Syndrome de Kessler: nous nous piégeons lentement sous le parapluie des déchets spatiaux

En septembre 2019, deux satellites situés à environ 200 milles au-dessus de la surface de la planète ont été zoomant l'un vers l'autre à une vitesse vertigineuse de 32 000 miles par heure. L’un était le satellite d’observation de la Terre Aeolus de l’Agence spatiale européenne (ESA) et l’autre était l’un des Les satellites Starlink de SpaceX, et comme ils se dirigeaient tous les deux vers la même région de l’espace, les scientifiques ont estimé une probabilité sur 1 000 qu’ils entrent en collision.

L’US Air Force a vu les deux satellites se diriger l’un vers l’autre et a averti les deux organisations, mais en raison de ce que SpaceX a décrit comme un « bug » dans ses systèmes de communication, elle a refusé de prendre des mesures. Si les satellites s’étaient écrasés, les deux auraient été complètement anéantis – et l’impact aurait projeté des millions de petits et grands débris dans l’espace. Imaginez la scène d'ouverture de le film La gravité, et maintenant amplifier cela d’un ordre de grandeur.

Heureusement pour nous tous, l’ESA a réussi à manœuvrer son satellite pour éviter la collision, et les deux satellites poursuivent désormais leur orbite en toute sécurité. Cependant, cet appel rapproché montre ce qui peut arriver lorsque l’espace est trop plein. Lorsque des milliers, voire des millions d’objets volent autour de notre planète à des vitesses énormes, le risque de collision est élevé.

Nous avons étudié quelles sont les conséquences de tous ces débris spatiaux flottant dans l'espace et avons obtenu le scoop de Donald. Kessler, ancien scientifique principal de la NASA pour la recherche sur les débris orbitaux et l'un des plus grands experts mondiaux en matière d'espace débris.

Le piège à déchets

Lorsqu’un satellite tombe en panne, personne ne monte généralement dans l’espace pour le réparer. Lorsqu'une fusée abandonne l'un de ses étages, l'étage reste flottant là où il est éjecté. Et lorsque deux objets en orbite entrent en collision, ils peuvent produire littéralement des millions de petites particules qui s’envolent dans l’espace et finissent par orbiter autour de la Terre.

Tous ces matériaux rejetés sont collectivement appelés débris spatiaux. Ce sont les déchets que nous avons laissés dans l’espace autour de notre planète, et ils grandissent chaque année.

À la fin des années 1970, alors que la recherche sur les débris spatiaux commençait tout juste, Kessler a proposé une possibilité effrayante: qu'un jour, il pourrait y avoir tellement de débris spatiaux. des déchets en orbite terrestre basse dont les collisions se produiraient en cascade jusqu'à ce qu'il soit difficile, voire impossible, de lancer des satellites sans qu'ils soient heurtés débris. Nous serions essentiellement prisonniers sur notre propre planète et nous n’aurions personne d’autre à blâmer que nous-mêmes.

Des collisions se sont déjà produites et se reproduiront probablement

Si les inquiétudes concernant les débris ou la potentielle collision des satellites SpaceX et ESA se faisaient sentir exagéré, il convient de noter que des satellites sont entrés en collision dans le passé, avec de terribles conséquences.

En 2009, deux satellites sont entrés en collision à une vitesse étonnante de 11 700 mètres par seconde (26 000 milles par heure), détruisant non seulement les deux objets, mais étalant également un énorme champ de débris sur leurs deux orbites et au-delà. L’un des satellites faisait partie de la constellation de satellites de communication Iridium, et l’autre était le satellite Kosmos de la Force spatiale russe, désactivé. Le satellite Kosmos avait été abandonné et laissé en orbite à une époque où peu de gens prenaient au sérieux la menace des débris.

Cet incident a réveillé la population sur la gravité de la menace que représentent les débris. Non seulement cela pourrait détruire des satellites coûteux, mais la collision a encore aggravé le problème: la NASA a estimé que l'événement créé 1 000 débris mesurant plus de 10 centimètres, ce qui pourrait continuer à menacer d'autres satellites pendant des milliers d'années.

Les débris menacent à la fois la Station spatiale internationale et le télescope spatial Hubble

Il y a deux problèmes majeurs à considérer en matière de surpopulation spatiale. La première concerne la manière dont les débris spatiaux peuvent affecter les engins déjà en orbite autour de la Terre, comme la Station spatiale internationale (ISS). L'ISS se trouve sur une orbite terrestre très basse, à une altitude moyenne de 330 kilomètres (205 miles), ce qui la place au milieu d'un grand nombre de débris spatiaux. L'ISS est particulièrement vulnérable aux impacts de débris en raison de sa grande taille. Elle a donc dû être conçue pour résister aux impacts de débris mesurant jusqu'à 1 cm.

Afin de faire face à la menace d'autres débris, l'ISS surveille les impacts potentiels et s'écarte. "La station spatiale a été la première à commencer à effectuer des manœuvres afin d'éviter tout ce qui s'en approchait", Kessler a expliqué: « Mais le problème avec ces manœuvres est qu’on ne peut pas prédire qu’il y aura un collision. La précision du suivi est seulement suffisamment précise pour indiquer que quelque chose va passer inconfortablement près de vous et qu'il existe une probabilité de collision. Ils feront donc des manœuvres dans ces circonstances.

Dans le cas de l’ISS, il est important d’être très prudent car elle est très grande et parce que des vies humaines sont en jeu. Il faut également prendre en compte tous les autres objets en orbite terrestre basse, comme le télescope Hubble qui orbite à environ 545 kilomètres (340 miles) et d'autres missions avec et sans pilote. Et cela ne parle même pas de tous les satellites qui se trouvent sur une orbite géosynchrone plus élevée, où il y a également un problème de débris.

Les débris pourraient-ils devenir si importants qu’ils empêchent complètement les lancements de satellites ?

La deuxième question à considérer est la manière dont les débris affecteront les futurs lancements. En ce qui concerne les voyages vers des planètes lointaines, lorsque vous quittez la Terre derrière vous, vous traversez le champ de débris pendant un laps de temps si court que cela est moins susceptible de causer un problème. Le problème se pose lorsque l’on observe des objets qui restent en permanence dans les champs de débris, comme les satellites et les missions spatiales habitées ou non.

« Vous pouvez traverser la rue de manière beaucoup plus sûre que de vivre au milieu de celle-ci », explique Kessler.

Actuellement, la question est surtout abordée en termes économiques. Essentiellement, à mesure que les débris s’aggravent, le lancement de satellites deviendra de plus en plus coûteux. Mais ce qui se passera au-delà de cela reste encore une inconnue en raison du manque de recherche sur ce sujet.

"Personne n'a jamais trouvé de réponse à la question "à quel point un environnement est-il trop mauvais [pour que les lancements de satellites soient possibles] ?", a déclaré Kessler. Il est essentiel de répondre à cette question avant de pouvoir savoir avec certitude à quel moment les débris spatiaux nous empêcheront de lancer complètement des objets en orbite.

Pour résoudre le problème, nous avons besoin d'une action agressive maintenant

Si nous voulons résoudre ce problème, nous ne pouvons pas simplement croiser les doigts et espérer le meilleur. Pour réellement résoudre le problème des débris, dit Kessler, « il faut une action plus agressive ».

La question la plus urgente est celle de la législation. Il existe des directives convenues concernant la réduction des débris, comme par exemple une directive selon laquelle tout ce qui est lancé en orbite de moins de 2 000 kilomètres (1 240 miles) doit rentrer dans l'atmosphère pour brûler dans les 25 ans suivant sa mission achèvement. Cela fait porter la responsabilité de l'enlèvement des objets à l'entreprise ou à l'agence qui les lance.

Mais dans l’état actuel des choses, il s’agit de lignes directrices et non de lois. Kessler suggère que nous devrions intégrer les lignes directrices concernant l’enlèvement des débris dans des règles et imposer des sanctions aux organisations qui ne les respectent pas. Cela encouragerait les gens à les suivre pour le bénéfice de tous.

Cependant, même amener tout le monde à suivre les directives actuelles pourrait ne pas suffire. "De nombreuses études sont parvenues à la même conclusion: même si tout le monde suivait les règles, cela ne suffirait pas à arrêter la croissance des débris", a déclaré Kessler. En effet, les collisions se poursuivent et créent de plus en plus de petits débris.

C’est la raison pour laquelle nous avons besoin de la deuxième étape: retirer les 500 plus gros débris de l’orbite. Ce sont les gros morceaux qui sont relativement faciles à suivre et dont nous savons qu’ils présentent le plus de danger. Et c’est là qu’interviennent les nouvelles technologies.

Les nouvelles technologies pourraient nous aider à assainir notre comportement

Kessler a souligné un article rédigé par des chercheurs de la NASA J.C. Liou et N.L. Johnson de 2006, qui examinait ce qu'il faudrait pour éliminer les débris spatiaux. "Si nous commencions l'année prochaine et supprimions cinq objets par an pendant les 100 prochaines années", a déclaré Kessler, "cela stabiliserait l'environnement orbital".

Cependant, récupérer de gros objets en orbite est extrêmement difficile. "Ces objets n'ont pas été conçus pour être saisis", a expliqué Kessler, "et beaucoup d'entre eux tournent. Avant de pouvoir saisir l'objet, vous devez arrêter la rotation. Et certains d’entre eux sont aussi gros que des autobus scolaires.

Une suggestion pour résoudre ce problème consiste à créer une installation de maintenance par satellite où les satellites pourraient être entretenus et réparés pour prolonger leur durée de vie, créant ainsi une période de temps plus longue avant qu'ils ne deviennent ordure. La même installation pourrait même être utilisée pour faire sortir des objets de leur orbite une fois qu’ils ne seraient plus nécessaires.

D'autres idées sur la façon d'éliminer les débris sont également en préparation, comme le Projet satellite RemoveDEBRIS qui teste des méthodes de capture de débris, notamment des filets, des harpons et une navigation basée sur la vision. L'Agence spatiale européenne est également enquêter sur l'enlèvement des débris avec la société Astroscale en expérimentant l'ajout d'un mécanisme d'amarrage aux satellites avant le lancement pour les rendre plus faciles à attraper.

Une question internationale nécessitant une coopération internationale

Tout comme le défi du changement climatique, le problème des débris spatiaux est un problème international qui nécessitera une coopération internationale pour être résolu. Si nous voulons continuer à utiliser l'espace pour la recherche scientifique ainsi que pour les technologies génériques telles que les communications et le GPS, nous allons devoir trouver un moyen de réparer certains des dégâts que nous avons déjà causés – ainsi que trouver de nouvelles solutions pour le avenir.

Même s’il est peu probable que nous restions coincés sur Terre et perdions totalement notre capacité à voyager vers d’autres planètes d'ici peu, le champ de débris existant autour de la planète pourrait avoir un impact direct sur notre capacité à étudier espace. "Ce qui fera le plus mal, ce n'est pas de perdre l'accès aux autres planètes, c'est de perdre le télescope Hubble", a déclaré Kessler. « Cela pourrait éventuellement devenir juste un morceau de débris. C’est notre curiosité scientifique qui est en danger.

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