8 Octobre 2020

SpaceBlower, une fusée contre les débris spatiaux

SpaceBlower, en français « souffleur spatial ». Le but de ce lanceur léger suborbital est d’éjecter son panache sur de gros débris spatiaux non manœuvrables. En évitant la collision avec un autre et leur fragmentation en plusieurs milliers d’autres, il s’agit de préserver la sécurité des orbites et des satellites. SpaceBlower est un avant-projet initié et financé par le CNES, avec le concours et le co-financement de Bertin Technologies (maintenant CT France). Christophe Bonnal, expert sénior à la direction des lanceurs du CNES, en discute avec nous.

Voici un scénario possible d’ici une dizaine d’années : un satellite hors service et l’étage supérieur d’un lanceur sont sur une trajectoire de collision. Aucun des deux n’est manœuvrable, il faut donc intervenir pour éviter des conséquences graves. En quelques heures seulement, SpaceBlower est lancé par un avion et s’élève jusqu’à 1000 km d’altitude. Le 3e étage se met sur une trajectoire d’interception du débris, et éjecte devant lui un nuage de particules en direction du débris. Cette atmosphère artificielle pourrait créer un ralentissement de seulement 10 cm/s et pourtant suffisant. En étant lancé 12h à l’avance, SpaceBlower pourrait créer une distance de sécurité de 13 kilomètres : la collision serait évitée.

Le 3e étage de SpaceBlower expulsant son panache sur un débris non manœuvrable. Crédits : CT France

Christophe Bonnal a initié ce projet en tant qu’expert débris spatiaux au CNES.

« Avec CT France nous avons fait plein de travaux pour la forme du panache, explique Christophe Bonnal. Très large mais pas dense, avec des gaz ou des particules. L’idéal c’est d’avoir plutôt de petites particules de 5 microns de diamètre, par exemple en cuivre. SpaceBlower serait sur une trajectoire suborbitale, avec une courbe en cloche. Donc toutes les particules redescendraient avec lui, il ne générerait aucun nouveau débris ce qui est important bien sûr. »

En plus du lancement par avion qui fournit une vitesse initiale au lanceur et permet d’être beaucoup moins sensible aux conditions météorologiques, SpaceBlower pourrait même bénéficier du développement actuel de la réutilisabilité des lanceurs, pour réduire les coûts.

« Nous voudrions que les 2 premiers étages soient réutilisables. Le 3e étage peut également être réutilisé, en embarquant un parachute et une bouée. Mais cela pèse lourd, et l’impact sur les performances peut être significatif. Donc nous ferions les premières missions sans réutilisation pour vérifier à quel point la quantité de cuivre embarquée est suffisante. Et après 4-5 ou 6 lancements, nous pourrions diminuer la charge utile et passer en réutilisabilité complète. Le coût serait autour de 2 à 3 millions d’euros, de l’ordre de 10 fois moins que d’autres solutions de retrait actif. »

Christophe Bonnal, expert senior à la direction des lanceurs du CNES

UNE COOPÉRATION INTERNATIONALE POUR UN ESPACE INTERNATIONAL

SpaceBlower, lancé par avion depuis une demi-douzaine d’aéroports partenaires dans le monde. Crédits : CT France

SpaceBlower serait tiré par avion depuis une demi-douzaine d’aéroports partenaires. Ils devraient tous être situés non loin de l’équateur pour optimiser la trajectoire, qui doit être en phase avec celle des débris. Ensuite, le site de décollage serait choisi en fonction de la géométrie de la collision, et le débris le plus léger serait privilégié.

« L’idée c’est de proposer SpaceBlower au niveau international, poursuit Christophe Bonnal. Il faudrait un avion par aéroport, et 2-3 fusées disponibles. Nous pourrions ainsi éviter des collisions majeures qui se produisent environ tous les 5 ans. Et il faut absolument une transparence complète pour éviter que ce soit une arme anti-satellites. »

La loi des opérations spatiales initiée par le CNES réglemente et limite depuis 2010 la production des débris spatiaux. La meilleure solution reste d’agir de façon préventive avant qu’ils ne se soient dispersés en milliers de fragments.

« Les débris qui préexistent depuis des dizaines d’années avant la loi des opérations spatiales continuent de poser problème. Ils percutent d’autres débris et pire, des satellites actifs ce qui arrive une dizaine de fois par an. Cette multiplication exponentielle des débris, c’est le syndrome de Kessler illustré dans le film Gravity. Pour éviter d’en arriver là il y a 2 solutions. La mitigation, qui consiste soit à limiter la durée de vite des nouveaux débris à moins de 25 ans. Et si ce n’est pas respecté, la remédiation avec un retrait actif ou une intervention comme SpaceBlower pour éviter la collision. »

L’INTERVENTION SPATIALE À LA DERNIÈRE MINUTE

Risque de collision identifié entre deux gros débris, catalogués mais non manœuvrables. Crédits : CT France.

SpaceBlower est l’une des trois pistes explorées par Christophe Bonnal et CT France pour éviter les collisions entre débris à la dernière minute. C’est le principe plus général du JCA pour « Just-in-time Collision Avoidance » : l’évitement de collision juste à temps.

« Nous sommes partis du principe qu’une petite impulsion suffit pour éviter une collision de plusieurs kilomètres. 3-4 techniques ont été étudiées, comme de petits cubesats à accrocher aux débris pour les rendre manœuvrables. Même depuis le sol, l’interaction laser-matière suffit pour sublimer la surface du débris. Avec des impulsions de seulement 10 picosecondes, le dégazage agirait comme une propulsion et suffirait à le dévier suffisamment. »

Cette technique de sublimation au laser est la même utilisée pour analyser les roches sur Mars grâce à ChemCam à bord du rover Curiosity, et bientôt par le rover Perseverance avec SuperCam après son arrivée en février 2021. 

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