C’est le destin de nombreux satellites morts de passer leurs dernières années à devenir incontrôlables. Une conduite de carburant peut se rompre, ou le vent solaire peut monter, ou il peut y avoir une traînée des confins de l’atmosphère – et à moins qu’un vaisseau spatial ne soit conçu de manière à le maintenir intrinsèquement stable, il y a de fortes chances qu’il commence à tourner fin au-dessus de la fin.
C’est un problème parce que l’orbite de la Terre se remplit. Les ingénieurs aimeraient enfermer de vieux débris spatiaux, mais ils ne peuvent pas les atteindre en toute sécurité, surtout lorsqu’ils sont instables. L’Agence spatiale européenne indique qu’elle suit actuellement environ 30 000 « objets débris » en orbite terrestre – satellites abandonnés, étages de fusées usés, pièces emportées par des collisions dans l’espace. Il peut également y avoir 900 000 petits débris orbitaux – des vis desserrées aux taches de peinture en passant par les morceaux d’isolant. Ils peuvent mesurer moins de 10 centimètres de long, mais ils peuvent toujours détruire un satellite sain s’ils frappent à une vitesse orbitale.
« Au fur et à mesure que de plus en plus de satellites sont lancés, nous pourrions rencontrer plus de situations où nous avons un satellite mort occupant une orbite précieuse », explique Richard Linares, professeur adjoint d’aérospatiale au MIT. Cela fait partie d’un projet américano-allemand appelé TumbleDock/ROAM, qui explore les moyens de confiner et de stabiliser les satellites en chute libre afin qu’ils puissent être désorbités ou, dans certains cas, peut-être même ravitaillés ou réparés.
Les ingénieurs sont aux prises avec des débris orbitaux depuis des décennies, mais Linares dit que la situation est en train de changer. D’une part, la technologie des satellites devient de plus en plus abordable – il suffit de regarder SpaceX, qui a lancé 40 satellites par semaine jusqu’à présent cette année. Deuxièmement, dit-il, les avantages économiques qu’offrent ces satellites – Internet haut débit, GPS, surveillance du climat et des cultures et autres applications – seront compromis à mesure que le risque d’impact continuera d’augmenter.
« Je pense que dans les prochaines années, nous aurons la technologie pour faire quelque chose contre les débris spatiaux », a déclaré Linares. « Et il existe des moteurs économiques qui encourageront les entreprises à le faire. »
L’équipe TumbleDock/ROAM vient de terminer une série de tests dans la cabine de la Station spatiale internationale, en utilisant des robots de la NASA appelés Astrobees pour remplacer un satellite qui tombe et un vaisseau spatial « tracker » pour le capturer. L’objectif : trouver des algorithmes permettant à un tracker de trouver sa cible, de déterminer son taux de chute et de calculer l’approche la plus sûre et la plus efficace.
Expérience robotique Astrobee à bord de l’ISS pour atteindre une cible tumbling dans l’espace.
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« Il y a une énorme quantité de gros débris là-bas », explique Keenan Albee, titulaire d’un doctorat. Étudiant dans l’équipe du MIT. « Découvrez certains d’entre eux, avec de grands panneaux solaires prêts à vous frapper si vous n’adoptez pas la bonne approche. »
Les chercheurs ont décidé très tôt qu’un véhicule de poursuite avait besoin d’une autonomie suffisante pour s’approcher seul d’un satellite désactivé. Même les plus gros satellites sont trop éloignés pour que les stations de suivi au sol puissent suivre avec précision leur emplacement. Un tracker, peut-être équipé de caméras de navigation, de lidar et d’autres capteurs, doit faire le travail en temps réel.
« Le mouvement d’oscillation d’un satellite peut être très complexe », explique Roberto Lampariello, chef de projet au Centre aérospatial allemand (DLR). « Et si vous voulez être sûr de ne pas entrer en collision avec des appendices à l’approche du point d’accouplement, je pense qu’une méthode de guidage autonome est très attrayante. »
Les tests d’Astrobee sur la station spatiale ont montré que c’était possible, du moins en principe. Chaque robot Astrobee est un cube d’environ 30 centimètres de côté, avec des caméras de navigation, des moteurs à air comprimé et des processeurs Snapdragon un peu comme vous en trouveriez dans un smartphone. Pour le test le plus récent le mois dernier, l’astronaute de la NASA Mark Vande Hei a placé deux Astrobees à quelques mètres l’un de l’autre. Ils ont ensuite pris leurs ordres d’Albee au sol. Il a commencé les tests, un robot trébuchant et l’autre essayant de le rencontrer. Il y avait des troubles; Les Astrobees avaient besoin d’aide pour déterminer leur emplacement exact par rapport aux murs de la station. Mais les résultats des tests étaient prometteurs.
Selon les chercheurs, une prochaine étape consiste à déterminer comment un vaisseau spatial de suivi peut se verrouiller sur sa cible, ce qui est particulièrement difficile lorsqu’il s’agit d’un morceau de débris sans mécanisme d’amarrage. D’autres plans au fil des ans ont inclus de grands filets ou lasers; Les membres de l’équipe TumbleDock/ROAM se disent fascinés par les pinces qui utilisent les forces de van der Waals entre les atomes, celles qui aident un gecko à s’accrocher à une surface lisse.
La plus grande question est de savoir comment transformer des expériences comme celles-ci en solutions réelles à un problème croissant, quoique élevé. L’orbite terrestre basse est encombrée depuis assez longtemps pour que les fabricants de satellites aient équipé leurs véhicules de boucliers et que les agences spatiales scrutent en permanence le ciel pour décourager les approches rapprochées. Aucun astronaute n’a été tué et il n’y a eu que quelques cas où des satellites ont été pulvérisés. Mais le problème est devenu de plus en plus coûteux et, dans certains cas, dangereux. SpaceX a lancé jusqu’à présent 2 000 satellites Internet Starlink, pourrait en lancer 30 000 autres et a d’autres sociétés (comme Amazon) en course pour suivre le rythme. Vous voyez des bénéfices là-haut.
Linares du MIT dit que c’est en fait pourquoi le problème des débris spatiaux vaut la peine d’être résolu. « Il y a une raison pour laquelle ces orbites sont précieuses », dit-il. Les entreprises peuvent dépenser des milliards pour lancer de nouveaux satellites – et ne veulent pas être menacées par de vieux satellites.
« Si votre entreprise bénéficie d’une bande orbitale », dit-il, « alors vous feriez probablement mieux de trouver quelqu’un pour la nettoyer pour vous. »
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