L’initiative Clean Space de l’ESA a effectué des tests de rentrée simulée à l’intérieur d’une soufflerie à plasma sur le site du Centre aérospatial allemand DLR à Cologne. Crédit : ESA
Cela peut sembler contre-intuitif, mais concevoir des satellites pour mieux se désintégrer est l’une des stratégies clés pour lutter contre les débris spatiaux. Développé par l’ESA Espace propre initiative, l’approche est appelée « Design for Demise » et consiste à s’assurer que les satellites abandonnés se briseront et brûleront complètement lorsqu’ils rentreront dans l’atmosphère.
Le matériel de réentrée dans l’espace devrait se consumer entièrement au cours de la plongée dans l’atmosphère pour être en sécurité. En pratique, certaines pièces peuvent atteindre la Terre – certaines d’entre elles sont assez grosses pour causer de graves dommages.
En 1997, par exemple, les Texans Steve et Verona Gutowski ont été réveillés par l’impact de ce qui ressemblait à un « rhinocéros mort » à seulement 50 m de leur ferme. Il s’est avéré qu’il s’agissait d’un réservoir de carburant de 250 kg provenant d’un étage de fusée.
Le réservoir de propergol principal du deuxième étage d’une fusée Delta 2 a atterri près de Georgetown, Texas, USA, le 22 janvier 1997. Ce réservoir d’environ 250 kg est principalement une structure en acier inoxydable et a survécu à la rentrée relativement intact. Crédit : NASA
Les réglementations modernes sur les débris spatiaux exigent que de tels incidents ne se produisent pas. Les rentrées incontrôlées devraient avoir moins de 1 chance sur 10 000 de blesser quelqu’un au sol.
Dans le cadre d’un effort plus vaste appelé nettoyer, l’ESA développe des technologies et des techniques pour garantir que les futurs satellites en orbite basse soient conçus selon le concept de « D4D » – design for demise.
Certains éléments satellites plus lourds sont plus susceptibles de survivre au processus de rentrée. Ceux-ci incluent des magnétotorquers qui utilisent des aimants pour déplacer l’orientation de l’engin spatial par rapport au champ magnétique terrestre, des instruments optiques, des propulseurs et des réservoirs sous pression, les mécanismes d’entraînement faisant fonctionner les panneaux solaires et les roues de réaction – des gyroscopes rotatifs utilisés pour changer la direction de pointage d’un satellite.
Rentrée satellite. Crédit : ESA/ Sacha Berna
Un élément de la recherche D4D consiste à faire fondre de tels objets volumineux dans plasma des souffleries capables de reproduire les conditions de feu impliquées. Une autre consiste à planifier des méthodes pour assurer une séparation rapide des débris qui rentrent.
Lors de la rentrée, les pics de flux de chaleur et de charges mécaniques entraînent généralement la rupture d’un satellite à environ 75 km de hauteur. Ce n’est qu’après cette altitude que la plupart des équipements internes exposés au flux de chaleur commenceront également à « disparaître ».
Se briser à la rentrée. Crédit : ESA/ Sacha Berna
Mais l’ingénierie d’une altitude de rupture plus élevée impliquerait que l’équipement interne serait exposé au flux de chaleur pendant une période plus longue, ce qui améliorerait considérablement sa capacité de désactivation globale. Les moyens possibles pour y parvenir incluent des joints plus fusibles maintenant les panneaux satellites ensemble ou l’utilisation d'”alliages à mémoire de forme” qui changent de forme avec la température.
Clean Space utilise également le logiciel DRAMA (Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis) pour calculer la conformité d’une conception de satellite donnée avec les normes d’atténuation des débris spatiaux et pour s’assurer que les derniers résultats de la recherche sont pris en compte, en visant toujours à réduire le risque de blessure ci-dessous. cette valeur cruciale de 1 sur 10 000.
