Il y a du monde là-haut. Une augmentation des lancements militaires, commerciaux et scientifiques, associée à une baisse du coût des lancements de cubesat en covoiturage, signifie beaucoup plus de déchets spatiaux à traiter dans les années à venir. Et nous ne parlons pas seulement d’orbite terrestre basse ; la Lune et le cis-lunaire (près de l’espace lunaire) sont également sur le point de devenir occupés.
Alors que nous suivons et comprenons (pour la plupart) ce qui se trouve en orbite terrestre basse (LEO), nous ne parvenons souvent pas à garder un œil sur ce qui se trouve en orbite moyenne à haute (géostationnaire/géosynchrone GEO) et au-delà. C’est encore moins le cas autour de la Lune, qui est sur le point de devenir un lieu très fréquenté dans les années à venir. Aujourd’hui, une étude récente de l’Université Purdue cherche à modéliser et à suivre les débris spatiaux autour de la Lune, en vue de les atténuer.
Suivi des débris spatiaux lunaires
L’étude, dirigée par Carolin Frueh, donnerait aux moyens de suivi des zones et des régions du ciel proches de la lune les meilleures pour accomplir une telle mission. L’étude souligne également l’utilisation d’une « géométrie à quatre corps » pour modéliser l’évolution des orbites au fil du temps.
Le suivi et l’évitement des débris constituent déjà un problème fréquent pour la Station spatiale internationale en orbite terrestre basse. C’est une question à laquelle les futures missions lunaires devront également faire face.
« Actuellement, il n’y a pas encore beaucoup de missions dans cet espace (cis-lunaire) », a déclaré Carolin Frueh (Université Purdue) à Universe Today. « De ce point de vue, nous ‘savons ce qui se passe’, mais comme nous n’avons pas (encore) établi de surveillance dans cette région, nous manquons de beaucoup d’informations, notamment en termes d’objets de l’espace lointain entrant dans cette région et en termes de débris d’objets.
Des appels rapprochés dans l’espace cis-lunaire
Les événements récents soulignent à quel point il y a déjà beaucoup de monde autour de la Lune. Le récent crash d’un propulseur de fusée lunaire sur la face cachée de la Lune au début de 2022 en est un exemple. Initialement pensé pour appartenir à SpaceX, le propulseur a ensuite été identifié comme un étage supérieur de fusée Longue Marche appartenant à la Chine.
Et en parlant d’appels rapprochés, le vénérable Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA a récemment été aperçu lors d’un passage de l’instrument ShadowCam du Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO) à une distance de seulement 18 kilomètres.
Le problème des quatre corps
Le gouffre spatial entre la Terre et la Lune est vaste. D’une superficie d’environ un quart de million de kilomètres, cette région est également mal surveillée par des radars et des télescopes terrestres chargés de suivre les débris spatiaux. Des actifs dans l’espace en orbite autour de la Terre (ou mieux encore de la Lune) feraient un meilleur travail, même s’il n’en existe aucun pour l’instant.
« L’environnement proche de la Terre est dominé par la Terre. Pour un satellite, nous parlons de géométrie à deux corps », explique Frueh. « Bien au-dessus de la région géosynchrone, la gravité de la Lune est plus qu’une simple petite perturbation sur une orbite à deux corps et nous parlons de géométrie à trois corps. La géométrie à quatre corps entre en jeu, par exemple, en ce qui concerne la Terre, la Lune et effets gravitationnels du soleil. Comme le soleil est un grand corps gravitationnel, il s’agit bien sûr d’une perturbation sur les orbites à deux et trois corps. La géométrie à quatre corps est particulièrement pertinente lorsque nous voulons évaluer si des objets, dans le proche et à moyen terme, restez dans la région cis-lunaire (Terre-Lune), ou quittez cette région (cependant, vous pourriez y revenir beaucoup plus tard). »
Frueh utilise des courbes de lumière pour prédire les événements de rupture imminente des satellites en orbite terrestre. Cela peut également s’appliquer à la Lune.
« Dans mon propre travail, j’ai exploité la géométrie à quatre corps pour évaluer les options de surveillance électro-optique (télescope spatial) pour le domaine cis-lunaire », explique Frueh. « Ici, l’astrodynamique dans l’approximation à trois corps est suffisamment bonne, mais j’ai utilisé la géométrie à quatre corps pour obtenir les conditions d’éclairage du soleil dans l’approximation dont j’ai besoin pour les capteurs EO (électro-optiques). »
Une décennie chargée à venir
Les déchets spatiaux qui reviennent d’une orbite héliocentrique se retrouvent souvent en orbite lunaire ou terrestre en tant que satellites temporaires. Un de ces cas était J002E3, qui s’est avéré être un booster d’Apollo 12. Un autre cas était l’astéroïde 2010 QW1 qui a ensuite été identifié comme un étage supérieur Longue Marche-3C de la mission chinoise Chang’e-2.
« Oui, les objets héliocentriques pourraient revenir dans le domaine cis-lunaire », explique Frueh. « Par conséquent, lors de l’évaluation des options d’élimination qui » quittent la région cis-lunaire « , il faut envisager un retour (beaucoup) plus tard. »
Les missions vers la Lune au cours de la prochaine décennie incluent les missions Artemis avec équipage. La prochaine étape sera le survol lunaire d’Artemis II l’année prochaine et l’alunissage d’Artemis III en 2025. Le rover Viper de la NASA se dirigera vers la lune en 2024. L’astrobotique et les machines intuitives atterriront sur la lune dès la fin de cette année. En outre, l’avant-poste orbital avec équipage Lunar Gateway est prévu pour fin 2025.
Améliorer le suivi et la détection, de préférence via un réseau de suivi lunaire in situ, est primordial. « La mise en place d’une surveillance globale de la région cis-lunaire est actuellement un domaine de recherche et de développement très actif », explique Frueh.
Entrez dans les accords Artémis
Les accords Artémis signé par 29 pays en 2020 répond directement à la nécessité de lutter contre le problème croissant des débris spatiaux.
De nombreuses agences internationales parient également sur la croissance d’une « économie lunaire ». Cela augmentera la charge de travail du trafic lunaire dans les années à venir. De nombreuses entreprises attendent d’exploiter la Lune pour y trouver des ressources, tant économiques que scientifiques. À cette fin, l’Agence spatiale européenne (ESA) cherche également à établir Moonlight, un réseau de communication indépendant autour de la Lune. Ce réseau de trois à quatre satellites (plus des satellites de rechange en orbite) devrait être en place dès 2025.
Nous aurons une chance de réussir et de garder sous contrôle les débris autour de la Lune, alors que les humains reviendront sur la Lune au cours de la prochaine décennie en grand.