un tir de fusée connu sous le nom de combustion d'insertion en orbite. Pour une telle manœuvre, le moteur du vaisseau spatial est utilisé pour ralentir sa vitesse par rapport au corps cible. Par exemple, chaque mission d'atterrissage lunaire réussie du programme Apollo a d'abord utilisé la propulsion du module de service Apollo pour entrer en orbite lunaire basse.

Insertion à faible poussée

Pour certaines trajectoires d'arrivée, une propulsion à faible poussée est suffisante pour atteindre l'insertion en orbite. Le vaisseau spatial Hiten a été le premier à utiliser cette approche, en 1991.

Autres techniques

Une autre technique, utilisée lorsque le corps de destination possède une atmosphère tangible, est appelée aérocapture , qui peut utiliser le frottement de la traînée atmosphérique pour ralentir suffisamment un vaisseau spatial pour se mettre en orbite. Cette technique est cependant très risquée et n'a jamais été testée pour une insertion en orbite. En général, la décélération d'insertion en orbite est effectuée avec le moteur principal de sorte que le vaisseau spatial se place sur une « orbite de capture » hautement elliptique et que ce n'est que plus tard que l'apocentre peut être abaissé avec de nouvelles décélérations, ou même en utilisant la traînée atmosphérique de manière contrôlée, appelée aérofreinage , pour abaisser l'apocentre et circulariser l'orbite tout en minimisant l'utilisation de carburant à bord. À ce jour, seule une poignée de missions de la NASA et de l'ESA ont effectué un aérofreinage ( Magellan , Mars Reconnaissance Orbiter , Trace Gas Orbiter , Venus Express , ...).

Le deuxième type d'insertion en orbite est utilisé pour les satellites et autres engins spatiaux récemment lancés. La majorité des lanceurs spatiaux utilisés aujourd'hui ne peuvent lancer une charge utile que sur une gamme très étroite d'orbites. L'angle par rapport à l' équateur et l'altitude maximale de ces orbites sont limités par la fusée et le site de lancement utilisés. Compte tenu de cette limitation, la plupart des charges utiles sont d'abord lancées sur une orbite de transfert, où une manœuvre de poussée supplémentaire est nécessaire pour circulariser l'orbite elliptique résultant du lancement spatial initial. La principale différence entre ce type de manœuvre et l'insertion en orbite transplanétaire motorisée est le changement de vitesse nettement moindre requis pour élever ou circulariser une orbite planétaire existante, par rapport à l'annulation de la vitesse considérable de la croisière interplanétaire.

Bien que les manœuvres actuelles d'insertion en orbite nécessitent des démarrages de fusées chimiques classiques à un moment précis, des progrès ont été réalisés dans l'utilisation de moyens alternatifs de stabilisation des orbites, tels que des propulseurs ioniques ou des moteurs à plasma, pour obtenir le même résultat en utilisant moins de carburant sur une période plus longue. En outre, les recherches sur l'utilisation de câbles spatiaux conducteurs d'électricité pour repousser magnétiquement le champ magnétique terrestre se sont révélées prometteuses, ce qui éliminerait pratiquement tout besoin de carburant.