Le projet SCM consiste à éliminer les débris spatiaux de l'orbite. Débris spatiaux autour de la terre: classification, méthodes d'élimination

débris spatiaux

Répartition des débris dans l'espace proche de la Terre

En dessous de débris spatiaux fait référence à tous les objets artificiels et leurs fragments dans l'espace qui sont déjà hors service, ne fonctionnent pas et ne pourront plus jamais servir à des fins utiles, mais qui sont un facteur dangereux influençant le fonctionnement des engins spatiaux, en particulier ceux habités. Dans certains cas, les gros objets de débris spatiaux ou ceux contenant des matières dangereuses (nucléaires, toxiques, etc.) à bord peuvent constituer un danger direct pour la Terre - avec leur désorbitation incontrôlée, leur combustion incomplète lors du passage à travers des couches denses de l'atmosphère terrestre et débris tombant sur les agglomérations, les installations industrielles, les communications de transport, etc.

Le problème de l'engorgement de l'espace proche de la Terre par des "débris spatiaux", en tant que problème purement théorique, s'est essentiellement posé immédiatement après les lancements des premiers satellites artificiels de la Terre à la fin des années cinquante. Il a reçu un statut officiel au niveau international après le rapport du Secrétaire général de l'ONU intitulé "L'impact des activités spatiales sur l'environnement" du 10 décembre, où il a été spécifiquement noté que le problème a un caractère international, global : il n'y a pas de contamination de l'espace national proche de la Terre, il y a une contamination de l'espace extra-atmosphérique Terre, affectant également négativement tous les pays.

La nécessité de mesures visant à réduire l'intensité de la pollution spatiale technogénique devient évidente lorsque l'on considère les scénarios possibles pour l'exploration spatiale à l'avenir. Il existe des estimations de ce que l'on appelle "l'effet de cascade", qui à moyen terme peut résulter de la collision mutuelle d'objets et de particules de "débris spatiaux". Lors de l'extrapolation des conditions existantes des débris en orbite terrestre basse (LEO), même en tenant compte des mesures visant à réduire le nombre d'explosions orbitales à l'avenir (42 % de tous les débris spatiaux) et d'autres mesures visant à réduire les débris d'origine humaine, cet effet peut conduire à une augmentation catastrophique du nombre d'objets à long terme.débris orbitaux dans LEO et, par conséquent, à l'impossibilité pratique de poursuivre l'exploration spatiale. On suppose qu'"après 2055, le processus d'auto-propagation des restes de l'activité spatiale humaine deviendra un problème sérieux"

Caractéristiques des débris spatiaux

Contribution à la création de débris spatiaux par pays : Chine - 40 % ; États-Unis - 27,5 % ; Russie - 25,5%; autres pays - 7%.

Méthodes de protection des engins spatiaux contre les collisions avec des engins spatiaux

Il n'existe pratiquement aucune mesure efficace de protection contre les débris spatiaux de plus de 1 cm de diamètre.

Méthodes de nettoyage et de destruction du CM

Il n'y a pas de mesures pratiques efficaces pour la destruction des débris spatiaux sur des orbites de plus de 600 km (où l'effet nettoyant de la décélération sur l'atmosphère n'affecte pas) au niveau actuel du développement technique de l'humanité. Bien que plusieurs autres aient envisagé, par exemple, un projet de satellite qui chercherait les débris et les vaporiserait avec un puissant faisceau laser ou un laser au sol qui devrait ralentir l'entrée des débris puis les brûler dans l'atmosphère, ou un appareil qui collectera les débris pour leur traitement ultérieur. Dans le même temps, l'urgence de la tâche consistant à assurer la sécurité des vols spatiaux dans des conditions de pollution artificielle de l'espace proche de la Terre (NES) et à réduire le danger pour les objets sur Terre lors de l'entrée incontrôlée d'objets spatiaux dans l'espace couches denses de l'atmosphère et leur chute sur la Terre augmente rapidement. C'est pourquoi, afin d'assurer une solution à ce problème, la coopération internationale sur la question des "débris spatiaux" se développe dans les domaines prioritaires suivants :

• Surveillance environnementale du NES, y compris la zone de l'orbite géostationnaire (GSO) : observation des "débris spatiaux" et maintien d'un catalogue d'objets "débris spatiaux".
• Modélisation mathématique des "débris spatiaux" et création de systèmes d'information internationaux pour prédire la contamination du NES et son danger pour les vols spatiaux, ainsi que support d'informations pour les événements d'approche dangereux de SO et leur entrée incontrôlée dans les couches denses de l'atmosphère .
• Développement de méthodes et de moyens de protection des engins spatiaux contre l'impact de particules à grande vitesse de "débris spatiaux".
• Développement et mise en œuvre de mesures visant à réduire la contamination de l'OKP.

Puisqu'il n'existe pas de méthodes économiquement acceptables pour nettoyer les débris spatiaux, l'accent sera mis dans un proche avenir sur des mesures de contrôle qui excluent la formation de débris, telles que la prévention des explosions orbitales associées au vol d'éléments technologiques, l'élimination des déchets vaisseau spatial en orbite d'élimination, freinage dans l'atmosphère, etc.

Dans le même temps, étant donné que la plupart des mesures visant à réduire les débris affectent directement ou indirectement la formation de l'image et la compétitivité de la technologie spatiale avancée et sont associées à des coûts importants pour ses projets de modernisation, des normes et standards généraux prometteurs pour la contamination par les débris spatiaux devraient être prises de manière équilibrée et sur une base globale.

Organisations nationales

À l'heure actuelle, seuls deux pays - la Russie et les États-Unis - ont la capacité de surveiller l'ensemble de l'espace proche de la Terre en termes de contamination d'origine humaine sur la base de leurs systèmes nationaux de contrôle de l'espace.

Russie (URSS)

En juillet 1996, à une altitude d'environ 660 km, un satellite français est entré en collision avec un fragment du troisième étage de la fusée française Arian.

Importance historique des débris orbitaux

Les historiens des sciences soulignent que certains objets en orbite considérés comme des débris intéresseront les futurs archéologues de l'espace et devraient donc être préservés.

voir également

• Planetes (série animée sur les collectionneurs de débris spatiaux)

Remarques

Le professeur Brukki de l'observatoire s'est récemment plaint de la brillance décolorée des deux étoiles Centaurus. Et comment ne pas faiblir si tout le quartier est encombré d'ordures ! Autour de la plus grande planète Sirius, la véritable perle de ce système planétaire, un anneau est apparu comme les anneaux de Saturne, mais composé de bouteilles de bière et de limonade vides. Un astronaute volant de cette façon est obligé de contourner non seulement les nuages ​​de météorites, mais aussi les boîtes de conserve, les coquilles d'œufs et les vieux journaux.

Dans certains endroits, à cause de ces déchets, les étoiles ne sont pas visibles. Les astrophysiciens se sont creusé la cervelle pendant des années, essayant de trouver la raison de ces différences notables dans la quantité de poussière cosmique dans différentes galaxies. Et le problème, je pense, est simple : plus la civilisation est élevée, plus il y a de déchets, d'où toute cette poussière, ces déchets et ces déchets.

Il est peu probable que ceux qui ont lu cette histoire il y a un demi-siècle aient pu imaginer qu'un tel cercle de déchets commencerait réellement à se former. Et pas près du lointain Sirius, mais autour de notre planète natale.

Journée poubelle !

Le 4 octobre 1957, le premier satellite artificiel de la Terre est lancé et l'humanité se rapproche un peu plus des étoiles. A cette époque, tous les peuples du monde ont essayé de distinguer le Spoutnik dans le ciel et ont vu un minuscule point lumineux. Sauf que ce n'était pas un Spoutnik, trop petit pour être vu à l'œil nu. Ce point était le deuxième étage du lanceur R-7, qui l'a mis en orbite. Il est devenu le premier débris spatial de l'histoire.

Au cours des années suivantes, environ cinq mille lancements ont été effectués, ce qui a mis près de 6 600 satellites en orbite. Parmi ceux-ci, 3 600 sont toujours dans l'espace, et seulement 1 000 d'entre eux sont actifs. Déjà à la fin des années cinquante, les scientifiques ont commencé à penser au fait que tôt ou tard les anciens satellites, qui avaient fonctionné, commenceraient à interférer avec les nouveaux.

Comparaison du volume de débris spatiaux et de la taille de la Terre vue par l'artiste.

Malheureusement, les débris spatiaux ne se limitent pas aux vieux satellites et aux étages de fusées usagés. Aujourd'hui, les systèmes de reconnaissance spatiale suivent environ vingt mille objets en orbite terrestre, dont la masse totale est de 5 à 10 mille tonnes. Et ce n'est que la pointe de l'iceberg. Selon l'Agence spatiale européenne, il y a 45 000 objets d'un diamètre de plus de 5 centimètres en orbite. Quant aux corps plus petits, des centaines de milliers de fragments d'un diamètre de 1 à 5 centimètres et des millions de très petits fragments volent dans le ciel au-dessus de nous.

Répartition des déchets dans l'espace proche de la Terre. L'anneau est un débris en orbite géostationnaire qui y restera pendant plusieurs centaines d'années.

D'où viennent les déchets

Si nous vivions dans l'univers de Star Wars, tout serait clair. Les vaisseaux spatiaux brisés et les pièces de chasseurs sont monnaie courante dans une galaxie très, très lointaine. On peut imaginer comment, après la prochaine grande bataille, tous les ouvriers qui ne sont pas impliqués dans la construction de la prochaine Étoile de la Mort vont au nettoyage de routine de l'espace extra-atmosphérique. De plus, qu'est-ce que c'est que l'Empire et les rebelles en feu, après quoi ils doivent nettoyer.

Dans notre galaxie, les déchets cosmiques apparaissent de manière beaucoup plus banale. Le lancement de tout satellite en orbite s'accompagne de la formation d'une masse de débris technologiques : des objets tels que des boulons explosifs, des attaches temporaires et des éléments de revêtement protecteur pénètrent dans l'espace proche de la Terre.

De plus, les étages de fusées et les étages supérieurs qui ont gagné la première vitesse cosmique restent dans l'espace. Leurs réservoirs contiennent souvent du carburant non utilisé, qui est très volatil et se vaporise facilement, entraînant parfois des explosions massives. Plus d'une fois, il y a eu des cas où, après plusieurs années passées dans l'espace, les étages de fusées usagées ont soudainement explosé, dispersant autour d'eux des éclats d'obus à partir de petits fragments. Ces dernières années, environ deux cents explosions de ce type ont été signalées dans l'espace proche de la Terre. Une seule explosion d'un étage de fusée indien a provoqué la formation de 300 gros fragments à la fois.

L'humanité ne traîne pas seulement dans l'orbite de sa planète natale. Selon vous, qu'a fait Neil Armstrong lorsqu'il a ouvert les portes du module lunaire pour la première fois ? Il a jeté un sac d'ordures hors du taxi. Ce n'est qu'alors qu'il descendit sur la surface lunaire et prononça sa célèbre phrase.

« Un petit pas pour une personne… » - « Vous avez sorti la poubelle ?! - "Oui! Alors où est-ce que je me suis arrêté..."

Et il y a aussi de petits objets. Lors du fonctionnement d'un moteur à combustible solide, de nombreuses particules de poussière d'une taille pouvant atteindre 10 microns sont éjectées de sa tuyère. Un autre type de débris microscopiques sont des morceaux de peinture et de revêtement protecteur qui sont tombés de la peau de l'équipement terrestre. Et chaque année la situation s'aggrave : plus les pays et les entreprises explorent l'espace, plus il reste de débris en orbite. Ces dernières années, il y a eu deux incidents très médiatisés liés à la pollution spatiale.

Le premier était le tristement célèbre essai d'un missile anti-satellite chinois en 2007. L'URSS et les États-Unis ont déjà testé des armes similaires, mais les débris étaient alors beaucoup plus petits et ils ont rapidement brûlé dans l'atmosphère - après tout, les cibles se trouvaient à une altitude relativement basse. Les Chinois ont également détruit le satellite, qui est en orbite polaire à une hauteur de plus de 800 kilomètres. En conséquence, plus de deux mille fragments et, selon certaines sources, jusqu'à 150 000 petites particules sont apparus au voisinage de la Terre. 97% de ces débris sont toujours en orbite et resteront suspendus au-dessus de la planète pendant des centaines d'années.

Soit dit en passant, un an plus tard, les États-Unis ont détruit un satellite espion défectueux USA-193, à bord duquel il restait environ une demi-tonne de carburant toxique. Cependant, le satellite était en orbite basse et la plupart des fragments ont brûlé dans l'atmosphère.

Les anneaux de Saturne sont constitués de roches, de poussière et de glace. Les anneaux de la Terre seront constitués de boulons perdus et de débris de satellites.

Le deuxième incident est la collision du satellite Kosmos-2251, mis hors service en 1995, et du satellite actif Iridium 33, survenue le 10 février 2009. C'est la première fois dans l'histoire que deux engins spatiaux entrent en collision. En conséquence, 2000 débris se sont formés - et ce ne sont que les plus gros qui ont pu être retrouvés.

Ces deux incidents ont à eux seuls augmenté la quantité de débris en orbite de plus d'un tiers. Aujourd'hui, la quantité de déchets augmente très rapidement (environ 5 % par an) et de nouvelles collisions à grande échelle sont inévitables.

Pourquoi les déchets sont-ils dangereux ?

Le film Gravity (2013), réalisé par Alfonso Cuarón, montre clairement ce que peuvent faire les débris spatiaux. Des fragments presque impossibles à remarquer, se précipitant rapidement dans l'espace sans air, transpercent tout sur leur passage, des corps humains aux stations spatiales. Quelques secondes - et la construction, qui a pris des décennies et des milliards de dollars à créer, se transforme en une passoire inutile.

Le film, bien sûr, est fantastique, mais c'est possible dans la réalité. Le fait est que les corps en orbite terrestre se déplacent le long de celle-ci à la première vitesse cosmique - près de 8 kilomètres par seconde. A titre de comparaison: une balle d'un fusil d'assaut Kalachnikov quitte le canon à une vitesse d'environ 1 kilomètre par seconde, puis ralentit en raison de la résistance de l'air - contrairement aux débris dans le vide. Même un petit morceau de débris, lorsqu'il heurte un satellite, peut l'endommager gravement. Ainsi, en 2006, la communication avec le satellite de télécommunications russe Express-AM11 a soudainement disparu. L'impact d'une microparticule de débris a endommagé le système de contrôle thermique, le satellite a rapidement surchauffé et est tombé en panne.

Un trou laissé par des débris spatiaux dans le satellite SolarMax.

Imaginez maintenant ce qui pourrait arriver si un morceau de débris heurtait un vaisseau spatial habité ou une station orbitale. À la surface des navettes et du corps de l'ISS, des marques de collisions avec des débris ont été trouvées à plusieurs reprises. En 1983, un petit grain de sable (moins de 1 millimètre de diamètre) a laissé une grave fissure sur le pare-brise de la navette Challenger. À une autre occasion, des débris avaient percé le panneau du radiateur de la navette Endeavour. Ces dernières années, les manœuvres d'évitement des débris sont devenues routinières pour les équipages de l'ISS.

Une fissure dans le pare-brise du Challenger, laissée par un minuscule grain de sable.

Un trou traversant dans le panneau du radiateur de la navette Endeavour, laissé après une collision avec un débris.

Parmi les débris spatiaux, il y a aussi des objets radioactifs. À un moment donné, l'URSS a lancé dans l'espace une grande série de satellites de reconnaissance navale US-A. Chaque appareil était équipé d'un réacteur nucléaire de 30 kilogrammes d'uranium 235 enrichi. Au total, 33 véhicules ont été lancés, dont plusieurs sont déjà « revenus » sur Terre. L'un d'eux, Cosmos-954, est tombé au Canada en 1978. L'épave du satellite a provoqué une contamination radioactive de la zone (heureusement peu peuplée), ce qui a provoqué un grand scandale international. Le reste des appareils a été transféré sur une orbite funéraire d'une hauteur de 700 à 1000 kilomètres, où ils peuvent vraisemblablement rester de 250 à 2000 ans. Un temps assez long, mais encore le temps viendra où nos descendants devront décider quelque chose.

On sait également que les systèmes de refroidissement de certains satellites ont fui, à cause desquels des milliers de gouttes de liquide de refroidissement sodium-potassium sont tombées en orbite, qui orbitent désormais également autour de la Terre. Contrairement aux réacteurs de satellites, ils ne présentent pas de danger pour la planète, mais peuvent endommager les engins spatiaux.

Le réservoir de carburant principal du deuxième étage d'une fusée Delta-2 qui s'est écrasée au Texas en 1997.

Effet Kessler

L'effet Kessler est appelé un scénario effrayant dans lequel la collision de deux gros objets entraînera l'apparition d'une masse de nouveaux fragments. Chacun de ces fragments peut, à son tour, entrer en collision avec d'autres débris, ce qui déclenchera une réaction en chaîne. S'il y a de nombreux satellites affectés, les fragments semblables à des avalanches peuvent rendre l'espace proche de la Terre complètement impropre aux vols pendant plusieurs centaines d'années. Un tel scénario a été décrit par le spécialiste de la NASA Donald Kessler.

On sait qu'en 2012, la connexion avec le satellite Envisat de huit tonnes a été perdue. Il est en orbite, dont la hauteur est de 785 kilomètres, et y existera pendant environ 150 ans. Chaque année, Envisat vole deux fois à moins de 200 mètres de plusieurs débris - et il y a de fortes chances que tôt ou tard leurs chemins se croisent. De nombreux experts pensent qu'une telle collision déclenchera une réaction en chaîne, puis le scénario de Kessler pourrait devenir réalité.

Le film "Gravity" est basé précisément sur l'hypothèse de Kessler.

Nettoyeurs d'espace

Le fait que l'orbite nécessite un nettoyage urgent est déjà reconnu par tout le monde. Même si l'humanité arrête tous les lancements spatiaux, la quantité de débris en orbite continuera d'augmenter - en raison de collisions entre des véhicules déjà lancés. Il n'y a qu'une seule issue : nettoyer après soi.

Jusqu'à présent, cela n'a été possible que dans la fiction. Dans Fontaines du paradis d'Arthur C. Clarke, la construction d'un grand ascenseur spatial a obligé l'humanité à nettoyer en profondeur son orbite. Étant donné que les gens ont fait de grands progrès dans la conquête de l'espace, cela ne devient pas un gros problème - avec l'aide de lasers, les ingénieurs éliminent rapidement les obstacles. En cours de nettoyage, les charognards font même plusieurs découvertes archéologiques et trouvent un ancien vaisseau spatial.

Dans le célèbre anime Planetes ("Wanderers"), chaque entreprise qui travaille dans l'espace doit avoir un service de ramassage des ordures. C'est à ce travail très dangereux et peu prestigieux que se livrent les personnages principaux de la série.

Mais tout cela n'est que fiction, fiction - mais qu'en est-il de la réalité ?

Les héros des "Wanderers" nettoient l'orbite des débris. Et traitez-les comme des charognards.

Les objets en orbite basse (jusqu'à 400 kilomètres) brûlent dans l'atmosphère après quelques années. Et si toutes les ordures étaient là, il n'y aurait pas de problème particulier - la nature elle-même nettoierait après nous. Mais le problème est que la plupart des déchets sont beaucoup plus élevés. Des fragments peuvent y rester pendant des siècles, des millénaires et en orbite géostationnaire pendant des millions d'années.

Diverses organisations de lutte contre les débris spatiaux ont été créées à la fois sous les gouvernements des puissances spatiales et au niveau international, mais leurs travaux n'ont pas apporté beaucoup de progrès. Désormais, la question des débris est traitée par le Comité des Nations Unies sur les utilisations pacifiques de l'espace extra-atmosphérique, ainsi que par le Comité de coordination sur les débris spatiaux, créé par plusieurs agences spatiales nationales.

Envisagez diverses méthodes de lutte contre la pollution orbitale. Certains proposent de renforcer la protection des engins spatiaux contre les impacts de petites particules, d'autres - de contrôler plus attentivement les lancements, et d'autres - de mettre du carburant supplémentaire sur les satellites afin qu'ils puissent être désorbités. Ces mesures peuvent ralentir les débris spatiaux ou sauver des navires, mais elles ne résolvent toujours pas le problème. La seule façon de traiter les débris spatiaux est de retirer les débris de l'orbite.

Par exemple, vous pouvez créer une sphère géante de matériau poreux ultra-léger (aérogel) qui va absorber l'impact de petites particules de débris et les attraper, ou du moins les ralentir. Ou un grand réseau électrodynamique qui ralentira les débris, à cause desquels ils tomberont beaucoup plus rapidement sur Terre, se consumant dans l'atmosphère. Ou un chasseur de l'espace qui va capturer des débris avec des filets ou un harpon. Il est également possible d'utiliser des lasers pour brûler des ordures, mais ici, il est nécessaire de contourner les accords internationaux interdisant le lancement d'armes en orbite.

La mauvaise nouvelle est que toutes ces technologies n'existent que sur le papier. Mais le processus s'éloigne encore progressivement du point mort. Déjà dans les années à venir, les premières expériences visant à développer certaines des technologies mentionnées auront lieu. Si seulement pendant ce temps l'humanité n'avait pas complètement pollué l'orbite.

Archéologie de l'espace

Certains historiens affirment déjà que ce n'est pas une bonne idée de détruire sans réfléchir tous les débris spatiaux : cela pourrait être d'un intérêt considérable pour les archéologues, qui atteindront certainement l'orbite dans le futur.

Dans les années 1980, la NASA a fait don de la sonde spatiale ISEE-3 au National Air and Space Museum. Il était prévu qu'en 2014, lorsque l'appareil s'approchera de la Terre, il sera transféré en orbite terrestre, après quoi il sera récupéré par une navette et ramené à la maison. Mais plus tard, ce plan a dû être abandonné: la livraison de marchandises depuis l'orbite s'est avérée plus chère qu'on ne le pensait autrefois, et les navettes elles-mêmes ont cessé de voler. Pourtant, il est possible que dans un avenir lointain, certains anciens satellites soient exposés dans des musées.

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Si l'on en croit l'une des explications ludiques du paradoxe de Fermi ("si la vie extraterrestre existe vraiment, pourquoi les extraterrestres ne sont-ils pas encore venus jusqu'à nous ?"), toute civilisation technogénique obstrue l'orbite de la planète natale si rapidement qu'elle rend plus vols spatiaux impossibles. Espérons que dans le cas de notre planète cela restera une blague.

Chacun de nous sait que l'humanité a incroyablement pollué sa planète et continue de générer chaque jour une quantité incroyable de déchets. Mais peu de gens savent que pendant une courte période d'exploration spatiale, nous avons réussi à transformer l'espace proche de la Terre en une petite décharge de satellites usagés. Voici deux visualisations interactives qui reflètent la situation actuelle.

Le premier rendu (par Alex Rasmussen) montre tous les satellites et débris connus et suivis :

• Les points verts indiquent les satellites actifs.
• Gris - inactif, mais efficace.
• Rouge - satellites en panne et leurs débris.

L'Agence spatiale européenne a déterminé que la Terre est actuellement en orbite :

• environ 29 000 fragments de plus de 10 cm,
• environ 670 000 fragments de 1 à 10 cm,
• plus de 170 millions de fragments de 1 mm à 1 cm.

La masse totale de débris dans l'espace proche de la Terre est estimée à 6300 tonnes, la vitesse de vol peut atteindre 56 000 km/h.

Au cours des 50 dernières années, environ 6600 satellites ont été lancés, dont 3600 sont toujours en orbite autour de la Terre et 1000 sont en mode actif.

À quel point toutes ces ordures sont-elles dangereuses ?

Les visualisations présentées peuvent induire nos esprits en erreur, puisque les points ne représentent que emplacement débris, mais pas la taille, c'est-à-dire que l'échelle n'est pas respectée. En réalité, l'espace proche de la Terre n'est pas du tout un dépotoir, comme il en a l'air sur les photos. Cependant, les agences spatiales de différents pays sont toujours en alerte, car le coût du lancement d'objets est très élevé et les dommages potentiels liés à la perte de 1 000 satellites actuellement en fonctionnement à la suite de collisions avec des débris sont estimés à 130 milliards de dollars.

Chaque année, 100 à 150 tonnes de débris pénètrent dans l'atmosphère terrestre. L'événement le plus notable de ces dernières années a été la collision de satellites allemands et américains, dont les débris sont tombés dans le golfe du Bengale en 2011. Les astronautes en orbite ne doivent pas non plus se détendre (bonjour Gravity). En 2012, l'ISS a été déplacée vers une orbite plus élevée pour éviter l'impact avec les débris d'un satellite japonais.

Que faire?

Heureusement, la répétition dans la vie du scénario à l'image de "Gravity" est peu probable. De plus, les ingénieurs ont prévu de nombreux moyens de protection (l'ISS est considérée comme "l'engin spatial le plus protégé de l'histoire"). Cependant, la vitesse de vol et la quantité croissante de débris constituent une menace croissante. Les scientifiques mettent en garde contre la possibilité du syndrome de Kessler, lorsqu'il y a tellement de débris en orbite que le risque de détruire tout lanceur devient très élevé. Une telle réaction en chaîne pourrait, en fait, fermer l'accès de l'humanité à l'espace.

Aujourd'hui, les scientifiques cherchent des moyens de suivre les débris et de nettoyer l'espace extra-atmosphérique. L'une des nombreuses idées consiste à utiliser des satellites spéciaux qui captureront les débris et les dirigeront vers la surface de la planète. L'option de collecter les débris encore utilisables pour les recycler est également envisagée.

Quelle que soit la voie choisie à l'avenir, une chose est certaine : polluer l'espace extra-atmosphérique le plus proche nous coûtera très cher. Si nous voulons continuer à avoir accès au-delà de notre planète, à avoir des communications, des observations et des recherches par satellite modernes, nous devons déjà commencer à étudier les moyens possibles de nous débarrasser des débris orbitaux.

En cliquant sur l'article d'origine, vous pouvez évaluer l'interactivité des visualisations. Malheureusement, Habr ne permet pas de les intégrer dans le post, j'ai dû faire des captures d'écran.

Débris spatiaux - objets artificiels non fonctionnels, défectueux, absolument inutiles ou leurs éléments situés dans l'espace extra-atmosphérique et représentant un danger potentiel pour les engins spatiaux et les objets situés directement sur la surface de la Terre (en cas de désorbitation, des fragments d'équipement peuvent tomber sur les colonies , objets d'origine industrielle, autoroutes, etc.).

Orbite terrestre - un lieu d'accumulation de 170 millions de particules de "ferraille" spatiale

En termes simples, les déchets spatiaux sont des débris qui orbitent autour de la Terre et sont le résultat des activités humaines dans l'espace. Les débris peuvent varier en taille des pieds de fusée usés de satellites déjà non fonctionnels à de petits fragments et particules microscopiques, tels que des morceaux de peinture écaillée ou des copeaux de métal.

Selon l'Agence spatiale européenne (ESA), environ 29 000 fragments et débris mesurant jusqu'à 10 cm, environ 670 000 mesurant moins de 10 cm et plus de 170 millions de fragments dont la taille varie de 1 cm à 1 mm avec un total masse de jusqu'à 630 000 tonnes sont en orbite terrestre . Ils développent rapidement jusqu'à 56 000 km/h, ce qui, en cas de collision, peut entraîner de graves dommages aux deux équipements et la mort d'astronautes en cas de rupture de la combinaison spatiale.

L'un des problèmes mondiaux de l'humanité est le gaspillage spatial.

Le problème de l'accumulation progressive des débris spatiaux est apparu après le lancement des premiers satellites artificiels en orbite terrestre à la fin des années 1950. Depuis lors, plus de 6 000 000 satellites ont été lancés, dont 3 600 véhicules artificiels sont en orbite terrestre, environ un millier sont toujours actifs. Le rapport du Secrétaire général de l'ONU sur l'impact des activités spatiales sur l'environnement en 1993 a porté le problème des débris spatiaux au niveau international et a montré au grand public toute son importance.

La plus grande quantité de débris spatiaux s'est accumulée sur le territoire de grands États comme la Chine, les États-Unis et la Russie. La majeure partie est située à une distance de 850-1500 km de la surface de notre planète ou à une distance de 250-300 km (l'altitude de vol des vaisseaux spatiaux), mais comme tous les corps en orbite autour de la Terre, ils obéissent à la loi de la gravité et sont inexorablement attirés par la surface de notre planète.

De petites pièces d'équipement et des débris brûlent lorsqu'ils pénètrent dans l'atmosphère, mais de plus grands segments peuvent atteindre la surface de la Terre, traversant toutes les couches atmosphériques sans se causer de dommages importants, comme le satellite soviétique Kosmos-594, qui est tombé en 1978 dans Canada, ou une station orbitale américaine qui s'est effondrée quelque part au-dessus de l'Australie.

(La batterie solaire de la station Mir a été considérablement endommagée par des débris spatiaux)

Beaucoup plus dangereuse est l'accumulation supplémentaire de débris spatiaux pour le lancement d'engins spatiaux, car les vols spatiaux peuvent tout simplement devenir impossibles en raison du danger potentiel d'une collision de navettes avec des débris se précipitant à grande vitesse et capables de percer facilement la peau du navire, brisant son étanchéité, désactivation des moteurs, causant des dommages importants. En février 2009, deux grands satellites du russe Kosmos-2251 et de l'américain Iridium-33 sont entrés en collision, les deux ont été presque complètement détruits et ont cessé de fonctionner, plus de 600 grands et plus de 1,8 mille petits fragments de différentes tailles se sont formés.

Façons de résoudre l'accumulation de "débris spatiaux"

(Collecte d'objets poubelles à l'aide d'un réseau géant)

À ce jour, des méthodes efficaces pour empêcher l'entrée de débris spatiaux en orbite proche de la Terre ou leur destruction n'ont pas encore été inventées, il est seulement possible d'observer son mouvement et de marquer les lieux d'accumulation importante de débris spatiaux.

(charognard de l'espace)

Les astronomes du monde entier offrent une variété de solutions à ce problème mondial, qui sont encore au stade de développement. Il s'agit de filets métalliques géants qui "attrapent" divers déchets spatiaux inutiles, d'un remorqueur spatial capable de nettoyer l'espace des débris et de puissants systèmes laser qui modifient l'orbite des débris avec des émetteurs d'ions ou les évaporent simplement sans laisser de trace.

Des scientifiques américains ont proposé de pulvériser une couche de poussière de tungstène autour de l'orbite terrestre (son épaisseur doit être d'au moins 30 km), elle piégera les petits débris et débris, les empêchant d'atteindre la Terre.

Parmi ces objets figurent des étages supérieurs de fusées usagés, des satellites déclassés ou cassés, des adaptateurs de lancement, des capuchons d'objectif et même des fils de cuivre fins - tout ce qui accompagne un lancement de fusée. Les objets sont suivis par le US Space Surveillance Network, qui répertorie les débris spatiaux de 5 à 10 centimètres en orbite terrestre basse et jusqu'à 1 mètre en orbite géostationnaire.

Et pourtant ça tourne

Le danger que représentent ces objets pour les astronautes, les satellites et les stations spatiales est loin d'être une plaisanterie. Comme cela a été magnifiquement montré dans Gravity, la première loi du mouvement de Newton se comporte comme un rare "m" bizarre en orbite. Tous ces débris tournent autour de la Terre à une vitesse phénoménale, et il n'y a pas d'atmosphère sur laquelle ils pourraient ralentir ou s'estomper.

Un morceau de 10 cm de débris spatial peut complètement briser un satellite, tandis qu'un morceau de 1 cm peut complètement désactiver un vaisseau spatial et percer les boucliers de la Station spatiale internationale. Même un objet millimétrique peut désactiver des sous-systèmes délicats.

Et les collisions arrivent. La première collision involontaire de deux satellites s'est produite le 10 février 2009, à 776 kilomètres au-dessus de la Sibérie. Le satellite de communication privé américain Iridium 33 et le satellite militaire russe Kosmos-2251 sont entrés en collision à une vitesse de 11,7 km/s. Les deux satellites ont été complètement détruits et ont produit plus de 2200 fragments suivis. A titre de comparaison : un avion de ligne vole 80 fois moins vite.

Syndrome de Kessler

Le film "Gravity" a également utilisé un scénario de fiction. Les Russes ont utilisé un missile pour détruire l'un de leurs satellites. Le résultat est un champ de débris massif qui orbite autour de la Terre une fois toutes les 90 minutes et provoque également une réaction en chaîne - le syndrome de Kessler - entre en collision avec d'autres satellites et accumule de la masse. Une telle avalanche spatiale. Et, comme le film l'a montré, il vaut mieux ne pas se mettre en travers de son chemin.

En fait, cette situation s'est déjà produite, mais à une échelle beaucoup plus petite. En 2007, dans le cadre d'une démonstration de force, l'armée chinoise a abattu l'une des stations météorologiques hors service, envoyant accidentellement des milliers de débris en orbite.

Les chances de développer le syndrome de Kessler augmentent chaque année, à mesure que la quantité de déchets en orbite augmente.

Comment se débarrasser de tous ces déchets ? Serons-nous jamais capables de supprimer un champ de débris massif comme celui montré dans Gravity ? La réponse est oui, mais cela demandera une ingéniosité remarquable et beaucoup de patience.



Un peu de prévention

Avant d'aborder le nettoyage lui-même, il vaut la peine de parler de prévention et de remédiation. Par exemple, nous pouvons commencer à rendre les satellites et les stations spatiales plus durables. Renforcer la protection contre les impacts (tant les débris spatiaux que les météoroïdes). Les satellites doivent également être plus maniables.

Ce faisant, nous devons tout mettre en œuvre pour empêcher l'apparition de débris spatiaux. Pour éviter les collisions, par exemple, les orbites de tous les débris et cibles possibles doivent être connues à l'avance. Heureusement, ces informations sont fournies par les États-Unis. Commandement stratégique (USSSTRATCOM). Le bureau responsable de l'Agence spatiale européenne fournit des prévisions d'événements et une évaluation des risques de collision en tant que service aux missions de l'ESA et à des tiers.

Des moyens prometteurs pour nettoyer l'orbite terrestre

Il est donc temps de nettoyer l'orbite terrestre des débris spatiaux. Les scientifiques et les ingénieurs ont proposé une grande variété de stratégies pour nettoyer activement les débris spatiaux, bonnes et moins bonnes. Passons en revue la liste des meilleurs candidats.

Bonne vieille senne et harpon

Plus connu sous le nom d'ElectroDynamic Debris Eliminator (EDDE), l'idée est d'envoyer un satellite dans l'espace armé d'un filet et d'un harpon. En effet, vous pouvez capturer des satellites et autres objets qui se sont égarés avec un réseau régulier. Ce plan est peu coûteux, pratique et peut emmener n'importe quelle mission en orbite terrestre basse.

De tels satellites pourraient manœuvrer dans LEO et éliminer littéralement n'importe quelle cible. De plus, ils pourraient être utilisés à plusieurs reprises, et donc supprimer plus de cibles. Les développeurs pensent que EDDE pourrait supprimer 136 objets en trois ans - et 12 EDDE pourraient supprimer 2 465 objets en LEO pesant plus de 2 kilogrammes en sept ans.

Cependant, un tel plan ne fonctionnera qu'avec de gros objets.

ballons spatiaux

Pourquoi utiliser des filets quand il y a des ballons ? Cette idée s'appelle le Gossamer Orbit Lowering Device, ou GOLD System, et a été proposée par Christine Gates. Le concept utilise un ballon très grand et mince qui s'enroulera autour d'un objet et augmentera sa traînée aérodynamique de plusieurs centaines de fois, le faisant ainsi tomber dans l'atmosphère terrestre. Le système GOLD pourrait accélérer le processus de désorbitation naturelle de certains objets de plusieurs siècles à plusieurs mois. Le système gonflable est simple et efficace, du moins sur le papier.

remorqueur à réaction

Pour les objets plus gros, des robots suicidaires séparés pourraient être utilisés pour propulser les satellites vers la rentrée dans l'atmosphère. Le projet CleanSpaceOne de l'EPFL, par exemple, comprend un cube satellite qui chassera, capturera et détruira les débris spatiaux. Certes, le coût sera prohibitif - environ 200 millions de dollars pour chaque mission.

Le Surrey Space Center travaille sur HybridSail, un système qui combine une grande voile réfléchissante déployable avec des câbles pour remorquer des objets hors de l'orbite. Le système désorbitera les objets en raison de la traînée aérodynamique et de l'échange d'impulsion avec des attaches chargées et du plasma ionosphérique.

Dans ce schéma, un petit cube satellite doit s'arrimer à un débris spatial. Ensuite, à l'aide d'un système de contrôle d'attitude magnétique, il stabiliserait le roulis, le tangage et le lacet de l'objet. Ensuite, je déployais les câbles et naviguais 5 mètres sur 5, initiant la phase de désorbitation.


Rechargement en orbite basse avec de la poussière de tungstène

Nous pourrions libérer un nuage de poussière de tungstène en orbite pour créer une traînée atmosphérique à des altitudes orbitales. Avec une diminution de la vitesse, l'intégrité des orbites de milliers de débris spatiaux serait brisée. De petits débris tomberaient progressivement de leur orbite sur plusieurs décennies (la solution n'est pas instantanée).

Pour ce faire, il faudrait libérer un nuage de poussière de tungstène - de minuscules particules ne dépassant pas 30 microns de diamètre - à une altitude d'environ 1000 kilomètres, créant une couche relativement épaisse de petites particules de matière qui enveloppera complètement la planète. Le tungstène, qui est presque deux fois plus dense que le plomb, ajoutera un poids significatif à tout objet sur lequel il s'accroche.

L'idée est géniale - parfaite pour le syndrome de Kessler - mais ne fonctionnera pas dans le cas de gros objets.

De plus, cela pourrait avoir des conséquences potentiellement catastrophiques pour d'autres objets en orbite comme les satellites en fonctionnement. Il peut également endommager les équipements sensibles comme les panneaux solaires. Par conséquent, il ne peut être considéré que comme un modèle de "redémarrage" - un nettoyage complet de l'orbite terrestre.


Mur d'eau gelée dans l'espace

Cette option est un peu étrange : Ballistic Orbital Removal System. Selon James Hollopeter de GIT Satellite, des fusées remplies d'eau peuvent être envoyées dans l'espace. Après avoir déchargé leur cargaison en orbite, un champ d'eau cristallisée apparaîtra, dans lequel les débris orbitaux tomberont, ralentiront et se désorbiteront. Cela semble étrange - mais l'idée est similaire à l'option de poussière de tungstène. Nous avons de l'eau en abondance, alors que les satellites robotisés sont complexes, fragiles et coûteux.

Redirection avec un laser

Mais le travail des lasers au sol. L'élimination des débris orbitaux au laser, ou LODR, utilisera de puissants lasers pulsés qui tireront depuis la surface et créeront des jets de plasma sur les débris spatiaux. Cela entraînera le ralentissement des débris et leur retour dans l'atmosphère, tombant dans l'océan. Nous avons déjà la technologie, et depuis 15 ans déjà, mais selon le plan, jusqu'à un million de dollars iront à une installation.

Une autre idée similaire est un satellite qui peut tirer des atomes ou des ions chargés électriquement, le ralentissant progressivement et ramenant l'objet vers la Terre.


Camion à benne à ordures au cimetière géostationnaire

Au lieu de saisir des objets avec des griffes, des harpons et des filets, nous pouvions déplacer de gros objets sans les toucher. De plus, nous n'avons pas à les pousser dans l'atmosphère - nous pourrions les mettre en orbite géosynchrone.

Pour ce faire, les satellites de nettoyage doivent être équipés de commandes électrostatiques et de propulseurs pour éviter tout contact. En option, le système GliDeR est proposé, qui utilisera les émissions de charges actives et les flux directs de particules chargées par rapport aux débris.

camion à ordures de l'espace


Imaginez un camion poubelle orbital, et avec lui une usine de recyclage. Le designer Won Ling l'a présenté ainsi :

« Mon concept fantastique est un système composé d'un collecteur, d'un pulvérisateur réseau et d'un point d'élimination en orbite terrestre basse. Étant donné que les coûts de lancement peuvent varier de 4 000 $ à 5 000 $ la livre (8 000 $ à 10 000 $ le kilogramme), sans parler des métaux précieux utilisés pour fabriquer les satellites, le recyclage pourrait un jour être rentable. Un tel collecteur pourrait être alimenté par l'énergie nucléaire et des fusées VASIMR efficaces pour la propulsion et la collecte des débris.

Télescope avec laser

Une équipe internationale de scientifiques place un laser géant sur un télescope spatial et l'utilise pour faire exploser des débris en orbite.

"Peut-être avons-nous enfin trouvé un moyen de résoudre le casse-tête du volume croissant de débris spatiaux dangereux pour les activités spatiales", déclare Toshikazu Ebisuzaki de l'Université de Californie à Irvine. "Nous pensons que ce système unique peut éliminer la plupart des débris centimétriques en aussi peu que cinq ans de fonctionnement."

Pour éliminer le champ de mines orbital, la proposition d'Acta Astronautica s'appuiera sur l'Extreme Universe Space Observatory (EUSO), un nouveau télescope spatial japonais qui rejoindra l'ISS en 2017. EUSO n'a pas été conçu pour éliminer les débris - en fait, sa tâche principale est de détecter le rayonnement ultraviolet des rayons cosmiques de haute énergie qui pénètrent dans l'atmosphère terrestre la nuit. Mais les optiques puissantes et le large champ de vision du télescope en font un outil idéal pour repérer les petits débris se déplaçant rapidement qui tourbillonnent autour de l'ISS.

Combiné à un laser à haute énergie, l'EUSO devient un excellent tireur d'élite. Ebisuzaki et ses collègues proposent d'équiper le télescope CAN d'un système laser qui a été conçu pour une nouvelle génération d'accélérateurs de particules. Les lasers CAN utilisent un réseau de milliers de fibres qui fonctionnent ensemble pour produire une puissante impulsion de plasma. Ebisuzaki pense qu'une telle impulsion est capable de ralentir un débris jusqu'à ce qu'il tombe en orbite et brûle dans l'atmosphère terrestre.

Avec les yeux d'EUSO et la puissance de CAN, Ebisuzaki dit que nous pouvons arrêter les particules dangereuses en vol et les pousser dans l'atmosphère terrestre. Les scientifiques mènent actuellement une petite expérience sur l'ISS en utilisant une version 20 cm d'EUSO et un mini laser CAN avec 100 fibres optiques.

"Si tout se passe bien", déclare Ebisuzaki, "nous prévoyons d'installer une version grandeur nature sur l'ISS, comprenant un télescope de trois mètres et un laser à 10 000 fibres, qui sera capable de faire tomber les débris hors de l'orbite à distance jusqu'à 100 kilomètres. En regardant plus loin dans l'avenir, nous pourrions créer une mission distincte et la mettre en orbite polaire à une altitude de 800 kilomètres, là où la plupart des débris sont concentrés.

En regardant de tels efforts pour nettoyer notre propre espace pollué, on peut espérer que le ciel deviendra beaucoup plus propre dans un proche avenir. Et après cela, nous dirigerons certains efforts pour nettoyer les ordures sur Terre.