L’ESA signe un contrat pour « la première mission d’enlèvement d’un débris » spatial
Attrape-moi si tu peux
Le 27 novembre 2020 à 09h21
6 min
Sciences et espace
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L’ESA a signé un contrat de 86 millions de dollars avec ClearSpace pour désorbiter un débris – de la taille d’un petit satellite – provenant du lancement de la fusée Vega en 2013. La mission est prévue pour 2025. Ce contrat inaugure aussi une « nouvelle méthodologie » au sein de l’ESA.
L’Agence spatiale européenne (ESA) vient d’annoncer la signature d’un contrat de 86 millions de dollars avec la société suisse ClearSpace. La mission consiste à enlever « un débris spatial en orbite », une première. Il s’agit d’un adaptateur de charge utilisé lors du second lancement d’une fusée Vega (en 2013) avec trois satellites à bord : PROBA-V, VNREDSat 1A et ESTCube-1.
Les risques des débris
L’enjeu est important, car il s’agit de conserver un environnement spatial « propre » dans la mesure du possible, aussi bien pour les futurs lancements que pour les satellites déjà en orbite. Les débris représentent en effet des risques importants et peuvent fortement endommager des missions, même s’ils sont tout petit. En effet, ils ont une vitesse moyenne comprises entre 25 000 à 29 000 km/h environ (7 à 8 km/s), ce qui donne souvent des collision à plus de 36 000 km/h.
On se souviendra par exemple d’« un flocon de peinture ou un petit fragment de métal pas plus grand que quelques millièmes de millimètre de diamètre » qui a laissé impact de 7 mm de diamètre sur une des vitres de la Cupola (le dôme d’observation) de la Station spatiale internationale. Un objet un peu plus gros de 1 cm de diamètre « aura la même énergie qu’une berline lancée à 130 km/h ». On vous laisse alors imaginer les dégâts…
Objectif : récupérer un reste de la fusée Vega de 2013
Lors du conseil ministériel Space19+, l’ESA avait reçu le financement nécessaire pour signer un contrat avec un partenaire commercial. Une douzaine de sociétés étaient en concurrence, et le choix s’est porté sur la jeune pousse suisse, issue de l’École polytechnique fédérale de Lausanne.
- Space19+ : les détails du plan « d’une ampleur exceptionnelle » de 14,4 milliards d'euros pour l'ESA
Le contrat est désormais signé. ClearSpace prend donc en charge la direction de l’équipe industrielle, avec des contributions de plusieurs pays : Allemagne, Pologne, Portugal, République tchèque, Roumanie, Royaume-Uni, Suède et Suisse.
« La mission ClearSpace-1 aura pour cible une structure porteuse à double lancement Vespa de la fusée Vega, laissée après le deuxième vol du lanceur européen Vega en 2013 sur une orbite conforme aux normes d’atténuation des débris », rappelle l’Agence spatiale européenne. Le débris se trouve à une altitude comprise entre 660 km et 800 km, avec une masse de 112 kg, « proche de celle d’un petit satellite ».
Naturellement, un satellite en orbite autour de la Terre a tendance à « tomber » doucement, il finira donc par se désorbiter. La durée dépend de l’altitude : quelques jours seulement à 200 km, mais on passe rapidement à des semaines dès 300 km, des années à 600 km, des dizaines d’années à 800 km, des centaines d’années à 1 000 km, etc. Dans le cas du reste du lanceur Vega, il a beau être en place depuis sept ans, il n’est donc pas près de se désorbiter tout seul.
Quatre bras robotiques pour attraper les débris
Pour mener à bien sa mission, le vaisseau spatial ClearSpace-1 s’approchera doucement de sa cible, puis l’attrapera à l’aide de quatre bras robotiques. Un « câlin » fatal puisque les deux engins iront ensuite se désorbiter – grâce aux propulseurs de ClearSpace-1 – afin d’être détruits en brulant dans l’atmosphère. Le lancement est prévu pour 2025.
Une opération assez simple finalement ? En théorie oui, mais dans l’espace tout peut vite se compliquer :
« Cette logique exige la maîtrise de procédures automatiques complexes. Il faut ainsi qu’un satellite-chasseur se dirige vers le débris visé et s’y amarre ou le capture alors que sa cible n’est nullement coopérative ! Comprenez que le débris, par nature inerte, ne manœuvrera pas de son côté pour faciliter l’opération et ne sera probablement pas doté de dispositif spécifique pour un rendez-vous et/ou d’un mécanisme permettant de le saisir aisément », explique la Cité de l’espace.
Principe de fonctionnement de ClearSpace. Dans cet exemple, il ne s’agit pas du reste de Vega
Un nettoyage nécessaire pour stabiliser l’environnement orbital
Le but de cette opération est de démontrer la capacité « technique et commerciale à renforcer de manière significative la durabilité à long terme des vols spatiaux », en désorbitant les restes des lanceurs qui errent comme des âmes en peine à plusieurs centaines de kilomètres d’altitude. Les débris les plus gros et/ou les plus dangereux pourraient ainsi être retirés.
Luisa Innocenti, à la tête de l’initiative Clean Space de l’ESA, indique (en se basant sur diverses études) que « la seule manière de stabiliser l’environnement orbital, c’est de retirer activement les gros débris ». L’Agence spatiale expliquait récemment que « les collisions entre les débris et les satellites en opération vont devenir la principale source de débris ».
Ainsi, même si on arrêtait les lancements de fusées, le nombre de débris continuerait ainsi d’augmenter… et on est à l’extrême opposé de cette hypothèse puisque les missions spatiales sont en constante augmentation. On est actuellement à une moyenne de « près de cent lancements annuels », avec un total de plus de 5 560 en un peu plus de 60 ans
Le début d’une « nouvelle méthodologie » pour l’ESA
Cette mission ClearSpace-1 est particulière sur un autre point, comme l'explique l’Agence spatiale européenne : « L’achat de la mission dans le cadre d’un contrat de service de bout en bout, plutôt que le développement d’un engin spatial défini par l’ESA pour une exploitation en interne, représente une nouvelle approche pour l’ESA ».
La NASA procède pour rappel depuis des années de la sorte, via des partenariats avec des sociétés privées comme SpaceX et Boeing. Elle a même récemment lancé un appel d’offres pour acheter du régolite et des morceaux lunaires à des prestataires.
L’ESA signe un contrat pour « la première mission d’enlèvement d’un débris » spatial
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Les risques des débris
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Objectif : récupérer un reste de la fusée Vega de 2013
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Quatre bras robotiques pour attraper les débris
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Un nettoyage nécessaire pour stabiliser l’environnement orbital
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Le début d’une « nouvelle méthodologie » pour l’ESA
Commentaires (31)
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Abonnez-vousLe 27/11/2020 à 10h03
ΠΛΑΝΗΤΕΣ !
(Comprenne qui pourra
)
Le 27/11/2020 à 10h07
J’ai jamais trop compris pourquoi les vitesses de collision en orbite étaient si élevées. Pour autant que je sache, être en orbite c’est être en chute libre, or tous les corps chutent à la même vitesse dans le vide quelque soit leur taille ou leur masse.
Les vitesses relatives entre ces débris et les satellites qui partagent l’orbite devraient donc être très faibles ou alors ces débris devraient se désorbiter assez rapidement sans qu’on ait besoin d’aller les chercher.
Où est le problème ? Le vide est pas assez vide en orbite basse ?
Le 27/11/2020 à 10h17
Imagine deux orbites basses à la même altitude (~8km/s ) mais pas dans le même plan, elles se croisent en 2 points , plus l’angle entre ces deux plans orbitaux est élevé, plus la vitesses relative sera élevée en cas d’impact, qui arrivera à l’un de ces deux points. Le cas pire, les deux satellite tournent en sens inverse (c’est envisageable en orbite polaire), et la différence de vitesse est de 16 km/s. Avec un cas plus raisonnable avec 60° entre les deux plans, la vitesse de collision est de 8km/s.
Le 27/11/2020 à 12h42
De manière simple :
Tu prends 2 voitures en ville, elles roulent exactement à 50km/h (on est dans une ville de province). Si elle roule sur la même rue, dans la même direction, en effet, elle ne devrait pas trop se croiser ni provoquer un accidents. C’est ce qui se passe avec les train de satellites de StarLink où ce que l’on a en orbite géostationnaire.
Le problème viens au moment où ces 2 voitures roulent sur 2 rues différentes avec un croisement. Si, par malheur, les 2 voitures se trouvent exactement au même moment sur le croisement, tu vas avoir de la tôle froissée. C’est ce qui s’est passé par exemple avec Iridium-33 et Kosmos-2251.
L’autre soucis, dans le cas de lanceurs, c’est qu’un lanceur lui essaie de s’échapper de la Terre jusqu’à son orbite. Or l’orbite basse est de plus en plus occupée, il faut réussir à trouver un créneau horaire pour faire passer son lanceur entre satellites : c’est traverser une autoroute en caisse à savon.
Le 27/11/2020 à 10h34
Je me permets une question stupide : on envoie un satellite pour desorbiter des débris. Mais le lancement en lui même ne crée t’il pas des débris qui s’ajouterai aux autres? Si quelqu’un a la réponse ! Merci
Le 27/11/2020 à 10h43
C’est un lancement en orbite basse, les premiers étages du lanceur retombent, et le dernier étage, si correctement utilisé, garde un peu de carburant pour se désorbiter et retomber. Le satellite de récupération est là pour capturer le débris ciblé et utiliser son carburant pour désorbiter l’ensemble.
Le 27/11/2020 à 12h05
J’y ai pensé rien qu’en lisant le titre ;)
Le 27/11/2020 à 12h52
Chutent [avec] la même
vitesseaccélérationLe 27/11/2020 à 15h34
Non vitesse.
La même accélération aussi puisque l’accélération est la dérivée de la vitesse.
Edit : c’est en supposant qu’ils sont lachés au repos ou avec la même vitesse initiale bien sûr.
Le 27/11/2020 à 15h53
Tu as raison mais pour plein de raisons je pensais que les satellites et les débris tournaient presque toujours dans le sens de rotation de la terre. Restent les débris qui croisent sur des plans différents et je me disais que ça rendait quand même les risques collisions assez rares : deux fois par tour et sur des distances considérables sans compter que ces orbites me semble moins fréquentées que l’orbite géostationnaire ou les orbites équatoriales.
Mais c’est vrai que maintenant avec les constellations de satellites qui se relaient pour mailler la surface de la terre ils doivent tourner dans toutes les directions… mais quand même ce serait quoi l’intérêt de faire tourner un satellite dans le sens inverse (au sens large, pas seulement sur le plan équatorial) de la terre à part de consommer un max de carburant pour l’envoyer et entretenir l’orbite ? Sans compter que du coup ils couvriront moins longtemps une certaine zone géographique.
Le 27/11/2020 à 15h56
Exactement pareil ! Pas lu le manga, mais j’ai trouvé la série excellente. Une de mes préférées.
Le 27/11/2020 à 16h25
Le 27/11/2020 à 16h49
Ah c’est marrant je pensais que même dans ce cas d’une orbite polaire, on lançait la fusée dans le sens de rotation de la terre pour établir l’orbite avec le rayon désiré puis qu’on poussait ensuite perpendiculairement à la trajectoire pour redresser l’orbite vers les pôles.
Le 27/11/2020 à 18h28
Non, non, la même accélération (en les considérant à la même altitude ou en négligeant la variation de la gravité avec l’altitude sur les plages concernées).
Et donc, par intégration, la même vitesse, s’ils sont lâchés au même moment et dans les mêmes conditions initiales.
C’est pas pour rien qu’on utilise “g”, l’accélération de la pesanteur.
Ça change rien, ça dépend du moment/de l’endroit où tu redresses la trajectoire du satellite.
Si tu la redresses quand il est au dessus des Amériques, il tourne dans un sens.
Si tu la redresses quand il est au dessus de l’Asie, il tourne dans l’autre sens.
Le 27/11/2020 à 18h51
Ni la même vitesse, ni la même accélération. L’acceleration de la pesanteur g = G*m(terre)/r^2 donc cette accélération n’est pas la même à la surface de la Terre (environ 9.8 m/s^2), en orbite basse 400km (environ 8.7m/s^2) ou en orbite GEO (environ 0.23 m/s^2). Cela se voit sur la vitesse orbitale, environ 7.8 km/s en orbite basse et 3km/s en GEO. Tout ceci pour des orbites circulaires bien sûr.
Le 28/11/2020 à 10h45
On dit la même chose je crois. Je faisais simplement référence à l’expérience bien connue et que les lycéens font en TP de physique : qu’on fasse tomber une bille de plomb ou une plume dans un tube sous vide, les deux objets tombent à la même vitesse. On peut prendre l’équation dans le sens de l’intégration de l’accélération mais dans ce cas la constante qui s’ajoute à v(t) n’est que v0 la vitesse initiale qui est la même pour les deux particules.
Par contre pour ton deuxième point je me trompe peut-être mais si tu te diriges directement vers le pole, il va falloir compenser la vitesse initiale dûe à la rotation de la terre et qui va faire décliner ta trajectoire vers l’équateur, ça demande du coup de consommer de l’énergie pour freiner (produit scalaire entre le vecteur vitesse et le vecteur accélération ) donc ça me semble moins efficace. Dans Kerbal je redresse l’orbite equatoriale vers une orbite polaire parce que je suis sûr que la poussée ne s’oppose jamais à la vitesse.
Oui oui ! évidemment mais pour des objets sur une même orbite on est dans le cas du TP de physique dont je parle plus haut. Deux objets sur la même orbite stable ont nécessairement la même vitesse quelle que soit leur masse ou leur taille.
Le 27/11/2020 à 22h47
Un par un et à ce prix-là, on n’est pas arrivé… Je sais qu’il faut bien commencer quelque part pour lancer l’idée, mais j’ai du mal à voir les possibilités d’augmentation drastique de l’efficacité pour que ca puisse vraiment commencer à changer quelque chose.
Le 27/11/2020 à 23h53
A ce prix-là ce serait con de se tromper de poubelle à l’arrivée.
Le 28/11/2020 à 08h59
On comprend l’intérêt de nettoyer l’espace – une problématique qui devrait être solutionnée avant de lancer quoi que ce soit dans l’espace dit en passant – mais à 86 millions de $ l’unité ça fait cher pour un unique déchet détruit. D’autant plus que la poubelle ne sert aussi qu’une seule fois !!!
Mais quel idiot jetterait sa poubelle en même temps que son contenu ? L’argent des autres ne coûte vraiment pas cher…
Le 30/11/2020 à 10h11
Je me fais la même réflexion, mais vu que c’est une première, il faut accepter que ça soit ne soit pas optimal. Cela permettra probablement d’affiner le processus pour d’autres missions.
Ca aurait été cool d’avoir un module qui soit capable de se déplacer vers un déchêt, d’y attacher de quoi le désorbiter facilement, puis d’aller passer au suivant.
Le 30/11/2020 à 14h50
On peut l’espérer d’autant qu’il y a une erreur dans l’article, le financement par l’ESA est en fait de 102 millions de dollars (86 M €). Le coût total de cette mission n’est pas encore déterminé…
Le 28/11/2020 à 10h53
Bref pour résumer je partais du principe que seules quelques orbites très utilisées comme l’orbite géostationnaire ou les orbites équatoriales étaient polluées or en effet comme suggéré par jack oneill ce serait plutôt un halo de débris qui croisent les orbite basse qui pose problème. Si l’ISS était sur une orbite géostationnaire (qui n’est pas une orbite basse) il n’y aurait surement aucun problème de collision.
Le 01/12/2020 à 10h18
Comme expliqué dans l’article, les collisions, même très rares, deviennent rapidement la source principale de débris. Et dans ce cas, pour ceux qui restent en orbite, il doit y en avoir dans un toutes les directions, non?
C’est une forme de réaction en chaine sur le temps long ^^
Le 28/11/2020 à 10h58
–
Le 28/11/2020 à 12h52
C’est plus une démo qu’autre chose. Pour le moment, aller rattraper un déchet en orbite pour le désorbiter, ça n’a pas été fait. C’est un test en grandeur réelle avec un rebut facile à attraper pour voir quelles sont les contraintes, qu’est-ce qui n’a pas été prévu, comment s’organiser, si la technique est bonne, et cetera.
Les nettoyeurs d’orbite à l’avenir n’auront certainement pas ce mode de fonctionnement pour des raisons économiques autant que de taille des déchets à nettoyer, mais celui-là va permettre de définir les techniques de base pour développer les balayettes orbitales du futur. À suivre !
Le 28/11/2020 à 13h55
après, rien n’empeche si ca marche, d’envoyer une dizaine de robot en un lancement qui iront s’arrocher sur les morceau qui traine.
comme dit dans l’article, (ou pas) les gros dechets finiront par se diviser a force d’etre en colission avec d’autre dechet plus petit.
Le 28/11/2020 à 14h08
Tout à fait. Dans un second temps, la recherche pourrait porter sur le moyen le plus économique de ramasser des déchets de plus en plus petits, de façon économiquement viable. Ce sont les petits déchets les plus dangereux, car difficile à repérer.
Un seul robot avec une sorte de “sac poubelle” allié à un “aspirateur” spatial pourrait désorbiter des centaines de milliers de petits déchets orbitaux en un seul vol. Les initiateurs du projet ont certainement dû y penser.
Le 29/11/2020 à 16h06
Un cable aimanté peut-être pour les débris minuscule.
Le 30/11/2020 à 10h55
Tu as raison. La force de pesanteur n’agit que sur l’accélération, et deux objets orbitant à la même altitude auront la même vitesse au sol. En orbite circulaire, du moins: l’accélération gravitationelle étant centripète, il faut que le satellite ait une vitesse suffisante pour regagner l’altitude que celle-ci lui fait perdre, sinon ce n’est plus de l’orbite.
Car il existe des orbites circulaires (les plus utilisées), mais également des orbites elliptiques, qui ont une altitude min et max différentes. Rendre une orbite complètement circulaire nécessite un contrôle précis de l’altitude lors du positionnement initial, donc les débris relâchés de manière non contrôlée auront probablement une trajectoire elliptique. Si tu as fait du kerbal tu dois voir à quoi correspond l’élévation du périgée lors de la mise en orbite.
Oui, mais pas forcément plus que d’accélérer. La rotation de la terre te donne une énergie supplémentaire au décollage (~1700km/h au sol je crois) non négligeable si tu veux une orbite géostationaire.
Si tu veux une orbite polaire, tu peux tout simplement lancer plus près des pôles. Je crois qu’en général les satellites en orbite polaire ont une composante “horizontale” non nulle car ce n’est pas particulièrement gênant. Il y a tout type d’orbites, pour pas mal de missions différentes. D’après Wikipedia, Israel lance des satellites en orbite rétrograde pour lancer ses fusées au dessus de la mer, par précaution.
Si tu donnes de la poussée dans le même sens que ta vitesse, tu augmenteras ton altitude d’orbite. Tout dépend donc de l’altitude recherchée.
Le 30/11/2020 à 16h27
Dans ton dernier exemple, si tu parts vers le nord et que tu pousses uniquement vers le nord, ton orbite ne passera jamais par les pôles à cause de la vitesse initiale qui est perpendiculaire et qui fera décliner ton orbite vers l’équateur donc il faut compenser, c’est à dire pousser aussi vers l’ouest et donc contre la composante “horizontale” de la vitesse. Ou alors compenser dès le départ en partant vers le nord-ouest mais ça ne change rien à la perte d’énergie puisque encore une fois le produit scalaire de de la vitesse et de l’accélération est négatif.
Le 02/12/2020 à 19h26
Oui, je suis d’accord. Mais si tu pars du pôle nord, tu n’as pas de vitesse horizontale initiale :)
Et plus ton orbite est haute, moins ce Δv est important. En général, on ne cherche qu’à obtenir une inclinaison requise pour la mission, (peu importe prograde ou rétrograde, en fonction des capacités du site de lancement). Le Δv conféré par la rotation de la terre à la latitude initiale rentre juste en compte dans ces calculs.
A aussi raison et fait référence au syndrome de kessler, mais je ne suis pas certain que ce soit déjà la source principale? On dirait que les tests d’armement en ont déjà contribué pas mal :)