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Anticiper les collisions entre les engins spatiaux et les débris spatiaux
En septembre, un morceau de débris s'est détaché d'un satellite de la NASA non opérationnel de 19 ans, à 330 milles dans le ciel. Le Space Surveillance Network (SSN) des États-Unis, qui est chargé de surveiller les plus de 22 000 satellites et autres objets en orbite, a détecté l'événement, tracé la trajectoire orbitale du fragment et déterminé qu'il se dirigeait vers la Station spatiale internationale (ISS ). S'il touchait le laboratoire de 100 milliards de dollars, le rebut pourrait causer des dommages catastrophiques. Après avoir reçu l'avertissement, la NASA a décidé de déplacer le vaisseau spatial hors de la trajectoire des débris, une tâche qu'elle effectue désormais environ deux fois par an. La menace d'une telle collision a plus que doublé au cours des deux dernières années, selon Nicolas L. Johnson , scientifique en chef de la NASA pour les débris orbitaux.
Espace d'encombrement : Cette image générée par ordinateur montre la grande quantité de déchets artificiels en orbite.
Plus d'un demi-million d'objets artificiels de la taille d'une bille ou plus tournent désormais autour de la Terre, et 15 000 d'entre eux sont plus gros qu'un poing. Ces débris orbitaux, ou débris spatiaux, comprennent des satellites inactifs, des corps de fusée épuisés, des matériaux provenant de moteurs de fusée à poudre, des fragments de collision et des déchets de mission. La plupart des engins spatiaux opérationnels utilisent un blindage de protection pour atténuer l'impact des objets de moins d'un centimètre de diamètre. Mais comme les plus gros parcourent la Terre à une vitesse de cinq miles par seconde, n'importe lequel d'entre eux pourrait détruire n'importe quel satellite avec lequel il est entré en collision. La situation met en péril l'industrie des services par satellite de 160 milliards de dollars, qui joue un rôle essentiel pour les appels téléphoniques internationaux, les émissions de télévision, les données climatiques et météorologiques et la surveillance militaire.
Taux de croissance du nombre de débris en orbite autour de la Terre de plus de 10 centimètres.
Crédit : NASA
Pour comprendre comment ces menaces évolueront et prévoir les trajectoires des débris spatiaux afin d'éviter les collisions, la NASA a développé l'un des modèles prédictifs les plus sophistiqués au monde. Appelé Légende (pour les débris de l'environnement de la Terre basse à géosynchrone), le modèle tridimensionnel simule les itinéraires de tous les objets spatiaux traçables et prend même en compte de nouveaux débris provenant de futurs crashs. Pour prendre en compte l'incertitude et l'aléatoire, des centaines de scénarios sont générés à l'aide de la méthode Monte Carlo, un ensemble d'algorithmes permettant de calculer les facteurs de risque dans un environnement complexe. Avec Legend, les scientifiques de la NASA utilisent la moyenne de plusieurs simulations pour estimer le nombre, la taille et le type d'objets qui entreront en collision, et approximativement à quelle fréquence. Contrairement aux modèles utilisés par le Centre d'opérations spatiales interarmées du Commandement stratégique des États-Unis , qui détecte et suit les gros objets et surveille quotidiennement les satellites actifs pour détecter d'éventuelles collisions dans les 72 heures, Legend inclut des fragments plus petits et regarde loin dans le futur.
En place depuis 2004, le modèle de la NASA est constamment alimenté par les données recueillies à partir des résultats d'essais au sol et d'engins spatiaux qui se sont désagrégés en orbite ; des télescopes et des radars observant le ciel ; et de l'analyse des surfaces d'engins spatiaux marqués de cratères qui sont revenus sur Terre. Cela signifie que de nouvelles simulations doivent être exécutées en permanence. Legend permet aux scientifiques de calculer les conséquences d'une rupture ou d'une collision particulière et les aide à alerter les responsables de la station spatiale qu'un débris pourrait se trouver sur son chemin. Le modèle conseille également aux satellites de lancer bientôt les zones à éviter et guidera les scientifiques alors qu'ils tentent de développer et de lancer pour la première fois une technologie d'élimination des débris.
Prédictions spatiales : Ce graphique montre le nombre cumulé de collisions entre des objets de 10 centimètres et plus. La pente de la courbe commençant en 2009 est basée sur la prédiction du modèle Legend d'environ 0,14 collisions produisant des débris par an entre les objets catalogués. Des collisions réelles se sont produites en 1991, 2005 et 2009. (Trois scénarios sont modélisés : BAU = business as usual ; PMD = élimination après la mission ; NFL = aucun lancement futur)
Dans son discours lors de la première conférence sur l'élimination des débris orbitaux l'année dernière, J.C. Liou, scientifique principal de la NASA pour Legend, a déclaré que le modèle prédisait 178 collisions au cours des 200 prochaines années, dont 83 catastrophiques en orbite terrestre basse. Des collisions sont attendues environ une fois tous les cinq ans, en moyenne. Le crash le plus récent s'est produit en février 2009, lorsqu'un satellite de télécommunications Iridium en fonctionnement a percuté un satellite russe Cosmos à la retraite à plus de 15 000 milles à l'heure. La collision a été la première à détruire un satellite actif et a généré plus de 2 000 nouveaux débris traçables. L'événement a entraîné un changement dans une politique qui était en place depuis la création de la NASA il y a plus de 50 ans. Selon la théorie du grand ciel, les débris spatiaux n'étaient pas considérés comme une menace majeure, car l'espace est si vaste. La théorie du grand ciel n'est plus un concept viable pour les opérations spatiales, a déclaré Chris Moss, directeur du Joint Space Operations Center de la base aérienne de Vandenberg en Californie. Les satellites sont maintenant concentrés sur des orbites spécifiques, souligne Moss. Il n'est plus anodin que deux objets puissent entrer en collision. Nous prenons le problème au sérieux et dépensons nos ressources pour trouver des moyens de le résoudre.
C'est une tâche ardue, d'autant plus que les petits morceaux de débris spatiaux ne peuvent pas être facilement suivis depuis le sol. Nous entrons maintenant dans une période où l'environnement des débris orbitaux sera de plus en plus contrôlé par des collisions aléatoires, selon Donald Kessler , un consultant qui a pris sa retraite de la NASA il y a 14 ans. En 1978, en tant que jeune astrophysicien de la NASA, Kessler a prédit que d'ici 2000, les fragments de collisions aléatoires en orbite terrestre basse deviendraient une source importante de petits débris qui augmenteraient la probabilité d'encore plus de collisions. Son papier phare Fréquence de collision des satellites artificiels : la création d'une ceinture de débris a conduit à la création de la NASA Bureau du programme de débris orbitaux , où il a passé 17 ans en tant que scientifique principal pour la recherche sur les débris orbitaux. Au cours de cette période, le scénario qu'il avait prédit est devenu connu sous le nom de Syndrome de Kessler .
Kessler a récemment publié un nouvel article vérifiant que ses prédictions de 1978 étaient à peu près correctes, et il les a comparées avec l'environnement spatial d'aujourd'hui. Sa conclusion : nous sommes confrontés à un grave problème. Si nous maintenons la population actuelle de vaisseaux spatiaux en orbite sans rien ajouter d'autre, le seul résultat de collisions aléatoires produirait des débris plus rapidement que la traînée atmosphérique ne pourrait nettoyer l'orbite terrestre basse, dit-il. Sa recommandation : il est temps de commencer à retirer activement les plus gros débris du ciel. Le modèle Legend montre que même si nous réussissions à éviter les collisions avec tous les engins spatiaux opérationnels, dit-il, cela ferait peu de différence dans le résultat, car il y a tellement de débris qui ne peuvent pas manœuvrer.
Le message du mannequin passe enfin. Dans sa politique spatiale nationale de 2010, le président Obama a demandé à la NASA et au ministère de la Défense de nettoyer l'espace et a fourni une charte pour mener des recherches sur la façon de le faire. L'assainissement est la prochaine étape, dit Johnson. Le financement initial des efforts de nettoyage de l'espace est attendu en 2011.