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L'univers dans tous ses états
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Débris spatiaux | ||||||
Les débris spatiaux | ||||||
| Un débris spatial est par définition un objet artificiel résiduel et non fonctionnel par opposition à un satellite qui est opérationnel. Les satellites qui gravitent au dessus de nos têtes sont indispensables car ils organisent la vie moderne sur Terre. Ils permettent les communications et les échanges de données de toutes natures (données informatiques, données militaires, données météo, images, voix...). En orbite au-dessus de la Terre, il y a beaucoup plus d'objets non fonctionnels que d'objets utiles. En 2009, il y avait environs 600 satellites utiles pour 10 000 gros débris qui ne servent plus à rien. Parmi ces débris on trouve des satellites en fin de vie, des étages supérieurs de lanceurs, des objets relâchés par erreur pendant les missions (sangles, boulons pyrotechniques), des produits de collision (lorsqu'un débris rencontre un autre débris) et des débris d'usure. Les débris d'usure sont de microscopiques débris qui progressivement, dans le vide spatial chaud et froid, se désagrègent. Cette rupture de matériaux éparpille ses écailles sur les différentes orbites autour de la terre. Les débris sont situés partout mais plus particulièrement dans deux zones fondamentales, la zone des orbites basses jusqu'à 2 000 kilomètres d'altitude et la zone géostationnaire située à 36 000 kilomètres d'altitude, plus ou moins 200 km et plus ou moins 15° de latitude. Ce sont ces zones de forte concentration d'objets qui demandent le plus d'attention de la part des scientifiques. | Il y a, à peu près 10 000 à 12 000 objets considérés comme des gros débris, parmi ces 12 000 objets, il y a environs 3 000 gros satellites et 2 000 gros étages de lanceurs, les 6 à 7 000 autres objets sont plus petits, sangles, capots et autres boîtes à outils... Il y a 400 000 objets de 1 centimètre de diamètre, qui en cas de collision, ont une énergie cinétique équivalente à celle d'un coffre fort lancé à 100 km/h. Et il y a 35 000 000 d'objets de la taille de 1 millimètre, les objets en dessous de cette taille n'intéressent pas les chercheurs. La problématique se situe au dessus de 1 millimètre de diamètre. Le risque principal est le risque de collision lié à la vitesse des débris, cette vitesse de 40 à 45 000 km/h représente des énergies cinétiques phénoménales proportionnelles au carré de la vitesse. Les objets retombent parfois sur Terre après avoir perdu énormément d'énergie, car les objets s'échauffent et fondent en traversant l'atmosphère terrestre (1500°C). Il ne reste que globalement 10 % de leur masse une fois sur la surface du globe terrestre.
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Les orbites poubelles |
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| Le risque le plus élevé se situe entre 800 et 1 400 km d'altitude où la multiplicité des débris est exponentielle. Lorsqu'un débris rencontre un autre débris, il se crée 114 autres débris, ce qui régénère les débris de façon exponentielle. La station spatiale se situe à 340 kilomètres d'altitude en moyenne et ces derniers temps, elle a du effectuer des manœuvres d'évitement pour "slalomer" entre les débris. Il y a 2 alertes majeures par jour concernant la station spatiale. Ces alertes font l'objet de calculs plus fins menés par le centre orbital à Toulouse pour voir si la trajectoire élaborée par les premiers calculs est vraiment dangereuse puis si le risque est avéré, les radars vont regarder encore plus finement et déterminer une trajectoire encore plus précise. A l'issue de cette dernière étape, s'il y a encore un risque on évite la trajectoire du débris. Le réseau dédié français, le réseau "Graves" (Grand Réseau Adapté à la VEille Spatiales), a été mis en service en 2006. Il permet de surveiller toute la zone des orbites basses, jusqu'à 2000 kilomètres d'altitude. | Les solutions "filet à papillon" ou "méga aimant" ne sont pas prises au sérieux par la communauté spatiale internationale. Il n'y a pas vraiment de solution opérationnelle en 2009, pour récupérer ces débris, la plupart des solutions étant encore farfelues. L'USSPACECOM tient à jour grâce à plusieurs installations radars et télescopes, un catalogue contenant environ 15 000 objets de plus de 10 cm en orbite basse et de plus de 1 m en orbite géostationnaire. Cependant, la majorité des débris ne sont toujours pas observés. Selon l'Institute of Aerospace Systems de Braunschweig, il y aurait plus de 330 millions d'objets artificiels d'un diamètre d'au moins un millimètre en orbite terrestre.
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Les collisions spatiales sont encore rares |
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| Le 10 février 2009, une épave de satellite russe Cosmos 2251, a percuté un satellite de communications opérationnel américain, Iridium Satellite LLC. Le choc a répandu un grand nombre de débris dans l’espace circumterrestre. Lancé le 14 septembre 1997, Iridium 33, parfaitement opérationnel, se trouvait sur une orbite pratiquement circulaire de 783,2 x 786,4 km inclinée à 86,4° (donc quasiment polaire). Il a cessé d’émettre le 10 février 2009 à très exactement 10 h 56 TU, lorsqu’il a croisé la trajectoire de Cosmos 2251. Celui-ci, lancé le 16 juin 1993, de conception russe, ne fonctionnait plus depuis une dizaine d’années et figurait donc sur la liste des épaves de l’espace. La collision s’est produite à une altitude de 790 kilomètres, lorsque les deux objets, de masse relativement similaire (environ une tonne) se sont retrouvés sur la même trajectoire. | Le choc particulièrement violent s'est produit à une vitesse relative de 10 km/s provoquant environ 600 débris supplémentaires, un nombre qui va augmenter. La surveillance des débris est trop coûteuse pour être menée de façon systématique sur tous les satellites actifs, c'est peut-être la raison pour laquelle le satellite américain n'a pas réalisé de manœuvres d'évitement le 10 février 2009. Bien qu’extrêmement rares, de telles collisions se sont déjà produites par le passé. La première d’entre elles mit hors service le petit satellite militaire français Cerise, en 1992, dont l’antenne fut sectionnée par un débris spatial. Les débris spatiaux ont encore une longue vie devant eux avant que les chasseurs de débris entrent en service. La Station Spatiale Internationale de 275 tonnes, devra encore faire de nombreuses manœuvres d'évitements. |
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| L'autoroute géostationnaire | ||||||
| Un satellite sur une orbite circulaire géostationnaire à quelque 36 000 kilomètres au dessus de la surface de la Terre, boucle un tour en 24 heures. Comme cette période de révolution coïncide exactement avec celle de la Terre, on qualifie cette orbite de géosynchrone. Si cette orbite est également dans le plan de l’équateur, le satellite se tiendra dans le ciel fixement au dessus du même point, et l’orbite sera alors qualifiée de géostationnaire. Elle est parfois appelée orbite de Clarke ou ceinture de Clarke, du nom de l'auteur britannique de science-fiction Arthur C. Clarke qui, le premier, eut l'idée d'un réseau de satellites utilisant cette orbite. Les images longue pose du ciel de nuit prises avec des télescopes compensant la rotation terrestre peuvent également garder la trace des satellites géostationnaires pour lesquels le Soleil brille encore alors qu’au sol la nuit est tombée. | Ces satellites laissent dans le ciel des traces sur les images réalisées avec des montures compensant la rotation terrestre, ces traînées semblent suivre une autoroute à travers le paysage céleste. L'image ci-contre montre la ceinture d’Orion et ses fameuses nébuleuses. De nombreuses traînées de 2,5° de longueur apparente laissées par des satellites géostationnaires viennent rayer le ciel nocturne.
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Sujets connexes | ||||||
 Télescope spatiaux | Sondes spatiales | |||||
Les débris spatiaux qui pullulent en orbite, sont situés un peu partout mais plus particulièrement dans les deux zones fondamentales, la zone des orbites basses (2 000 km d'altitude) et la zone géostationnaire (36 000 km).
Les débris les plus gros appartiennent dans l'ordre, aux États-Unis, à la Russie, à l'Europe, à la Chine et au japon.
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L'univers dans tous ses états
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| Astronomie - 14 février 2009 |
