Airbus Defence and Space

Débris spatiaux : un enjeu économique

Rendre l’environnement spatial durable

10 février 2009, orbite basse, à 800 km au-dessus de la Sibérie : l’un des 66 satellites commerciaux américains de téléphonie Iridium et le satellite militaire russe Kosmos-2251, hors service depuis 14 ans, se percutent, générant des centaines de débris à une altitude où circulent de très nombreux satellites.

Cette collision sans précédent – auparavant seuls des cas de satellites heurtés par des débris avaient été relevés –, a relancé la question du phénomène de l’encombrement de l’espace et des débris qui s’y accumulent.

Qui sont-ils ?

S’il est difficile de chiffrer avec exactitude le nombre d’objets en orbite au-dessus de nos têtes, leur origine et leurs possibles impacts sont parfaitement identifiés. On estime en effet à environ 3 000 le nombre de satellites en opération ou hors service en orbite autour de la Terre, auxquels s’ajoutent des centaines de milliers de résidus de toute sorte. Au-delà de 200 km d’altitude (espace extra-atmosphérique), on trouve des étages de lanceurs restés en orbite, des satellites en panne ou en fin de vie, des déchets issus de vaisseaux habités ou des stations orbitales, ou encore des débris par fragmentation.

© NASA
L’espace circumterrestre quant à lui foisonne d’objets également d’origine humaine (éléments d’assemblage, couvercles de protection largables, boulons, boucliers etc.), qui se heurtent et génèrent à leur tour de multiples fragments. Selon leur nature et l’orbite à laquelle ils évoluent, leur durée de vie peut varier de six mois à plusieurs millions d’années.

A ce jour, environ 13 000 objets, dont les dimensions vont de 10 à 30 cm pour les orbites basses et jusqu’à 1 m pour l’orbite géostationnaire, sont officiellement recensés et surveillés (via des moyens sols de type radar ou télescope, ou des moyens embarqués). Quant au nombre de fragments inférieur à 10 cm, il serait compris entre 200 000 et 250 000, ceux dont le diamètre va de 0,1 à 1 cm atteindrait plusieurs dizaines de millions (source : CNES), et les objets de taille micrométrique serait de l’ordre de 1013 ou 1014.

Débris spatiaux
A gauche, objets dont les dimensions vont de 10 à 30 cm pour les orbites basses et à droite, objets jusqu’à 1 m pour l’orbite géostationnaire. Ces impressions d’artiste sont basées sur des données de densité réelles. Cependant, la taille des objets est exagérée pour les rendre plus perceptibles.

Or, même de taille millimétrique, de tels corps peuvent entraîner des dégâts considérables du fait de leur vitesse orbitale extrêmement élevée (8 à 10 km/s) et donc de leur énergie cinétique. Un élément d’un demi-millimètre de diamètre circulant à 26 000 km/h peut facilement perforer la combinaison d’un astronaute, alors qu’une particule supérieure à 1 centimètre peut parvenir à mettre un satellite hors service. En juillet 1996, un ancien fragment d’Ariane a par exemple sérieusement endommagé le satellite français Cerise en le percutant à une vitesse relative de 50 000 km/h.

Alexandre Serebrov, ingénieur et cosmonaute soviétique, témoignait récemment dans Izvestia, de sa frayeur lors d’une mission à bord de Mir : « Un jour, je regardais par le hublot de la station et j’ai vu une tôle tordue, de la taille d’un fauteuil, qui se dirigeait droit sur nous. C’était affreux ! ». De même, il existe des risques que des éléments plus volumineux et surtout très denses, traversent les couches de l’atmosphère sans s’y désintégrer totalement et retombent sur Terre. Enfin, certains déchets suscitent des inquiétudes du fait de leur composition radioactive : d’anciens satellites, russes et américains pour la plupart, contiennent des matières radioactives qui, s’ils entraient en collision avec d’autres débris, pourraient polluer l’espace circumterrestre.

Que faire ?

Pour Robert Lainé, directeur technique d’Airbus Defence and Space : « Notre société, en tant qu’entreprise responsable et principal industriel du secteur, a pleinement conscience de la situation et se sent évidemment partie prenante du problème de l’encombrement de l’espace et des débris spatiaux. Nous devons faire en sorte que l’espace demeure un endroit sûr pour les applications d’aujourd’hui et de demain, et contribuer activement à la limitation des débris ».

Et comment ?

Tout d’abord, il s’agit de respecter les règles de bonne conduite déjà édictées par certaines agences spatiales (ESA, CNES, NASA, JAXA) et l’IADC (Inter Agency Space Debris Coordination Committee) visant à limiter la génération de nouveaux débris dans l’espace. Ces règles devraient à terme rapidement évoluer vers une législation plus contraignante, à l’échelon français mais également international sous l’égide de l’ONU, et il faut dès à présent s’y préparer.

Ensuite, il faut favoriser le développement et l’utilisation de technologies « intelligentes » dans la fabrication des satellites, des lanceurs et des infrastructures spatiales pour limiter au maximum la génération de débris en phase opérationnelle et post-opérationnelle.

Enfin, il faut étudier des solutions applicables à plus ou moins long terme : l’élimination des débris existants et la réparation de satellites en orbite sont des champs d’investigations complexes, coûteux, mais ouverts, et de nombreuses pistes sont à l’étude.

En matière de limitation des débris, Airbus Defence and Space a déjà recours à plusieurs solutions. « S’agissant des satellites de télécommunications en orbite géostationnaire, témoigne Gérard Berger, responsable Marketing Telecoms chez Airbus Defence and Space, nous suivons et respectons de près la réglementation internationale récemment renforcée, ainsi que le Code de Conduite édité par les principales agences européennes. Nous nous attachons à fabriquer des satellites « propres », autrement dit qui conservent leur intégrité et ne rejettent aucun débris dans l’espace durant toute leur phase opérationnelle. Ils sont également capables de quitter l’orbite géostationnaire en fin de vie pour laisser la place à d’autres satellites opérationnels et ne pas risquer d’interférer avec eux. Une fois leur mission opérationnelle accomplie, ils doivent encore disposer de suffisamment d’ergols pour monter à 300 km au-delà de l’orbite géostationnaire. Enfin, ils sont « passivés », autrement dit les différents réservoirs sont dépressurisés, de façon à ne pas risquer d’exploser et générer de nouveaux débris si le satellite désactivé était percuté par une micrométéorite ».

Concernant les satellites d’observation en orbite basse, les mêmes précautions sont prises en matière d’intégrité. Par contre, ils disposent aussi, dans certains cas, d’ergols complémentaires pour leur permettre soit d’opérer de rarissimes manœuvres d’évitement soit, plus communément, d’opérer une rentrée atmosphérique au cours de laquelle ils se désintègrent (ce fut le cas pour Spot 1). Aujourd’hui, d’autres techniques sont étudiées, comme la désorbitation par aérofreinage passif.

Débris spatiaux

Parmi les mesures aujourd’hui mises en œuvre chez Airbus Defence and Space pour limiter la génération de débris, citons : la réorbitation d’un satellite en fin de vie à 300 km au-delà de l’orbite géostationnaire ; l’utilisation de « technologies intelligentes » pour éviter que les satellites ne rejettent des débris dans l’espace ; la passivation des sources d’énergies présentes à bord des lanceurs ou des satellites.

S’agissant des infrastructures spatiales, comme l’ATV et Columbus, Airbus Defence and Space a mis au point des revêtements spéciaux et des boucliers pour protéger les habitats des astronautes contre les impacts de certains débris et des micrométéorites. L’ATV lui-même peut, entre autres missions, permettre à la Station d’opérer des manœuvres d’évitement afin de l’éloigner de la trajectoire de débris potentiellement dangereux. En fin de mission, l’ATV, chargé de déchets de la Station, manœuvre pour quitter l’orbite de l’ISS en vue de sa destruction volontaire par combustion dans les couches denses de l’atmosphère, au dessus de la plus vaste zone inhabitée de la planète, le Pacifique Sud.

© Airbus Defence and Space – Ingo Wagner
Côté Ariane 5, certaines règles spécifiques recommandées par le Code de Conduite de l’IADC sont appliquées, qui visent à limiter la génération volontaire de débris par les lanceurs. Citons la mise en œuvre de systèmes pyrotechniques et à poudre (propulseurs, fusées d’éloignement) ne générant pas de particules supérieures à 1 mm, et la limitation du nombre de débris relâchés lors des opérations de lancement à un pour un lancement simple, et à deux pour un lancement multiple. Une autres règle vise à limiter la génération accidentelle des débris : il s’agit de la passivation des sources d’énergies présentes à bord du lanceur (capacités ou réservoirs pressurisés, batteries).

Surveillance, réglementation, prévention, protection, et demain élimination, tels sont donc les mots clés de ce nouvel enjeu économique que représentent les débris spatiaux dans les années à venir.

Airbus Defence and Space développe des technologies permettant de limiter ou d’éliminer les problèmes liés aux débris spatiaux, pour rendre l’environnement spatial durable.


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