Saturation de l’orbite terrestre : des physiciens envisagent d’exploiter plus largement l’orbite terrestre moyenne

physiciens envisagent exploiter orbite terrestre moyenne
| ESA

L’orbite terrestre commence aujourd’hui à être saturée d’engins et débris spatiaux. Quand bien même des orbites particulières et de déchets soient prévues, le problème de la saturation orbitale demeure et prend chaque jour plus d’importance. Pour contourner ce problème, des chercheurs proposent désormais d’utiliser l’orbite terrestre moyenne afin de cesser de saturer l’orbite terrestre basse d’engins spatiaux de toute sorte.

L’orbite terrestre basse atteint sa capacité maximale alors que des entreprises technologiques telles que SpaceX, OneWeb et Amazon se précipitent pour industrialiser l’espace avec des satellites, et en réponse, les physiciens tentent de proposer des options sûres et abordables pour étendre le marché en orbite terrestre moyenne, une zone beaucoup plus risquée.

Tout en reconnaissant qu’il est finalement plus sûr d’exploiter l’orbite terrestre moyenne que de continuer à saturer l’orbite basse avec encore plus de vaisseaux spatiaux, les auteurs d’une nouvelle étude affirment que la nouvelle idée sera associée à ses propres dépenses et à ses dangers potentiels. L’analyse, publiée dans la revue Acta Astronautica, propose une double solution : un plan de lancement à moindre coût impliquant un arrêt en orbite terrestre basse, et des protections ajoutées pour prolonger la durée de vie des engins spatiaux.

Orbite terrestre moyenne : une zone largement inutilisée

L’orbite terrestre moyenne est largement inutilisée en raison des ceintures de rayonnement de Van Allen. Ces ceintures emprisonnent les particules énergétiques projetées par le Soleil, mettant en danger les vaisseaux spatiaux à proximité. Les particules solaires sont à l’origine des aurores polaires. « Nous ne pouvons pas simplement envoyer des satellites directement là-bas. Ce sera un long voyage », explique Thorben Löffler, de l’Institut des systèmes spatiaux de l’Université de Stuttgart.

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Il y a environ 3000 satellites fonctionnels en orbite. Neuf sur dix sont soit en orbite terrestre basse, à moins de 2000 kilomètres de la Terre, soit en orbite géostationnaire, 35 000 kilomètres au-dessus de la Terre. Seulement environ un sur dix réside entre les deux, dans une zone appelée orbite terrestre moyenne.

schema orbites terrestres
Schéma détaillant les différentes orbites terrestres et leurs propriétés. © J. Alver et M. Gleason

Même ces 10% des engins spatiaux se trouvent dans des régions spécifiques que les scientifiques ont jugées sûres, appelées slots. Cela inclut les satellites de navigation de sociétés telles que BeiDou en Chine et le Global Navigation Satellite System de Russie, ou GLONASS. Lorsque SpaceX, OneWeb et Amazon, par exemple, envoient des satellites dans l’espace, ils ciblent généralement l’orbite terrestre basse parce qu’elle est connue pour être à l’abri des ceintures de rayonnement.

Utiliser des matériaux résistants à moindre coût

« La première étape lorsque nous examinons les vols spatiaux habités est de développer une technologie qui peut nous protéger dans l’environnement spatial et qui se protège également elle-même. Vous ne voulez pas que votre ordinateur de bord se dégrade dans l’environnement spatial », déclare Löffler. Au lieu d’un vol direct, la principale suggestion de l’équipe est d’envoyer d’abord un vaisseau spatial en orbite terrestre basse, puis d’utiliser un système de propulsion intégré, ou propulseur, pour le pousser sur une orbite terrestre moyenne.

Pour construire un tel dispositif, les chercheurs disent que des matériaux normaux provenant de fabricants électroniques bien établis peuvent être utilisés, plutôt que des types coûteux de qualité spatiale. Actuellement, voler en orbite terrestre basse est beaucoup moins cher que voler en orbite terrestre moyenne ; c’est un facteur de coût d’au moins cinq fois. Ce coût élevé découle principalement de la demande.

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Faire une escale en orbite terrestre basse

Parce qu’il n’y a pas de concurrence pour une méthode de lancement direct en orbite terrestre moyenne, la demande pour y arriver est élevée mais l’offre de moyens pour le faire est faible. La proposition des auteurs serait similaire à celle d’un vol des États-Unis vers l’Inde, par exemple, mais avec une escale par opposition à un aller simple plus coûteux. Comme l’orbite terrestre basse est facilement accessible et offre beaucoup d’approvisionnement, c’est moins cher.

Par exemple, Elon Musk est déjà autorisé à envoyer 12 000 satellites en orbite pour son prochain Internet haut débit, Starlink, et a demandé l’autorisation pour 30 000 autres. Amazon a reçu l’autorisation d’envoyer 3236 satellites en orbite basse. La réduction des frais de déplacement aiderait avec la deuxième suggestion des chercheurs : les entreprises devraient placer autant de matériaux de sécurité que possible sur chaque vaisseau spatial, formant une sorte de système de sécurité.

Gérer les risques posés par les débris spatiaux

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Cela est nécessaire, dit Löffler, car avant de lancer des satellites, les entreprises ont tendance à envoyer des prototypes de démonstration qui sont presque certains de se briser — leurs carcasses polluent finalement l’espace. Cela peut être évité en ajoutant de nombreux niveaux de protection sur le vaisseau spatial, comme un bouclier supplémentaire à l’extérieur, pour réduire les risques de dysfonctionnement rapide.

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Infographie détaillant le nombre de satellites, engins et débris spatiaux occupant l’orbite terrestre. © ESA

La gestion des risques est vitale car une part importante de l’intérêt pour l’orbite terrestre moyenne provient des débris spatiaux – essentiellement des déchets en orbite autour de la Terre – prenant le dessus sur l’orbite terrestre basse. Selon l’Agence spatiale européenne, il y a environ 28 160 morceaux de débris régulièrement suivis en orbite. Si une entreprise décide, par exemple, de lancer 100 satellites de démonstration en orbite terrestre moyenne et que la technologie échoue, 100 satellites seront devenus des déchets.

Les débris spatiaux peuvent inclure des objets tels que des éclats de verre provenant de fusées cassées, des satellites complets qui ne fonctionnent plus et des morceaux de métal provenant d’équipements lancés en orbite. La débâcle très médiatisée entourant un morceau de la plus grosse fusée chinoise tombant incontrôlée du ciel témoigne du problème des débris spatiaux. Ces débris ont atterri le 8 mai, juste à l’ouest des Maldives, après que la plupart d’entre eux se sont consumés en rentrant dans l’atmosphère — un grand soulagement pour les experts qui avaient spéculé sur les dommages qu’ils pourraient causer sur Terre.

Sources : Acta Astronautica

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