Orbite de Molnia

Pour avoir un apogée dont la position apparente dans le ciel se répète d'une orbite à l'autre, la période orbitale doit diviser 24 heures de façon paire. Une période de 12 heures donne donc deux apogées et deux périgées, une période de 6 heures en donnerait quatre de chaque type. Une inclinaison importante permet à l'apogée d'être proche du pôle nord ou sud justement là où la couverture d'un satellite géostationnaire est la plus mauvaise, voir nulle. Les russes, canadiens et suédois utilisent la proximité avec le pôle Nord.

Mais l'aplatissement du globe terrestre perturbe l'argument du périgée, donc même si l'apogée est au départ dans l'hémisphère Nord, il va progressivement se déplacer, à moins que la trajectoire ne soit régulièrement corrigée avec les propulseurs du satellite. C'est pour éviter cette dépense supplémentaire en carburant que l'orbite de Molnia utilise une inclinaison de 63,4°, inclinaison pour laquelle ces perturbations sont nulles.

Pour les télécommunications, l'orbite de Molnia permet une couverture 24 heures sur 24 des régions polaires avec une constellation de trois satellites. Le premier satellite lancé sur cette orbite fut le Molnia 1-01, lancé le 21 août 1965. Des satellites américains utilisent aussi ce genre d'orbite, dont le réseau Satellite Data System et la constellation de Sirius Satellite Radio. Selon certaines sources, le système soviétique FOBS anti-missile fonctionnait en imitant un satellite standard voyageant sur une orbite de Molnia. Des satellites américains secrets d'espionnage appelés Jumpseat, et leurs successeurs appelés Trumpet utiliseraient également les orbites de Molnia.

L'orbite de Molnia ne peut pas être appliquée à des engins spatiaux habités, car elle franchit quatre fois par jour les zones de très hautes radiations de la Ceinture de Van Allen.

Afin de s'assurer que la position de l'apogée dans le plan orbital ne soit pas influencée par des perturbations, une inclinaison de 63,4° a été choisie. Ceci résulte du calcul de l'argument du périgée de façon qu'il reste constant sur une longue période.

La dérive quotidienne de l'argument du périgée pour une orbite terrestre se calcule avec l'expression suivante :

${\displaystyle \Delta \omega _{jour}=4.98^{\circ }\left({\frac {R_{E}}{a}}\right)^{2}{\frac {5\cos ^{2}i-1}{\left({1-\varepsilon ^{2}}\right)^{2}}}}$

avec :

• ${\displaystyle R_{E}\,}$ est le rayon de la Terre,
• ${\displaystyle a\,}$ est la longueur du demi-grand axe,
• ${\displaystyle i\,}$ est l'inclinaison, et
• ${\displaystyle \varepsilon \,}$ est l'excentricité orbitale.

Le membre de droite s'annule pour une inclinaison de 63,4° qui est la valeur retenue pour l'orbite Molnia. Mais le membre s'annule aussi pour une inclinaison de 116,6°.

Le nom de l'orbite de Molnia vient du nom russe pour « foudre ». Le satellite passe relativement près de la Terre à son périgée, donc à une vitesse très élevée, de l'ordre de 10 km/s. Le satellite russe Molnia fut le premier envoyé dans l'espace avec une telle orbite, il a donc donné son nom à ce type d'orbite.

• Orbital Mechanics par Robert A. Braeunig
• Molniya spacecraft par Mark Wade de l'Encyclopedia Astronautica