Débris spatiaux, les chercheurs vont faire le ménage

La création du Space Advanced Concept Laboratory (SAC Lab) va permettre d’initier des projets de recherches et d’enseignement dans de nombreux domaines d’expertise spatiale. Un de ces axes, l’Active Debris Removal ouvre la chasse aux déchets spatiaux, un des grands enjeux scientifique et sociétal de la course à l’espace.

L’ISAE-SUPAERO, Airbus Defence and Space et ArianeGroup ont signé en 2017 une chaire espace pour développer l’étude des concepts spatiaux futurs sous l’aspect système et architecture.  Chaire qui a fait l’objet d’une convention avec la Fondation ISAE-SUPAERO.

En 60 ans, plus de 5 300 lancements de fusées ont généré plus de 29 000 objets inertes d’une taille de plus de 10 centimètres. Ils constituent une pollution minutieusement répertoriée de morceaux de fusées, de satellites en fin de vie et autres fragments d’engins.

Débris spatiaux en orbite - NASA

Ces débris, hors de contrôle, se déplacent à une vitesse de 10 kilomètres à la seconde. Ils sont une menace pour les satellites d’observation de la terre en orbite basse et pour les satellites de télécommunication en orbite géostationnaire.

L’ensemble de l’écosystème spatial s’intéresse de très près à cette inflation. Industriels et institutions publiques se mobilisent partout en Europe et dans le monde pour réglementer, dépanner, éliminer et dépolluer l’espace.

Innovation et dépollution

L’ISAE-SUPAERO et son « Département Conception et Conduite des véhicules Aéronautiques et Spatiaux » (DCAS) recherche des solutions et développe de nouveaux modèles économiques. Au sein de son SAC Lab, cinq projets en Mastère Techniques Aéronautiques et Spatiales (TAS Astro) sont proposés en partenariat avec Airbus DS sur le nouveau paradigme de l’orbite géostationnaire. La maintenance en orbite, le recyclage, la gestion des débris, les transferts, sont autant de domaines étudiés dans ces projets.

Ces enjeux techniques et technologiques sont multiples. Ils se concentrent autour de la navigation et de la trajectoire d’approche du chasseur de satellite vers le débris cible. Ces recherches abordent également la stratégie d’accostage avec une cible non-collaborative et sa capture en douceur évitant ainsi de générer de nouveaux débris.

L’un de ces concepts emblématiques, développé par les européens et les américains, est un véhicule -remorqueur polyvalent : « the space tug ». Véritable robot de l’espace, doté de bras pince robotique, il disposera d’une certaine autonomie grâce aux informations fournies par ses capteurs tout en étant piloté depuis la Terre. Il pourra à la fois placer les satellites sur leur orbite, les réparer et les réapprovisionner en carburant pour prolonger leur durée de vie opérationnelle. En fin de service, il sera en mesure de modifier leur orbite et d’accélérer leur destruction dans l’atmosphère ou les entraîner vers une orbite « cimetière ».

Un code de bonne conduite

En attendant que ce service après-vente soit opérationnel, le recours à la législation semble s’imposer dans certains pays. C’est le cas de la France avec la loi sur les opérations spatiales(CNES).

La durée d’occupation d’une orbite est limitée à 25 ans. Tout satellite en fin de vie doit impérativement libérer l’espace pour protéger les deux zones principales d’exploitation spatiale. Avec le carburant restant, en zone LEO (Low Earth Orbit), il doit être désorbité vers la Terre et brûlé dans l’atmosphère au-dessus d’une zone inhabitée. S’il est positionné en zone GEO (Geostationary Earth Orbit) à 36 000 kms d’altitude, il devra être envoyé plus haut sur une orbite « poubelle ».

Le projet Oneweb, avec ses 650 satellites de télécommunication en orbite basse, a pour objectif de fournir un accès universel à Internet en haut débit pour chaque terrien. L’arrivée de ces constellations de microsatellites de moins de 150 kg va redistribuer les cartes et accroître le trafic spatial. Le nombre de Cubesats ou nano-satellites conçus à bas coût par les universités ne va cesser lui aussi d’augmenter. En 2017, on comptait plus de 250 satellites d’une masse de 1 à 10 kg en orbite.

La mise en place de stations-service géostationnaires est aussi envisagée pour organiser la gestion de ces flux spatiaux.

Mais la bataille est encore loin d’être gagnée. On estime à plus de 500 000 les débris de 1 cm qui tournent au-dessus de nos têtes. Beaucoup plus petits et difficilement contrôlables, ils peuvent générer d’importants dégâts vers les satellites.

Elon Musk et sa société Space X semble impulser ce mouvement et ouvrir la voie au recyclage spatial en réutilisant une partie de ses lanceurs. L’ensemble des industriels, dont ArianeGroup et son futur lanceur Ariane 6 sont entrés dans cette démarche économique.

Extraits de l’article du site ISAE - SUPAERO du 13 avril 2018