Débris spatial
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Test destiné à simuler l'impact d'un débris spatial dans un véhicule en orbite au centre de recherche de la NASA
Test destiné à simuler l'impact d'un débris spatial dans un véhicule en orbite au centre de recherche de la NASA
Un débris du troisième étage de Delta 2 retrouvé en Arabie saoudite le 21 janvier 2001
Un débris du troisième étage de Delta 2 retrouvé en Arabie saoudite le 21 janvier 2001

Un débris spatial (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...), dans le domaine de l'astronautique (L'astronautique ou spationautique ou cosmonautique, est constituée par l'ensemble des sciences et des techniques visant à envoyer dans l'espace extraterrestre un véhicule...), est l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette...) résiduaire d'une mission spatiale, se trouvant sur orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.). Le terme correspondant en anglais est space debris.

De nos jours, les satellites artificiels modifient la vie (La vie est le nom donné :) sur la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...) et l'y organisent : satellites de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles...) pour les échanges de sons et d'images, satellites météorologiques pour la prévision de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), satellites de navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :) pour le guidage précis de navires sur toutes les mers (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) du monde (Le mot monde peut désigner :), satellites scientifiques à missions hautement spécialisées, satellites militaires aux applications publiques ou secrètes multiples, etc.

Depuis Spoutnik 1 (Spoutnik 1 (??????? 1, litéralement « compagnon » en russe, soit un "satellite") fut le premier satellite artificiel. Il fut lancé le 4...), lancé le 4 octobre 1957, plus de 4 000 engins ont été expédiés dans l'espace par les diverses nations de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en...). Il s'agit autant de satellites placés sur l'une ou l'autre orbite terrestre (Une orbite terrestre est une orbite située autour de la Terre. La Lune, le seul satellite naturel de la Terre, est située sur une orbite...) que de sondes qui ont quitté l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à...) immédiat de la Terre pour explorer la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne séparant la Terre de la Lune est de...) ou les autres planètes. Lors de chacune de ces missions, un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) 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 ( Lanceur, terme de l'astronautique Lanceur, terme du baseball ) lui-même, ou d'objets perdus par les astronautes, ou encore de vieux satellites inutilisés, etc. Le catalogue du North American (North American Aviation fut le premier constructeur d'aéronautique militaire américain par le nombre, durant la période de 1935 à 1967. Rien que pendant la Seconde...) 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 (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent...) de la Terre (en 2006). Si l'on s'intéresse maintenant aux débris plus petits, de l'ordre du centimètre (Un centimètre (symbole cm) vaut 10-2 = 0,01 mètre.), on arrive déjà à plus de 200 000 objets répertoriés et on dépasse le million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un...) 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 (On distingue :) et l'impact d'un débris, même petit, sur un satellite (Satellite peut faire référence à :) 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 (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « 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 (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) résiduel, pour limiter le risque d'une explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation...) des imbrûlés hypergoliques qui engendrerait des milliers de nouveaux débris.

La désorbitation (La désorbitation, dans le domaine de l'astronautique, est la manœuvre consistant à faire quitter à tout ou partie d'un engin spatial l'orbite qu'il décrit autour d'un astre en...) des satellites en fin de vie serait une mesure efficace, une telle manœuvre volontaire a déjà été faite avec succès pour le satellite (Satellite peut faire référence à :) 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 (L'électrodynamique est la discipline physique qui étudie et traite des actions dynamiques entre les courants électriques.) déroulé depuis le satellite et qui le ralentirait et abaisserait son orbite jusqu'à une altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de la vie sur terre.) où la traînée (En mécanique des fluides, la traînée est la force qui s'oppose au mouvement d'un corps dans un liquide ou un gaz. Mathématiquement c'est la composante des efforts exercés sur le corps,...) atmosphérique provoquerait rapidement la désorbitation[4].

Pour les altitudes où la désorbitation n'est pas économiquement envisageable, telle que l'orbite géostationnaire (L'orbite géostationnaire, abrégée GEO (geostationary orbit), parfois appelée orbite de Clarke, est une orbite située à 35 786 km d'altitude au-dessus de...), le satellite est transféré vers une orbite de rebut (Une orbite de rebut, dans le domaine de l'astronautique, est l'orbite sur laquelle est transféré un satellite en fin de vie active.) où ne se trouve aucun engin opérationnel.

Plusieurs propositions ont été faites pour rabattre les débris vers l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) terrestre telles que des remorqueurs automatisés[5], un balai laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light amplification by...) (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 (La prévention est une attitude et/ou l'ensemble de mesures à prendre pour éviter qu'une situation (sociale, environnementale, économique..) ne se dégrade, ou...) 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 (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) pour le futur.

Surveillance des débris spatiaux

Cartographie des principaux débris spatiaux en orbite terrestre basse
Cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la...) des principaux débris spatiaux en orbite terrestre basse (L'orbite terrestre basse (Low Earth orbit, LEO, en anglais) est un type d'orbite terrestre situé entre 350 et 1 400 kilomètres d'altitude. On considère généralement que l'orbite basse est comprise...)
Cartographie vue d'au-delà de l'orbite géosynchrone
Cartographie vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) d'au-delà de l'orbite géosynchrone (L'orbite géosynchrone, abrégée GSO (geosynchronous orbit), est une orbite géocentrique sur laquelle un satellite se déplace dans le même sens que la terre (d'ouest en est) et dont la période orbitale est égale à la...)

L'USSPACECOM tient à jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...) un catalogue contenant environ 10 000 objets (de plus de 10 cm en orbite basse (L'orbite terrestre basse (Low Earth orbit, LEO, en anglais) est un type d'orbite terrestre situé entre 350 et 1 400 kilomètres d'altitude. On considère généralement que l'orbite basse est comprise entre...) et de plus de 1 m en orbite géostationnaire), aussi dans le but de ne pas les confondre avec des missiles ennemis. Les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...) collectées depuis plusieurs installations radars et télescopes, ainsi qu'un télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport...)[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 (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce segment. Pour indiquer qu'une valeur...) d'au moins un millimètre en orbite terrestre [7].

Cet institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) 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 (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) en orbite. L'agence européenne possède un catalogue de 26 000 débris qu'elle suit avec un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node)...) d'observatoires et de radars pour corroborer ce modèle.

Le satellite LDEF avant son déploiement par Challenger au dessus de la Floride
Le satellite LDEF avant son déploiement par Challenger au dessus de la Floride

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 (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur...) 68 mois en orbite. L'examen minutieux de sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) a permis d'analyser la distribution directionnelle et la composition du flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est...) de débris. Le satellite européen Eureca (Le satellite Eureca (European Retrievable Carrier) a été mis en orbite le 31 juillet 1992 par la navette spatiale Atlantis (mission STS-46) et a été ramené sur Terre le 1er juillet 1993 par...), 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 (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet de la Terre toutes les 100 minutes. Il est nommé en l'honneur de l'astronome...) lors des missions STS-61 Endeavour et STS-109 Columbia apportèrent incidemment de nouvelles précisions pour le modèle d'environnement des débris spatiaux.

Diagramme (Un diagramme est une représentation visuelle simplifiée et structurée des concepts, des idées, des constructions, des relations, des données statistiques, de l'anatomie etc....) de Gabbard

Diagramme de Gabbard des 300 débris issus de l'explosion du 3e étage d'une fusée Longue Marche, 5 mois après son lancement
Diagramme de Gabbard des 300 débris issus de l'explosion du 3e étage d'une fusée (Fusée peut faire référence à :) Longue Marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un mode de locomotion naturel. Il consiste en un déplacement en appui alternatif sur les jambes, en position debout et en ayant toujours au moins...), 5 mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) après son lancement

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 (Un apogée (du grec apogeios : loin de la terre ; apo : loin + gê : Terre), dans les domaines de l'astronomie et de l'astronautique, est le point extrême de l'orbite elliptique d'un astre ou d'un...) de chaque débris est représenté en fonction de sa période orbitale (En astronomie, la période orbitale désigne la durée mise par un astre (étoile, planète, astéroïde) pour effectuer une orbite complète. Par exemple, la Terre a une période orbitale de...). Les débris projetés dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une...) du déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et...) orbital augmentent en apogée et en période, ils correspondent aux deux bras droits du X. Les débris projetés dans le sens rétrograde ( On dit d'un objet du système solaire qu'il a un mouvement rétrograde s'il effectue une révolution autour de son corps. Le terme rétrograde est synonyme d'arriéré, dépassé, conservateur. ) 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 (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...) (novembre 2006) à avoir été touchée par un débris spatial d'origine humaine. Alors qu'elle se promenait dans un parc (Un Parc est un terrain naturel enclos,[1] formé de bois ou de prairies, dans lequel ont été tracées des allées et chemins destinés à la chasse, à la promenade ou à...) de Tulsa, Oklahoma, le 22 janvier 1997 à 3h30, elle remarqua une lueur dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) qu'elle prit pour une étoile filante (On appelle étoile filante le phénomène lumineux qui accompagne la rentrée dans l'atmosphère d'un corps extraterrestre (météore). Cette traînée lumineuse...). Quelques minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale,...) 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 (La Culture est une civilisation pan-galactique inventée par Iain M. Banks au travers de ses romans et nouvelles de science-fiction. Décrite avec...) populaire

  • L'anime manga Planetes (Selon la dernière définition de l'Union astronomique internationale (UAI), « une planète est un corps céleste (a) qui est en orbite autour du Soleil, (b) qui possède une masse suffisante pour que sa gravité...) relate les aventures d'une équipe de collecteurs de débris spatiaux.
  • La série TV Dead Like Me commence par la mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus général, incluant par exemple la mort des...) 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.
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