Débris spatial - Définition
Un débris spatial, dans le domaine de l'astronautique, est l'objet résiduaire d'une mission spatiale, se trouvant sur orbite. Le terme correspondant en anglais est space debris.
De nos jours, les satellites artificiels modifient la vie sur la Terre et l'y organisent : satellites de communication pour les échanges de sons et d'images, satellites météorologiques pour la prévision de temps, satellites de navigation pour le guidage précis de navires sur toutes les mers du monde, satellites scientifiques à missions hautement spécialisées, satellites militaires aux applications publiques ou secrètes multiples, etc.
Depuis Spoutnik 1, lancé le 4 octobre 1957, plus de 4 000 engins ont été expédiés dans l'espace par les diverses nations de la planète. Il s'agit autant de satellites placés sur l'une ou l'autre orbite terrestre que de sondes qui ont quitté l'environnement immédiat de la Terre pour explorer la Lune ou les autres planètes. Lors de chacune de ces missions, un grand nombre de débris spatiaux sont générés.
Ces débris sont de différentes origines : citons d'abord les gros débris, ceux-ci peuvent provenir de morceaux du lanceur lui-même, ou d'objets perdus par les astronautes, ou encore de vieux satellites inutilisés, etc. Le catalogue du North American aerospace defense (NORAD) qui est sans doute le plus complet qui existe au monde, fait état de plus de 9 000 objets de plus de 10 cm en orbite autour de la Terre (en 2006). Si l'on s'intéresse maintenant aux débris plus petits, de l'ordre du centimètre, on arrive déjà à plus de 200 000 objets répertoriés et on dépasse le million pour des débris de type " particules " de l'ordre du millimètre. Les temps de vie de ces débris sont également très différents, de l'ordre d'un an, ou d'une dizaine d'années, ou même de siècles pour les orbites les plus hautes.
Ces débris présentent un danger pour les satellites en orbite et un risque de retombée au sol. En effet, ils vont à une grande vitesse et l'impact d'un débris, même petit, sur un satellite peut entraîner de gros dégâts. Leur nombre, en constante augmentation, est donc préoccupant. Il est à noter que certains satellites espions seraient répertoriés en tant que débris spatiaux.[1]
Origine des débris
Toutes les activités spatiales sont sources de débris. On peut citer notamment :
- les étages de lanceurs et les fragments issus de ces derniers comme les morceaux de boucliers thermiques
- les fragments d'engins spatiaux utilisés ou non [2]
- les satellites non utilisés
- les divers éléments qui ont échappés des mains de l'Homme, comme les outils utilisés
Mesures de préventions
Afin de réduire le risque de création de nouveaux débris spatiaux, plusieurs mesures ont été proposées:
La passivation des étages supérieurs après utilisation par largage du carburant résiduel, pour limiter le risque d'une explosion des imbrûlés hypergoliques qui engendrerait des milliers de nouveaux débris.
La désorbitation des satellites en fin de vie serait une mesure efficace, une telle manœuvre volontaire a déjà été faite avec succès pour le satellite français Spot-1 fin 2003, réduisant sa présence post-mortem en orbite de 200 à 15 ans[3]. Mais elle requiert parfois trop de carburant ou doit avoir lieu trop longtemps après la mise en orbite pour garantir son succès. Dans ces cas-là, elle pourrait être effectuée grâce à un câble électrodynamique déroulé depuis le satellite et qui le ralentirait et abaisserait son orbite jusqu'à une altitude où la traînée atmosphérique provoquerait rapidement la désorbitation[4].
Pour les altitudes où la désorbitation n'est pas économiquement envisageable, telle que l'orbite géostationnaire, le satellite est transféré vers une orbite de rebut où ne se trouve aucun engin opérationnel.
Plusieurs propositions ont été faites pour rabattre les débris vers l'atmosphère terrestre telles que des remorqueurs automatisés[5], un balai laser (pour détruire les particules ou les dévier vers une orbite plus basse), de gigantesques boules d'aérogel pour absorber les impacts et éventuellement précipiter les débris capturés vers l'atmosphère. Néanmoins, actuellement le principal effort est porté sur la prévention des collisions par la surveillance des plus gros débris et les mesures contre la création de nouveaux.
D'autres idées impliquent la création d'une "décharge" orbitale où seraient rassemblés les plus gros objets afin d'éviter les collisions et de stocker ces ressources de matériaux pour le futur.
Surveillance des débris spatiaux
Cartographie des principaux débris spatiaux en orbite terrestre basse
|
Cartographie vue d'au-delà de l'orbite géosynchrone
|
L'USSPACECOM tient à jour un catalogue contenant environ 10 000 objets (de plus de 10 cm en orbite basse et de plus de 1 m en orbite géostationnaire), aussi dans le but de ne pas les confondre avec des missiles ennemis. Les observations collectées depuis plusieurs installations radars et télescopes, ainsi qu'un télescope spatial[6], sont utilisées pour entretenir ce catalogue. Cependant, la majorité des débris ne sont toujours pas observés. Selon l'Institute of Aerospace Systems de Braunschweig, il y aurait plus de 330 millions d'objets artificiels d'un diamètre d'au moins un millimètre en orbite terrestre [7].
Cet institut est à l'origine du modèle de distribution et de vitesse des débris nommé MASTER (Meteoroid and Space Debris Terrestrial Environment Reference) et utilisé par l'ESA pour calculer les probabilités et directions de collision en orbite. L'agence européenne possède un catalogue de 26 000 débris qu'elle suit avec un réseau d'observatoires et de radars pour corroborer ce modèle.
Le retour sur Terre de matériel orbital est aussi une précieuse source d'informations sur l'environnement de débris de tailles submillimétriques. Le satellite LDEF, déployé par la mission STS-41-C Challenger et récupéré par STS-32 Columbia, a passé 68 mois en orbite. L'examen minutieux de sa surface a permis d'analyser la distribution directionnelle et la composition du flux de débris. Le satellite européen Eureca, déployé par STS-46 Atlantis et récupéré 326 jours plus tard par STS-57 Endeavour a révélé un millier d'impacts sur ses panneaux solaires et 71 sur son corps, de 100 µm à 6,4 mm[8].
Les remplacements des panneaux solaires du télescope spatial Hubble lors des missions STS-61 Endeavour et STS-109 Columbia apportèrent incidemment de nouvelles précisions pour le modèle d'environnement des débris spatiaux.
Diagramme de Gabbard
Les groupes de débris issus de la désagrégation de satellites sont analysés grâce à un diagramme dit "de Gabbard" dans lequel le périgée et l'apogée de chaque débris est représenté en fonction de sa période orbitale. Les débris projetés dans le sens du déplacement orbital augmentent en apogée et en période, ils correspondent aux deux bras droits du X. Les débris projetés dans le sens rétrograde ont un périgée et une période diminués (les deux bras gauches du X). Les projections dans les directions perpendiculaires à l'orbite influent peu sur les caractéristiques de période, d'apogée et de périgée, les débris dans ce cas sont concentrés autour du centre de la croix[9].
L'étude de la distribution des éléments de ce diagramme permet aussi de déterminer les causes de la fragmentation[10].
Anecdotes
Lottie Williams est la première et la seule personne à ce jour (novembre 2006) à avoir été touchée par un débris spatial d'origine humaine. Alors qu'elle se promenait dans un parc de Tulsa, Oklahoma, le 22 janvier 1997 à 3h30, elle remarqua une lueur dans le ciel qu'elle prit pour une étoile filante. Quelques minutes plus tard, elle fut frappée à l'épaule par un objet métallique sombre de 15 cm qui s'avéra plus tard être une pièce de réservoir d'une fusée Delta II lancée en 1996. Elle ne fut pas blessée.
Dans la culture populaire
- L'anime manga Planetes relate les aventures d'une équipe de collecteurs de débris spatiaux.
- La série TV Dead Like Me commence par la mort du personnage principal, tuée par la chute de la lunette des toilettes de la station Mir.
- Dans l'épisode Déchets dans l'espace de la série TV des années 1970 UFO, alerte dans l'espace, le héros découvre un satellite alien dissimulé parmi les débris orbitant notre planète.