Des lasers orbitaux pour régler le problème des débris spatiaux

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| MIT

Avec l’essor de l’exploration spatiale et des télécommunications, le nombre de satellites en orbite autour de la Terre a évolué de manière exponentielle au cours des dernières décennies. Aujourd’hui, des milliers de satellites abandonnés et autres objets (ou morceaux d’objets) forment de larges zones de débris spatiaux qui s’accumulent progressivement autour de notre planète. Pour résoudre ce problème, des chercheurs proposent l’utilisation de lasers spatiaux afin de faire fondre ces débris et, dans un second temps, les recycler en carburant. 

Bien que 60% des 6000 satellites de la Terre ne soient pas opérationnels et occupent inutilement l’orbite de la planète, les projets de suppression de ces « débris spatiaux » sont encore rares. Mais un physicien russe a mis au point une méthode pour éliminer les satellites inutilisés — en employant des lasers spatiaux pour les faire fondre — afin de ne pas créer encore plus de débris.

Egor Loktionov est le chef de laboratoire de l’Université technique d’État Bauman de Moscou et l’auteur principal d’une nouvelle étude qui sera publiée dans la revue Acta Astronautica. Il explique que les membres de son équipe ont testé une variété de matériaux d’engins spatiaux qui, selon eux, pourraient devenir des cibles laser par satellite pour voir comment les matériaux réagissent lorsqu’ils sont exposés à des impulsions laser.

L’ablation laser : la meilleure solution aux débris spatiaux ?

Ils ont constaté que les cellules solaires pouvaient constituer un danger, mais ont proposé que l’utilisation de lasers dans l’espace plutôt que sur Terre pourrait résoudre ce problème potentiel. Loktionov a étudié en détail l’utilisation d’impulsions laser pour faire fondre des débris spatiaux et les changer en plasma. Le chercheur pense que cette technique, appelée ablation laser, est le moyen idéal pour réduire le nombre d’objets inutiles sur notre orbite, tels que les satellites obsolètes.

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« De nombreuses façons de capturer les débris ont été suggérées à ce jour, peu sont testées et aucune n’est vraiment effective. À mon avis, l’élimination des débris spatiaux au laser devrait fournir un moyen moins coûteux, plus fiable et plus flexible de faire le travail », précise Loktionov. L’ablation au laser n’est pas un nouveau concept ; il est souvent utilisé dans le domaine médical, telle que l’ablation de petites tumeurs.

Lasers spatiaux : un concept déjà exploré

Dans une étude publiée en 2019, Loktionov a poussé ce concept un peu plus loin en proposant son utilisation à plus grande échelle, comme un remède économique et respectueux de l’environnement au problème des débris spatiaux, car les lasers sont réutilisables. « En général, le problème des débris spatiaux devient de plus en plus prononcé, en particulier avec le lancement de milliers de CubeSats et de projets Internet comme OneWeb et Starlink ».

Rien qu’en 2020, SpaceX a déployé plus de 800 satellites pour soutenir son entreprise de système Internet à haut débit, Starlink. Au fur et à mesure que la technologie progressera, le besoin de satellites augmentera également. Et à mesure que les satellites sont placés en orbite, Loktionov prévient que l’enlèvement des débris spatiaux deviendra une nécessité plutôt qu’une option.

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Schéma de la Terre indiquant les paramètres orbitaux optimaux des satellites laser (S) ciblant les débris spatiaux (D). © Quan Wen et al. 2018

La proposition de Loktionov sur l’ablation laser ciblée pour la destruction de satellites inutilisés a fait l’objet de nombreuses recherches. Par exemple, des physiciens chinois ont effectué des simulations numériques en 2018 pour étudier l’efficacité d’un laser spatial. L’idée est également soutenue par certaines organisations spatiales, y compris l’agence russe Roscosmos, en tant que mécanisme pratique pour résoudre le problème actuel de l’accumulation de débris spatiaux.

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Panneaux solaires : des parties satellitaires à éviter

Même si l’équipe de Loktionov prévoit de tester des matériaux supplémentaires, en tant que première à évaluer l’impact de l’irradiation sur les cellules solaires, les chercheurs ont constaté que leurs résultats nécessitaient une publication immédiate – en particulier pour les agences spatiales qui pourraient être enclines à aller de l’avant avec le mécanisme proposé. « Si le broyage des panneaux solaires n’est pas pris en compte, une grande pièce détectable et gérable peut être transformée en un nuage de petits morceaux presque impossible à nettoyer », précise Loktionov.

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Les cellules solaires sont présentes sur les satellites au sein de leurs panneaux solaires, et l’étude insiste fortement sur le fait que ces panneaux doivent être évités lors du positionnement des lasers. Cependant, les auteurs soutiennent que tant que des impulsions sont émises loin des panneaux, l’ablation au laser reste défendable comme méthode pour se débarrasser des satellites abandonnés.

Loktionov recommande aux agences d’utiliser un laser spatial pour s’assurer que les panneaux solaires ne sont pas touchés par les impulsions. En effet, un tel laser augmenterait la précision du faisceau en contournant les interférences atmosphériques qui autrement déformeraient les faisceaux laser et réduiraient donc la précision des impulsions.

Le recyclage est également une idée avancée par les chercheurs. Ce concept rappelle les recherches de Loktionov en 2019, dans lesquelles il affirmait que les débris spatiaux, fondus en plasma, pourraient potentiellement être recyclés comme carburant pour des engins spatiaux alimentés par des propulseurs laser. En effet, les propulseurs seraient capables d’accepter une variété de carburants, y compris le sous-produit plasma de l’ablation au laser, fournissant un moyen rentable de transformer le problème des débris spatiaux en élément utile.

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