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Mise à jour 19 Avril 2022.

CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF

De Christophe BONNAL

Direction des lanceurs du CNES

Président du Comité Débris Orbitaux de l’IAA et de l’IAF

LES DÉBRIS SPATIAUX : PROBLÈMES ET SOLUTIONS

Organisée par la SAF

En présence du public et en vidéo (direct) sur canal YouTube SAF

Le Mercredi 13 Avril 2022 à 19H00

 

Photos : JPM pour l'ambiance. (Les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)

Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos si nécessaire

La présentation est disponible sur ma liaison ftp , rentrer le mot de passe, puis CONFÉRENCES SAF ensuite SAISON 2021/2022 ; elle s’appelle : SAF Bonnal 130422.pdf . Elle est en pdf car la version ppt est très lourde, mais les animations vidéo sont pour la plupart récupérées et dans le texte qui suit.

Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.

 

La vidéo de la réunion est accessible :  https://youtu.be/tUchW1auUGg

 

En plus des spectateurs de l’amphi, nous étions 88 sur YouTube.

 

Tous les autres enregistrements sont accessibles sur la chaine YouTube SAF.

 

 

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Christophe Bonnal du CNES (à gauche sur la photo) pose avec votre serviteur avant le démarrage de cette conférence.

 

Christophe, que les lecteurs de l’Astronomie, la revue de la SAF, connaissent bien, je l’avais interviewé pour le numéro de Septembre 2017.

 

 

Christophe est un expert mondialement reconnu sur les débris spatiaux, leur prolifération, leur danger et la façon dont on pourrait s’en débarrasser en partie, si tous les pays y mettaient du leur.

 

Il nous propose de faire le point ce soir sur cette problématique.

 

 

 

 

 

 

 

Une image contenant texte, table, intérieur, guichet

Description générée automatiquementIl nous a aussi ramené des objets tombés de l’espace qu’il met à notre disposition que l’on voit sur cette table, le gros morceau de couleur noire est une partie d’une fusée Soyuz tombée en France.

 

Les autres seront expliqués plus loin dans le texte.

 

Les débris spatiaux (space junk en anglais) ont commencé à polluer l’espace en 1957 avec le lancement du premier satellite Sputnik par les Soviétiques. Il est retombé sur Terre au bout de trois mois, mais certaines parties du lanceur sont restés en orbite plus longtemps

 

 

 

 

 

Définition : Un débris spatial est un objet orbital artificiel non fonctionnel.

 

ÉTAT DES LIEUX.

 

Nombre d’objets supérieurs à 10 cm en orbite : 34.000 (en 2022).

 

5600 sont des satellites actifs, 3300 en orbite basse (LEO < 2000 km) et 560 en géostationnaire (GEO).

 

Concernant les petits débris, on estime à 900.000 ceux de plus de 1 cm et 130 millions ceux supérieurs à 1 mm !

 

Tous ces débris couvrant une masse totale en orbite de 9000 tonnes.

 

 

Il est intéressant de noter où se trouvent ces débris/satellites/corps de fusées ?

 

Ils sont positionnés dans l’espace en fonction de leur site de lancement par rapport à la Terre.

Ce graphique est très intéressant, il faut le lire comme suit : en horizontal l’altitude des objets, en vertical, l’inclinaison par rapport à la Terre. Les groupes LEO orbite basse, GEO stationnaire et autour de 20.000 km les GPS.

On reconnait aussi des groupes de points horizontaux dépendant des sites de lancement, par exemple :

·         5° : la base de Kourou, presque à l’équateur

·         28 : la base de Cape Canaveral aux USA

·         45° : la base de Baïkonour ex-URSS

 

 

 

 

 

Il est à noter que la population orbitale augmente d’année en année.

Actuellement on note une moyenne de plus de 100 vols orbitaux satellitaires par an.

 

On voit ici le nombre d’objets en orbite terrestre par type.

 

La courbe marron correspond au nombre total d’objets.

 

Les discontinuités proviennent de chocs ou de tirs de destruction depuis la Terre.

 

Par exemple, celle de 2007 correspond au choc Iridium 33 Cosmos 2251.

 

Crédit : NASA ODPO

 

 

 

 

 

Parmi tous ces objets, 97,5% appartiennent aux USA, à la Russie et à la Chine en orbite basse.

 

GÊNE VIS-À-VIS DES OBSERVATIONS ASTRONOMIQUES.

 

Comme le dit C Bonnal : trop d’objets orbitaux (actifs ou passifs) tuent l’observation.

 

Mais le bouquet, cela a été le lancement des grappes de Starlink, qui traversent le ciel en se suivant.

Suite à diverses plaintes, on a pu diminuer leur luminosité en changeant l’orientation, ou en les peignant différemment.

 

Voici un exemple de passage de Starlink sur cette vidéo.

 

https://youtu.be/ytUygPqjXEc

 

vidéo :

 

 

 

RISQUES À LA RENTRÉE ATMOSPHÉRIQUE ET AUTRES.

 

Bien entendu les objets en LEO vont tomber un jour ou l’autre, car l’atmosphère même ténue, freine ces objets et fait diminuer leurs orbites. En moyenne des objets de plus de 10 cm, il en tombe plus de 400 par an.

 

Une image contenant terrain, extérieur, saleté

Description générée automatiquement

 

Mais des gros objets, il en tombe en moyenne un tous les 3 ans.

 

La plupart brûlent dans l’atmosphère, mais les très gros non !

 

Ici on voit un morceau d’un réservoir de fusée ayant atterri au Texas.

 

Crédit : NASA.

 

Il existe de nombreuses photos de débris spatiaux ayant atteint la Terre.

 

 

 

 

Il est très difficile de prédire le point de chute sur Terre, on a une idée approximative de la position seulement un jour avant et cela détermine une zone de 2000 km.

 

Voici un exemple de rentrée, un cargo de ravitaillement ATV de l’ISS qui brûle en arrivant dans les couches denses.

 

https://youtu.be/OhBw5yaR_SU

 

 

Mais il existe aussi d’autres risques : les collisions entre satellites par exemple ou les collisions d’un débris avec un satellite ou une station spatiale.

 

L’énergie dégagée à l’impact peut être très élevée, cela va dépendre de la vitesse relative entre les deux objets.

La plupart tournent autour de la Terre avec la première vitesse cosmique : 7,8 km/s (26.000 km/h), si deux objets s’impactent alors qu’ils tournent en opposition l’un par rapport à l’autre la vitesse de la collision peut atteindre 15 km/s !!!

 

C’est ce qui s’est passé lors de la collision du satellite Iridium 33 avec le satellite russe Cosmos 2851.

 

On peut voir une animation de ce choc sur cette vidéo.

 

https://youtu.be/_o7EKlqCE20

 

vidéo :

 

 

Des petits débris peuvent aussi impacter le corps de l’ISS ou ses panneaux solaires. Ils ne sont pas dangereux.

Les modules américains sont constitués de feuilles d’aluminium de quelques mm, montées extérieurement et à 10 cm de distance de la coque de l’ISS. L’inter espace rempli avec des matériaux absorbants multicouches comme du Kevlar pour augmenter l’efficacité.

Certaines parties, les plus importantes, les modules habités, sont équipées extérieurement de plaques d’alu plus épaisses.

 

Une image contenant personne, intérieur, four, panneau de configuration

Description générée automatiquement

On remarque sur cette photo (crédit NASA) un micro-débris qui a impacté une des fenêtres de la fameuse Coupole d’observation de la Terre.

 

Les plus gros débris ont droit à une manœuvre d’évitement de l’ISS (4 fois par an en moyenne).

 

 

Signalons qu’il y a des millions d’alertes collisions tous les jours !

 

 

 

 

 

LE SYNDROME DE KESSLER.

 

L’orbite basse possédant un très grand nombre d’objet peut donner lieu à un phénomène de collision en chaîne. C’est ce que l’on a appelé le syndrome de Kessler en hommage à Donald Kessler qui s’est rendu compte que ces réactions en chaîne pouvaient polluer toute une zone orbitale. Cette zone se situerait entre 700 et 1100 km.

 

La plupart des lancements évitent de satelliser des objets dans cette zone.

 

 

 

Nombre d’objets catalogués en fonction de l’altitude.

 

Vertical : altitude de 0 à 400 km, de 20 en 50.

 

Horizontal : nombre de 200 à 2000 de 25 en 25.

 

 

Vers 850 km (cercle ovale) zone de Kessler de fortes collisions.

 

 

 

 

 

 

LA RÈGLEMENTATION.

 

Des réglementations ont été émises dans plusieurs pays et certaines même à l’échelle internationale, mais il faut bien dire qu’elles ne sont pas partout respectées.

 

En principe on doit :

·         Ne pas provoquer volontairement de débris

·         Respecter les zones LEO et GEO le plus possible

·         Désorbiter en fin de mission

·         Etc…

 

De nombreux standard à respecter existent, mais…

 

Seule la France possède une loi spécifique, la loi sur les opérations spatiales LOS.

 

Création à l’ONU du Comité des utilisations pacifiques de l'espace extra-atmosphérique (UNCOPUOS).

 

 

COMMENT SE PROTÉGER.

 

·         Blindage contre les débris.

Par exemple introduire des blindages devant les parties sensibles, un sandwich multicouche étant meilleur qu’une simple plaque métallique plus épaisse.

Généralement on combine de l’alu, du vide et du Kevlar. C’est efficace pour des débris de l’ordre du cm. Mais pour des débris de l’ordre de 10 cm c’est beaucoup plus problématique.

 

Exemple de l’ISS (partie US de la station)

 

·         Éviter les collisions, si possible.

 

Grâce à des manœuvres d’évitement par exemple

 

Réception de messages d’alerte émis par les centres de suivis au sol.

 

Il existe de très nombreux réseaux de suivi des objets en orbite.

1.     SSN : Space Surveillance Network

2.    SST réseau de surveillance du CNES

3.    Share my Space, organisme privé..

4.    Et de nombreux autres organismes

 

·         Actions locales dans l’espace.

 

Il faudrait pouvoir retirer une dizaine de gros débris de l’espace LEO tous les ans pour limiter la prolifération.

 

On pense à des solutions comme :

·         Bras robotisés

·         Harpons

·         Filet

·         Câble

·         Pousseur gravitationnel

 

Mais il y a de plus en plus de tout petits satellites style CubeSat qui ne sont pas manœuvrables et souvent difficiles à localier.

 

Il y a aussi de plus en plus de constellation de satellites ce qui ne simplifie pas les choses.

 

 

Alors en conclusion, il faut vraiment prendre conscience du phénomène !!!

 

À la fin de son exposé C Bonnal nous présente des objets ramenés de l’espace ainsi qu’un test d’impact :

 

Une image contenant texte, intérieur

Description générée automatiquement

Une image contenant texte

Description générée automatiquement

Un morceau d’un panneau solaire de Hubble ramené sur Terre, on voit sur la face arrière l’impact d’un micro-débris

Résultat d’un impact haute vélocité (6,5 km/s) sur une plaque d’Alu de 13 mm par la bille de 3 mm de diamètre marquée d’une flèche.

 

 

 

Une image contenant personne, intérieur, groupe, gens

Description générée automatiquement

Longue discussion avec le public à la fin de la conférence.

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

NASA orbital debris program office

 

Kessler Syndrome and the space debris problem

 

Débris spatial chez Wikipedia, très complet

 

Loi no 2008-518 du 3 juin 2008 relative aux opérations spatiales

 

Space environment characterisation of Kevlar® : good for bullets, debris and radiation too

 

 

 

 

Bon ciel à tous

 

Prochaine conférence SAF devant public :
Le mercredi 11 Mai 2022 à 19H00  au CNAM amphi Grégoire (220 places).

« La mission ExoMars, recherche de vie sur Mars, évolution dans le contexte actuel »

Par André DEBUS du CNES Résa > 14 Avril

.  Réservation comme d’habitude ou à la SAF directement.

Transmission en direct sur le canal YouTube de la SAF Sinon à suivre en direct : https://youtu.be/dEYzUxHXLIg

 

 

Jean Pierre Martin 

www.planetastronomy.com

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