Comment les débris spatiaux tombés pourraient aider à lutter contre les débris orbitaux
Les gens trouvent de plus en plus de débris spatiaux abattus ici sur Terre. Au fil des ans, certaines épaves récupérées de corps de fusées et de vaisseaux spatiaux tombés ont été transportées vers des installations de recherche pour un examen approfondi.
L’inspection de près de ces débris spatiaux facilite la recherche sur le processus de rentrée fougueux et destructeur.
Par exemple, les scientifiques s’efforcent de proposer des alternatives de conception qui entraîneraient une désintégration plus complète du matériel spatial entrant lors de sa chute dans l’atmosphère terrestre – « conception pour la mort » dans le jargon du domaine.
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Pièces de puzzle
« Lorsque vous récupérez ces morceaux, il y a certainement des informations intéressantes », a déclaré Marlon Sorge, membre technique de la Direction de l’innovation spatiale de The Aerospace Corporation et directeur exécutif du Center for Orbital and Reentry Debris Studies (CORDS) de l’organisation à but non lucratif.
« Essayer de comprendre le processus de rentrée, c’est un peu comme essayer de reconstituer des pièces de puzzle, mais vous n’avez pas la plupart des pièces de puzzle », a déclaré Sorge à Space.com. Les travaux en cours pourraient aider les chercheurs à mieux comprendre les conditions que subit le matériel entrant lors de sa plongée fulgurante dans l’atmosphère terrestre.
Sorge a noté qu’un gros plus est la connaissance, dans certains cas, de ce à quoi ressemblait le matériel avant le lancement. L’ajout de l’endroit où les débris sont tombés permet aux chercheurs de reconstituer ce qui s’est passé dans la trajectoire du matériel tombant de l’orbite.
Survivre à la plongée
Comment un fragment de débris spatial peut-il survivre à ce plongeon dramatique ? Quelles sortes de choses se passent dans un morceau de débris alors qu’il subit un chauffage à grande vitesse en route vers la Terre ?
« Il y a certainement des choses à ne pas faire dans la conception de la mort, comme l’utilisation de titane », a déclaré Sorge. « Nous avons plusieurs boules [titanium] réservoirs qui sont tombés hors de l’espace. En plus d’être un peu sales, on dirait que quelqu’un vient de les poser par terre. »
Donc, ce message est évident : n’utilisez pas de matériaux qui vont survivre, a ajouté Sorge.
Apprendre des déchets spatiaux récupérés est un plus, a convenu TS Kelso, le webmaster de CelesTrak, une ressource en ligne pour faciliter la compréhension de l’environnement orbital et comment utiliser l’espace extra-atmosphérique de manière sûre et responsable.
« Il semble certainement utile de faire des recherches pour voir comment ce que nous pensons pouvoir atteindre le sol correspond réellement à ce qui le fait réellement », a déclaré Kelso.
Ramasser les morceaux d’objets rentrés pourrait aider Satellite les concepteurs construisent des fusées et des engins spatiaux « qui présentent moins de risques pour les choses proches ou sur la surface de la Terre », a déclaré Kelso.
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La sensibilisation du public
Ajoutant également sa voix au diagnostic des débris entrants, Darren McKnight, chercheur technique principal à LéoLabsune société qui a construit des radars dans le monde entier pour fournir des produits de mesure et de données uniques qui améliorent la sécurité spatiale en orbite terrestre basse.
McKnight souligne qu’il est nécessaire de sensibiliser davantage le public au problème croissant des débris.
« Ce qui monte doit finir par redescendre », a déclaré McKnight, « et quand il descend, plusieurs fois accéléré pour réduire le risque de collision orbitale, il présente un risque de collision mortel pour l’aviation et les personnes au sol. »
Élimination active des débrisou ADR, en orbite terrestre est un besoin vital, a déclaré McKnight – mais ce n’est pas la bonne solution pour chaque gros morceau de débris qui se trouve là-haut.
« La bonne nouvelle est que le risque aérien et au sol est » un et fait « , mais le risque orbital continue indéfiniment. L’ADR via la rentrée contrôlée est plus cher que la rentrée incontrôlée, il est donc essentiel de savoir quand c’est nécessaire et quand il n’est pas », a-t-il dit.
Flux de chaleur
Alexandre Looten, chercheur à l’École polytechnique fédérale de Lausanne en Suisse, s’est également penché sur la situation des débris orbitaux.
Looten note qu’il existe de nombreux paramètres que les chercheurs doivent connaître pour saisir pleinement les conditions qui conduisent quelqu’un à trouver des déchets spatiaux ici sur Terre. Ces paramètres incluent la masse initiale de l’objet, la nature de sa protection d’isolation, sa vitesse orbitale, l’angle de la trajectoire de vol de rentrée et la séquence de désintégration, entre autres.
« Ce qui ressort clairement de tous ces cas, c’est que l’emballage en plastique renforcé de fibres de carbone (CFRP) était généralement encore fermement attaché, bien que la partie matrice ait été principalement pyrolysée », a déclaré Looten.
La pyrolyse fait référence à la décomposition de matériaux par l’application de chaleur. Seules les couches supérieures de fibres de carbone des débris spatiaux entrants ont tendance à souffrir de délaminage et de spallation, un processus dans lequel des fragments de matériau sont éjectés d’un corps en raison d’un impact ou d’un stress, a déclaré Looten à Space.com.
« Cela indique clairement que la majeure partie du flux de chaleur entrant de la rentrée destructrice est absorbée ou déviée par la matrice, et ces processus de dégradation de la couche agissent comme un bouclier thermique ablatif », a déclaré Looten.
« Ainsi, après plusieurs études sur le procédé thermo-ablatif CFRP par des campagnes d’essais en soufflerie plasma et des essais de matériaux plus spécifiques, la communauté a identifié les comportements clés et les principaux paramètres des matériaux qui affectent ce processus », a-t-il ajouté. « Ces paramètres sont maintenant utilisés pour créer et affiner des modèles spécifiques de décès de matériaux composites pour l’évaluation des risques de rentrée. »
Looten cherche à maximiser la « terminaison de la structure composite » – en sélectionnant des combinaisons de matériaux spécifiques qui devraient permettre une séparation et une disparition complètes et rapides du panneau externe d’un vaisseau spatial lors de la rentrée.
Appel à l’action
Pendant ce temps, une lettre ouverte internationale a appelé les principales agences spatiales à réduire les risques de rentrées incontrôlées de corps de fusée et d’autres objets spatiaux.
À la fin de l’année dernière, l’Institut de l’espace extra-atmosphérique (OSI) a publié un appel à l’action pour « des négociations multilatérales sur un accord de rentrée contrôlée ». OSI est basé à l’Université de la Colombie-Britannique à Vancouver.
« La rentrée incontrôlée d’objets spatiaux présente un risque important, cumulatif et à croissance rapide pour les êtres humains dans le monde entier. Les corps de fusée incontrôlés sont particulièrement préoccupants », indique la lettre, qui a été envoyée aux dirigeants des agences spatiales du monde entier.
« Nous appelons vos agences, en collaboration avec les ministères des Affaires étrangères de vos États, à engager des négociations multilatérales sur un accord de rentrée contrôlée, en commençant par les corps de fusées. Reconnaissant que de telles négociations prennent du temps, nous appelons en outre chacun de vos États à s’engager unilatéralement à un régime national de rentrée contrôlée », indique la lettre.
Bien que la lettre se concentre sur les risques d’accidents liés aux rentrées incontrôlées de corps de fusée, elle signale également le fait que les rentrées incontrôlées de satellites sont une préoccupation « et pourraient éventuellement dominer le risque d’accident si des dizaines de milliers de satellites de taille moyenne à grande étaient placés en orbite. «
La lettre ouverte de l’OSI suggère un régime de rentrée qui commence d’abord avec des corps de fusée, puis s’étend aux satellites pour réduire tous les risques de rentrée incontrôlée.
« Espérer simplement que les rentrées incontrôlées ne causeront pas de dommages est une stratégie non durable. Avec le leadership, la coopération et la bonne volonté mondiale, ces dangers évitables et donc inutiles peuvent être considérablement réduits », conclut la lettre.
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Planification avancée nécessaire
Sorge de l’Aerospace Corporation estime que l’élaboration de politiques et l’évaluation des risques concernant la rentrée d’objets sont un travail en cours.
« Nous travaillons pour essayer de rattraper notre retard et essayer de comprendre ‘Qu’est-ce que tout cela signifie?’ et ‘Que devons-nous faire pour ne pas aggraver les choses?' », A déclaré Sorge.
Du point de vue de Sorge, il est essentiel que la communauté spatiale pense aux débris à l’avance.
« Nous avions un peu de grâce dans l’ancien temps parce qu’il n’y avait pas autant de trafic. Mais nous arrivons maintenant au point où ce n’est pas nécessairement vrai », a déclaré Sorge. « Nous devons penser aux conséquences des débris à l’avance, pas après coup. »
Leonard David est l’auteur du livre « Moon Rush : la nouvelle course à l’espace (s’ouvre dans un nouvel onglet)« , publié par National Geographic en mai 2019. Rédacteur de longue date pour Space.com, David fait des reportages sur l’industrie spatiale depuis plus de cinq décennies. Suivez-nous @Spacedotcom (s’ouvre dans un nouvel onglet)ou sur Facebook (s’ouvre dans un nouvel onglet) et Instagram (s’ouvre dans un nouvel onglet).