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Télémétrie laser

Télémétrie laser sur satellites

   Catégorie : sondes et télescopes
Mise à jour 01 juin 2013

La Terre se déplace sur l'écliptique autour du Soleil à la vitesse moyenne de 107 218,8 km/h (entre 29,291 km/s et 30,287 km/s). En même temps la Terre tourne sur elle même autour d'un axe à la vitesse (à l'équateur) de 1674,364 km/h (465 m/s).
Nos satellites naturel (Lune) et artificiels orbitent à des vitesses différentes, 1,17 km/s pour la Lune, (orbitant à 384 400 km d'altitude) 3,88 km/s pour les satellites GPS (orbitant à 20 200 km d'altitude) ou 7,68 km/s pour ISS (orbitant à 375 km d'altitude). Leur vitesse dépend du rayon de leur orbite, plus ils sont proches de la Terre et plus leur vitesse est élevée.  
Avec ces vitesses relatives, il est possible de mesurer avec précision la distance entre nos satellites et la Terre. Pour cela on utilise la télémétrie laser sur satellites (en anglais Satellite Laser Ranging).
La télémétrie laser sur satellites (SLR) permet de mesurer le temps d'un aller-retour d'une impulsion laser émise par une station terrestre et renvoyée par les réflecteurs situés sur le satellite.
La distance entre le satellite et le site d'observation est approximativement égale à la moitié du temps d'aller-retour, multiplié par la vitesse de la lumière.
De nombreux satellites sont équipés de réflecteurs laser réfléchissant la lumière dans la direction exacte de l'émetteur.
La précision angulaire des rétro-réflecteurs est de quelques secondes de degré. Ainsi, la précision d'une mesure de télémétrie laser est de 1 à 2 cm.
La technique SLR est sensible à la position du centre de masse de la Terre. Cette technique simple et extrêmement précise fournit donc indirectement des mesures par rapport au centre de masse de la Terre. Elle permet de définir une référence terrestre absolu pour les applications scientifiques (géodésie, physique du globe, océanographie, tectonique des plaques, sismologie, planétologie lunaire, contrôle de l'orbite des satellites, ...).
Cette technique fournit par exemple des estimations journalières du mouvement du pôle, avec une précision d'à peu près 0,3 milliseconde de degré.

 

Une autre technique comme La technique du Laser Lune (LLR) est utilisée pour déterminer indirectement l'obliquité de l'écliptique, ainsi que l'orientation du Système solaire dans le repère extragalactique. 

Précision Angle
Soleil 32’ ou ≈0.5°
Lune 32’ ou ≈0.5°
Jupiter ≈0.5’
1 pièce de 1€ à 4 km 1’’
1 pièce de 1€ à 4000 km 1 m’’
1 pièce de 1€ sur la Lune 10 µ’’
1 cheveu à 6000 km 1 µ’’
   
Evolution des précisions  
Précision en 1900 1’’
Précision en 1970 0.1’’
Précision du télescope Hubble 7 m’’
Précision en 2000 1 m’’
Précision en 2015 5 µ’’
Précision du télescope GAIA 1 µ’’

nota : un télémètre laser est un simple appareil permettant de mesurer les distances. Un rayon laser est projeté sur une cible qui renvoie à son tour le rayon lumineux. Le boitier électronique calcule le déphasage entre l'émission et la réception.
 Rotation de la Terre

Image : Le satellite LAGEOS-1 est une boule de laiton recouverte d'aluminium sur laquelle sont placés 426 rétro-réflecteurs rhomboédriques (coins de cube), entièrement passifs.
Les satellites LAGEOS (Laser Geodynamics Satellite) sont des satellites artificiels en orbite terrestre. Placés sur une orbite moyenne circulaire (5 900 kilomètres d'altitude) et très massifs (406 kilogrammes pour un diamètre de 60 centimètres), ils sont très stables et resteront en orbite pour 8.4 millions d'années. Aussi, sont-ils pourvus d'une capsule temporelle donnant la position passée, actuelle et prévue des continents. 422 coins de cube sont en verre de quartz et 4 en germanium afin de refléter dans l'infrarouge et permettre l'étude de la variation d'altitude du satellite. 35 stations au sol participent à des mesures de distances en calculant le temps mis par un rayon laser pour revenir à son point d'émission. La précision des mesures est centimétrique et permet de mesurer le déplacement des plaques tectoniques avec une précision comparable. Il existe d'autres satellites équipés de rétro-réflecteurs (les satellites ERS, Jason, Starlette, Etalon, deux des satellites GPS (-35, -36, ...) et cinq rétro-réflecteurs ont été déposés sur la Lune.

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