Nettoyer l'espace proche est beaucoup plus difficile qu'il n'y paraît
Le problème de la pollution spatiale préoccupe l'ensemble de la communauté aérospatiale. De tels développements hypothétiques en orbite terrestre basse, tels que le syndrome de Kessler, qui prédit la formation de débris spatiaux incontrôlables, ont même agité les médias populaires. Il est clair qu'il y a un besoin de recherche fondamentale afin de comprendre de quel danger même un petit fragment est lourd, et de calculer combien nous sommes prêts à payer pour nettoyer l'espace extra-atmosphérique.
Aujourd'hui, les hommes politiques, les scientifiques, les techniciens et le grand public sont profondément conscients de la prolifération des débris spatiaux. Grâce au travail fondamental de J-K. Liouville et Nicholas Johnson, publiés en 2006, nous comprenons que le taux de débris est susceptible de continuer à augmenter à l'avenir, même si tous les lancements sont arrêtés. La raison de cette croissance soutenue est les collisions qui devraient se produire entre les satellites et les étages de fusée déjà en orbite. Ceci est une grande préoccupation pour de nombreux opérateurs de satellites, qui sont obligés de prendre des mesures appropriées pour protéger leurs actifs.
Certains experts pensent que ces incidents ne seront que le début d'une série de collisions qui rendront presque impossible l'accès à l'orbite terrestre basse. Ce phénomène, qui a été décrit pour la première fois en détail par le consultant de la NASA Donald Kessler, est communément appelé syndrome de Kessler. Mais la réalité est susceptible d'être très différente des prédictions ou événements similaires montrés dans le long métrage "Gravity". En effet, les résultats présentés au Comité de coordination inter-agences sur les débris spatiaux (IADC) lors de la sixième conférence européenne sur le sujet indiquaient une augmentation attendue des débris de seulement 30 % sur 200 ans avec des lancements continus.
Des collisions se produiront toujours, mais la réalité sera loin du scénario catastrophique que certains craignent. La croissance de la quantité de débris spatiaux peut être réduite à un niveau assez modeste. La proposition de l'IADC est de diffuser largement et de respecter strictement les directives de réduction des débris spatiaux, en particulier en ce qui concerne la neutralisation des sources d'énergie, qui devraient être pleinement développées d'ici la fin du vol, et l'élimination après la fin du vol. Néanmoins, du point de vue de l'IADC, l'augmentation attendue de la quantité de déchets, malgré les efforts en cours, nécessite encore la mise en place de mesures supplémentaires pour lutter contre les facteurs de risque existants.
Pas de progrès?
Un intérêt important pour la reconquête de l'environnement spatial a été constaté neuf ans après la publication des travaux de Liouville et Johnson. En particulier, des mesures ont été prises dans le monde entier pour développer des méthodes de retrait d'objets en orbite terrestre basse. L'Agence spatiale européenne, par exemple, a récemment annoncé son intention d'obtenir le soutien du gouvernement pour le lancement d'un vaisseau spatial européen au cours de la prochaine décennie. L'agence a mené de nombreuses études pour déterminer des moyens rationnels et fiables d'atteindre l'objectif. Un élément clé de la planification était les modèles informatiques de l'espace des débris, qui ont montré que la croissance des débris pouvait être empêchée en retirant des engins spatiaux ou des étages de fusée spécifiques. Dans les simulations informatiques, ces objets sont identifiés comme les plus sujets aux collisions, donc après leur retrait de l'orbite, le nombre de collisions devrait fortement diminuer, ce qui empêchera l'apparition de nouveaux débris à la suite de la dispersion des débris.
Près de dix ans se sont écoulés depuis la publication des travaux de Liouville et Johnson, et il est surprenant qu'au niveau international ou national il n'existe pas de principes méthodologiques définissant clairement des mesures pour éliminer les conséquences de la pollution de l'espace géocroiseur. Il semble y avoir une certaine apathie quant à l'élaboration d'une procédure d'élimination des débris, malgré les appels à l'action. Mais est-ce vraiment le cas ?
En fait, la situation n'est pas aussi simple qu'il y paraît. Concernant la procédure d'enlèvement des débris spatiaux, il reste des questions fondamentales auxquelles il faut encore répondre. Les questions liées à l'appropriation, à la responsabilité et à la transparence sont particulièrement préoccupantes. Par exemple, bon nombre des technologies proposées pour l'élimination des débris peuvent également être utilisées pour retirer ou désactiver un engin spatial actif. Par conséquent, on peut s'attendre à des accusations selon lesquelles ces technologies sont des armes. Il y a aussi des questions concernant le coût d'un programme cohérent d'élimination des déchets. Certains techniciens l'ont estimé à des dizaines de milliers de milliards de dollars.
Cependant, la raison peut-être la plus importante du manque de principes méthodologiques adéquats réside dans le fait que nous ne savons pas encore comment procéder à la remise en état, ce qui signifie en pratique la purification de l'espace extra-atmosphérique. Mais cela ne signifie pas que nous ne savons pas de quelles technologies nous avons besoin.
Des algorithmes à usage unique ont déjà été pratiquement développés. Le vrai problème découle d'une tâche apparemment simple: déterminer les débris « corrects » à retirer de l'orbite. Et tant que nous ne pourrons pas résoudre ce problème, il semble que nous ne pourrons pas récupérer de l'espace.
Jouer à l'épave
Pour réaliser la nature problématique de la résolution d'une tâche apparemment aussi simple que l'identification des déchets à éliminer, nous utilisons l'analogie d'un jeu avec un jeu de 52 cartes à jouer ordinaires. Dans cette analogie, chaque carte représente un objet dans l'espace que nous pourrions vouloir supprimer pour éviter une collision. Une fois les cartes distribuées, nous plaçons chaque carte individuellement face cachée sur la table. Notre objectif est maintenant d'essayer d'identifier les as et de les retirer du tableau, car ces cartes représentent des satellites ou d'autres gros objets de débris spatiaux qui pourraient devenir des participants à la collision à un moment donné dans le futur. Nous pouvons retirer autant de cartes de la table que nous le souhaitons, mais chaque fois que nous retirons une carte, nous devons payer 10 $. De plus, au fur et à mesure que nous nous éloignons, nous n'avons pas le droit de regarder la carte (si un satellite est retiré de l'orbite, nous ne pouvons pas dire avec certitude ce qu'il pourrait exactement devenir un participant à la collision). Enfin, nous devons payer 100 $ pour chaque as qui reste sur la table, ce qui représente les pertes potentielles résultant de collisions impliquant nos satellites (en réalité, le coût de remplacement d'un satellite peut aller de 100 000 $ à 2 milliards de dollars).
Eh bien, comment pouvons-nous résoudre ce problème? Au verso, toutes les cartes sont les mêmes, il n'y a donc aucun moyen de savoir où sont les as, et la seule façon de s'assurer que nous avons effacé tous les as est d'effacer toutes les cartes de la table. Dans notre exemple, cela coûtera un maximum de 520 $. Dans l'espace, nous sommes confrontés au même problème: nous ne savons pas exactement quels objets peuvent être impliqués dans des collisions, mais il est trop coûteux de tous les supprimer, nous devons donc choisir. Supposons que nous ayons fait un choix: pour retirer une carte d'une valeur de 10 $, quelle est la probabilité que nous ayons retiré un as ? Eh bien, la probabilité que la carte soit un as est de quatre divisibles par 52, soit environ 0, 08 ou 8 %. Ainsi, la probabilité que la carte ne soit pas un as est de 92 %. C'est la probabilité que nous ayons gaspillé nos 10 $.
Que se passe-t-il si cette fois nous prenons une deuxième carte (qui nous coûtera 10$ de plus) ? La probabilité que la deuxième carte soit un as dépend de la question de savoir si la première carte était un as. Si tel était le cas, alors la probabilité que la deuxième carte soit également un as est de trois divisée par 51 (car il n'y a maintenant que trois as dans le jeu, qui a diminué d'une carte). Si la première carte n'est pas un as, la probabilité que la deuxième carte soit un as est de quatre divisée par 51 (car il y a toujours quatre as dans le plus petit paquet).
Nous pouvons utiliser cette méthode pour déterminer la probabilité que nous ayons supprimé les deux as - nous multiplions simplement les probabilités pour trouver la réponse: 4/52 fois 3/51, ce qui nous donne une probabilité de 0,0045 ou 0,45% d'une valeur de 20 $ pour deux cartes supprimé. Pas très encourageant.
Cependant, nous pouvons également déterminer la probabilité d'éliminer au moins un des as. Après avoir tiré deux cartes, il y a 15 % de chances que nous ayons réussi à retirer au moins un des as. Cela semble plus prometteur, mais les chances ne sont pas très bonnes maintenant non plus.
Il s'avère que pour augmenter les chances de tirer au moins un des as, nous devons retirer plus de neuf cartes (d'une valeur de 90 $) ou plus de 22 cartes (d'une valeur de 220 $) si nous voulons être sûrs à 90 pour cent que nous avons supprimé l'un des as. Même si nous réussissons, trois as sont toujours sur la table, donc au total nous devons encore payer 520 $, ce qui est comme par hasard le même montant que nous devions payer si nous avions choisi l'option avec le retrait de toutes les cartes.
Les jeux sont finis
En revenant de notre analogie avec l'environnement spatial réel, la situation apparaît plus alarmante. Actuellement, environ 20 000 objets sont suivis en orbite à l'aide du réseau américain de stations d'observation spatiale, avec environ six pour cent de ces objets pesant plus d'une tonne, ce qui pourrait hypothétiquement participer à une collision et que nous pourrions vouloir supprimer. … Dans l'analogie des cartes, notre problème est que le dos de toutes les cartes est le même et la probabilité que l'une soit un as de pique est la même que la probabilité que l'autre soit également un as. Il n'y a aucun moyen d'identifier les cartes que vous voulez et de les retirer de la table. En réalité, nos chances d'éviter une collision sont beaucoup plus élevées que dans un jeu de cartes, car en orbite, nous pouvons voir la probabilité que certains objets soient impliqués dans des collisions et nous pouvons concentrer notre attention sur eux. Par exemple, les objets qui se trouvent sur des orbites densément peuplées telles que l'héliosynchrone à des altitudes comprises entre 600 et 900 kilomètres sont les plus susceptibles d'être impliqués dans des collisions en raison de la congestion dans cette zone. Si nous concentrons notre attention sur des objets similaires (et d'autres sur des orbites similaires encombrées) et prenons en compte les prédictions de la possibilité de leur collision, il s'avère que nous devons supprimer environ 50 objets afin de réduire le nombre attendu de collisions catastrophiques en une seule unité, qui découle des résultats des recherches entreprises par les membres de l'agence spatiale IADC.
Et il s'avère que même si plusieurs objets peuvent être enlevés par un seul vaisseau spatial plus propre (et cinq cibles semblent être une alternative polyvalente), de nombreux vols - souvent difficiles et ambitieux - doivent être entrepris uniquement pour éviter une collision.
Pourquoi ne sommes-nous pas en mesure de prédire avec plus de précision la probabilité de collisions et de supprimer uniquement les objets dont nous savons avec certitude qu'ils seront dangereux ? De nombreux paramètres peuvent affecter la trajectoire d'un satellite, notamment l'orientation du satellite, qu'il s'agisse de mouvements erratiques ou de météo spatiale (qui peuvent affecter la traînée subie par les satellites). Même de petites erreurs dans les valeurs initiales peuvent entraîner de grands écarts dans les résultats du calcul de la position du satellite par rapport à la réalité, et après une période relativement courte. En fait, nous utilisons la même technique que les prévisionnistes: nous utilisons des modèles pour générer la probabilité de résultats spécifiques, mais pas le fait que ces résultats seront jamais obtenus.
Ainsi, nous avons des technologies qui peuvent être utilisées occasionnellement pour éliminer les débris spatiaux. C'est la position prise par l'Agence spatiale européenne avec leur projet de mission e. Deorbit, mais il reste encore des problèmes à résoudre afin d'identifier les objets les plus aptes à être retirés. Ces problèmes doivent être résolus avant que les lignes directrices et les principes méthodologiques nécessaires puissent être mis à la disposition de ceux qui s'intéressent à la préparation d'un programme d'élimination des débris spatiaux à long terme qui est essentiel pour une remédiation efficace de l'environnement.
Les principes méthodologiques en termes de sites spécifiques, leur nombre, leurs exigences et leurs contraintes sont essentiels pour augmenter la probabilité que les efforts d'assainissement de l'environnement soient efficaces et valables. Pour développer de tels principes méthodologiques, nous devons reconsidérer nos attentes déraisonnables d'une issue favorable.
