Repenser les débris orbitaux : d'une approche statistique à une approche de dosage pour la sécurité spatiale

France - Agence de presse Ekhbary

Repenser les débris orbitaux : d'une approche statistique à une approche de dosage pour les menaces cachées dans l'espace

À chaque satellite lancé en orbite terrestre, l'humanité acquiert des connaissances inestimables sur les opérations spatiales. Cependant, ce progrès s'accompagne de plus en plus d'un défi croissant : la menace insidieuse des micrométéoroïdes et des débris orbitaux (MMOD). Les experts de l'industrie signalent désormais que l'approche actuelle de l'évaluation des risques MMOD, fortement basée sur des statistiques générales et l'évitement des grandes collisions traçables, pourrait être fondamentalement erronée pour appréhender la véritable nature des impacts cumulatifs des petites particules non suivies. Il y a un appel croissant à un changement de paradigme, passant d'une perspective statistique à une approche de « dosage », reflétant notre compréhension des risques de rayonnement, pour évaluer réellement l'impact de ces menaces omniprésentes.

Historiquement, l'environnement spatial était perçu comme relativement stable, avec des dangers prévisibles tels que la température, le vide et la charge. L'avènement de satellites comme Spoutnik dans les années 1960 a marqué l'aube de l'ère spatiale, démontrant notre capacité à opérer dans ces limites. Cependant, ce qui a radicalement changé depuis est la densité du trafic en orbite terrestre basse (LEO) et la « pollution » progressive par des millions de morceaux de débris orbitaux, créant un environnement MMOD moderne beaucoup plus complexe que jamais auparavant. Alors que les « gros impacts » et les collisions entre engins spatiaux sont traçables et peuvent être atténués par des manœuvres, le véritable défi réside dans les micro-MMOD.

Les micro-MMOD, englobant les objets de moins de 3 millimètres qui sont intraçables, constituent la grande majorité des objets en LEO en termes de nombre. Ce volume considérable de particules invisibles présente un profond mystère. Comment pouvons-nous appréhender une menace que nous ne pouvons pas suivre ? La mission du Long Duration Exposure Facility (LDEF) de la NASA, lancée entre 1984 et 1990, a révélé des réalités surprenantes. L'étude des matériaux et des sous-systèmes revenus de l'espace a révélé un environnement désordonné, directionnel et à flux élevé. Plus de 30 000 impacts MMOD ont été identifiés sur l'extérieur du LDEF, avec des concentrations nettement plus élevées sur la face avant. Cela suggère que les satellites modernes, en particulier dans la LEO de plus en plus encombrée d'aujourd'hui où les populations de débris ont environ triplé depuis 1990, pourraient subir des centaines d'impacts par an.

Les opérateurs de satellites ont souvent du mal à concilier ces chiffres, affirmant fréquemment que le MMOD n'est pas un facteur significatif au-delà des exigences du rapport d'évaluation des débris orbitaux (ODAR). Cependant, le problème réside dans la nature de ces impacts. Tous les impacts MMOD ne sont pas aussi catastrophiques que le décrivent les vidéos virales d'hypervitesse. La majorité des trous observés sur le LDEF étaient de minuscules perforations submillimétriques. Pourtant, ces micro-perforations peuvent toujours créer des débris secondaires, même si elles ne détruisent pas immédiatement un satellite. Surtout, parce que les défaillances en orbite sont souvent obscures et inférées de la télémétrie, de nombreuses défaillances pourraient être mal attribuées à des problèmes de rayonnement, de logiciel ou de fabrication, alors que les micro-MMOD pourraient être le véritable coupable. Des perturbations à l'échelle millimétrique, qu'elles proviennent de problèmes de fabrication ou de micro-MMOD, peuvent sembler presque identiques en télémétrie depuis le sol, mais se transformer en résultats catastrophiques, en particulier pendant les phases de déploiement critiques.

Par conséquent, les experts plaident pour une approche épidémiologique, axée sur les populations de particules et l'exposition plutôt que sur de simples conjonctions discrètes. Il s'agit de dosage. Le risque MMOD peut être comparé aux risques de rayonnement alpha et bêta : des populations de particules qu'il serait préférable de ne pas laisser pénétrer dans des systèmes sensibles. Si le dosage est la bonne lentille, alors les stratégies de protection efficaces deviennent claires : magnifier la protection autour des systèmes critiques et irremplaçables, et centraliser ces systèmes pour une sauvegarde efficace. Cela nécessite une réévaluation approfondie de la conception des engins spatiaux et des matériaux, en tenant compte des solutions à base de composites qui n'éjectent pas de fragments micro-MMOD durs lors de l'impact, contrairement à leurs homologues métalliques.

L'avenir de l'environnement des débris orbitaux tend vers une escalade des risques. Les engins spatiaux du programme de satellites météorologiques de la défense continuent de se « désintégrer » des années après leur mise hors service, soulignant la nature volatile à long terme de ces menaces. L'augmentation de la dynamique des conflits dans l'espace, la prolifération des concepts d'intercepteurs et les opérations de rendez-vous et de proximité (RPO) compliquent encore le paysage. Alors que les RPO peuvent réduire les débris lorsqu'elles sont exécutées sans faille, elles introduisent également de nouveaux modes de défaillance produisant des débris lorsqu'elles sont mal exécutées. Nous sommes à un moment critique où un bond significatif dans la capacité à comprendre et à atténuer les MMOD pourrait résoudre le problème, ou un moindre effort pourrait entraîner une dégradation irréversible de notre environnement orbital. Ces réalités pressantes exigent une réévaluation complète des stratégies de conception des satellites, le développement de nouveaux matériaux et l'adoption d'un modèle d'évaluation des risques plus holistique, axé sur le dosage, pour assurer la durabilité des opérations spatiales pour les générations futures.

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