La NASA étudie le laser pour éliminer les déchets spatiaux

En 1978, le scientifique de la NASA Donald Kessler a prédit qu'une collision entre deux débris spatiaux pourrait déclencher une cascade d'impacts supplémentaires, créant des quantités dangereusement importantes de débris.

Kessler a souligné que lorsque la vitesse à laquelle les débris se forment est plus rapide que la vitesse à laquelle ils se désorbitent, la Terre deviendrait alors entourée de ceintures permanentes de déchets, un scénario maintenant connu sous le nom de syndrome de Kessler.

Selon certaines estimations, le syndrome de Kessler est déjà devenu une réalité. En janvier 2009, une collision entre les satellites Iridium 33 et Cosmos 2251 a créé justement ce genre de cascade. Deux ans plus tôt, l'armée chinoise avait testé une arme anti-satellite en détruisant l'un de ses propres satellites appelé Fengyun 1C. Les deux incidents ont eu lieu à des altitudes d'environ 800 km.

Aujourd'hui, le satellite d'observation de la Terre de l'Agence spatiale européenne, Envisat, orbite à peu près à cette hauteur et est régulièrement menacé par des impacts potentiels. Plus de 60 % de ces menaces peuvent être attribuées à la collision Iridium/Cosmos ou à l'incident de Fengyun.

Mais alors que les déchets spatiaux menacent la plupart des opérateurs spatiaux, peu sont réellement incités à faire quoi que ce soit à ce sujet. Si une menace importante survient, il est généralement possible d'écarter un satellite. C'est beaucoup moins cher que de nettoyer les déchets.

Le résultat est une tragédie de la situation des communs, où une ressource commune est exploitée au point de devenir inutilisable.

C'est là qu'intervient une agence gouvernementale comme la NASA. Diverses idées ont été avancées pour éliminer les déchets spatiaux, la plupart extrêmement coûteux.

Aujourd'hui, James Mason du NASA Ames Research Center près de Palo Alto et quelques amis décrivent une option beaucoup moins chère. Leur idée est de zapper des morceaux individuels de ferraille avec un laser au sol, les ralentissant ainsi pour qu'ils finissent par se désorbiter.

Bien sûr, l'élimination au laser n'est pas entièrement nouvelle. Dans les années 1990, l'US Air Force a étudié l'idée, pensant qu'un laser suffisamment puissant pourrait procéder à l'ablation d'un objet, créant une force qui pourrait être utilisée pour le désorbiter. Le problème avec cette idée est qu'un laser aussi puissant a un double objectif évident, qui est peu susceptible de plaire aux autres nations spatiales.

Mason et ses amis ont donc étudié la possibilité d'utiliser un système beaucoup moins puissant qui utilise uniquement la quantité de mouvement des photons pour décélérer les déchets. Focalisés sur un morceau de ferraille pendant une heure ou deux chaque jour, ils calculent qu'un laser de 5 KW pourrait faire l'affaire et qu'un tel appareil pourrait attaquer jusqu'à dix objets par jour.

Cela pourrait aider à éloigner les déchets des orbites potentiellement dangereuses et, finalement, à les désorbiter complètement. En fait, Mason et ses collègues affirment que le système pourrait inverser le syndrome de Kessler, de sorte que le taux d'élimination des débris dépasse une fois de plus son taux de création.

Ils disent que leur système pourrait même être utilisé pour manœuvrer des satellites conçus de manière appropriée, sans qu'ils aient besoin de transporter du propulseur. Un tel système pourrait être commercialisé comme une entreprise commerciale, ce qui contribuerait à en payer le prix.

Non pas que cela doive être terriblement cher. Mason et ses collègues estiment qu'un appareil de test pourrait être vendu pour un million de dollars, qui devrait être partagé par de nombreuses nations spatiales, pour éviter les inévitables problèmes juridiques que l'utilisation d'un tel appareil soulèverait.

Bien sûr, les États-Unis (et évidemment la Chine) ont déjà la technologie pour ce genre de travail, en utilisant leurs propres systèmes antisatellites. En effet, Mason et ses collègues disent qu'il pourrait être possible d'effectuer une démonstration à coût quasi nul en utilisant les capacités existantes telles que celles de la chaîne optique Starfire à Kirtland AFB.

Ce n'est qu'une question de temps avant qu'un débris spatial ne cause de graves ravages en orbite, en menaçant une mission en équipage, par exemple. Il y aura beaucoup d'intérêt pour ce type de technologie après un tel incident. Et puis nous demanderons pourquoi nous n'avons pas investi dans la technologie alors que nous avons eu la chance d'éviter ce genre de catastrophe.

Réf : arxiv.org/abs/1103.1690 : Évitement de collision orbitaire débris-débris

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Correction–15 mars 2011
En réponse à ce message, le bureau des affaires publiques de la NASA a envoyé ce qui suit :
James Mason, auteur de l'Universities Space Research Association, souhaite que quelques précisions soient apportées sur les phrases suivantes :
1) Aujourd'hui, James Mason du NASA Ames Research Center près de Palo Alto et quelques copains…
James Mason est membre de l'Universities Space Research Association (USRA). Le travail était une collaboration entre l'USRA, l'Université de Stanford et la NASA Ames : Mason et Marshall sont financés par l'USRA. Stupl est financé par Stanford. Levit est un fonctionnaire de la NASA.
2) Concentrés sur un morceau de ferraille pendant une heure ou deux chaque jour, ils calculent qu'un laser de 5 KW pourrait faire l'affaire
L'astuce consiste à ne déplacer l'objet que d'une infime quantité, évitant ainsi une collision. L'effet de ce laser serait beaucoup trop faible pour affecter rapidement la décroissance de l'orbite de l'objet. Pour désorbiter réellement un objet de débris avec un laser, il faut des forces environ 1 000 fois plus puissantes. Pour le désorbiter complètement, il faudrait à peu près le même temps que si nous ne l'avions pas illuminé - cela peut prendre des décennies, selon l'objet.
3) Mason et ses collègues estiment qu'un appareil de test pourrait être renversé pour un million de dollars
Le laser à lui seul coûterait environ un million de dollars (c'est un laser industriel disponible dans le commerce). Le coût réel d'un système d'exploitation (y compris le télescope, l'optique adaptative, etc.) n'est pas clair, mais il est susceptible d'être d'au moins des dizaines de millions.
4) Bien sûr, les États-Unis (et évidemment la Chine), ont déjà la technologie pour ce genre de travail, en utilisant leurs propres systèmes antisatellites. En effet, Mason et ses collègues disent qu'il pourrait être possible d'effectuer une démonstration à coût quasi nul en utilisant les capacités existantes telles que celles de la chaîne optique Starfire à Kirtland AFB.
les systèmes antisatellites peuvent être trop puissants. La technologie militaire existante est probablement principalement destinée (pour le moment) à la poursuite et à l'imagerie d'autres satellites. La Direction de l'énergie dirigée à Kirtland a probablement la plupart de ce qui serait nécessaire pour faire une démonstration technologique, mais nous soulignons dans le document que ce système devrait être fait en tant que collaboration internationale en raison des implications évidentes en matière de sécurité.
Aussi, Jan Stupl, également auteur de l'Université de Stanford, a fait un commentaire sur la phrase suivante :
Leur idée est de zapper des morceaux individuels de ferraille avec un laser au sol, les ralentissant ainsi pour qu'ils finissent par se désorbiter.
Notre article porte sur l'évitement des collisions, pas sur la désorbite. Il en va de même pour la date limite : il ne s'agit pas de « retirer » les déchets spatiaux, mais de « déplacer »…

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