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Des chercheurs sont en train de mettre au point un véritable rayon tracteur, dans le but de récupérer des satellites hors d’usage sur l’orbite géostationnaire et d’atténuer ainsi le problème des déchets spatiaux.

Dans les films de science-fiction, rien ne fait monter la tension comme le fait que le vaisseau spatial des gentils soit pris dans un rayon tracteur invisible qui permet aux méchants de les capturer peu à peu. Mais ce qui n’était autrefois qu’un classique de la science-fiction pourrait bientôt devenir une réalité.

Des scientifiques sont en train de mettre au point un véritable rayon tracteur, baptisé « tracteur électrostatique ». Ce rayon tracteur n’aspirerait pas les pilotes de vaisseaux sans défense. Il utiliserait plutôt l’attraction électrostatique pour pousser les débris spatiaux dangereux hors de l’orbite terrestre.

L’enjeu est de taille : Avec l’essor de l’industrie spatiale commerciale, le nombre de satellites en orbite terrestre devrait augmenter considérablement. Cette avalanche de nouveaux satellites finira par s’user et transformera l’espace autour de la Terre en un gigantesque dépotoir de débris susceptibles de percuter des engins spatiaux en état de marche, de tomber sur Terre, de polluer notre atmosphère avec des métaux et d’obscurcir notre vue du cosmos. Et si l’on n’y prend garde, le problème grandissant des déchets spatiaux pourrait entraver l’industrie florissante de l’exploration spatiale, avertissent les experts.

Le rayon tracteur électrostatique pourrait potentiellement atténuer ce problème en déplaçant en toute sécurité les satellites morts loin de l’orbite terrestre, où ils dériveraient sans danger pour l’éternité.

Même si le rayon tracteur ne résoudrait pas complètement le problème des déchets spatiaux, le concept présente plusieurs avantages par rapport à d’autres méthodes proposées pour l’élimination des débris spatiaux, ce qui pourrait en faire un outil précieux pour s’attaquer au problème, ont déclaré des experts.

Un prototype pourrait coûter des millions de dollars, et une version opérationnelle à grande échelle encore plus. Mais si les obstacles financiers peuvent être surmontés, le rayon tracteur pourrait être opérationnel d’ici une dizaine d’années, selon ses concepteurs.

« La science est à peu près au point, mais le financement ne l’est pas », a déclaré à Live Science Kaylee Champion, chercheuse du projet et doctorante au département des sciences de l’ingénierie aérospatiale de l’université du Colorado Boulder (CU Boulder).

Les rayons tracteurs décrits dans « Star Wars » et « Star Trek » aspirent les vaisseaux spatiaux par le biais d’une gravité artificielle ou d’un « champ d’énergie » ambigu. Une telle technologie est probablement au-delà de ce que l’homme pourra jamais réaliser. Mais le concept a inspiré Hanspeter Schaub, professeur d’ingénierie aérospatiale à CU Boulder, qui a imaginé une version plus réaliste.

M. Schaub a eu cette idée après la première grande collision de satellites en 2009, lorsqu’un satellite de communication actif, Iridium 33, a percuté un ancien vaisseau spatial militaire russe, Kosmos 2251, dispersant plus de 1 800 débris dans l’orbite terrestre.

À la suite de cette catastrophe, M. Schaub a voulu éviter que cela ne se reproduise. Pour ce faire, il s’est rendu compte qu’il était possible de mettre les engins spatiaux hors d’état de nuire en utilisant l’attraction entre les objets chargés positivement et négativement pour les faire « coller » les uns aux autres.

Au cours de la décennie suivante, Schaub et ses collègues ont affiné le concept. Aujourd’hui, ils espèrent qu’il pourra un jour être utilisé pour déplacer des satellites morts hors de l’orbite géostationnaire (GEO) – une orbite autour de l’équateur de la Terre où la vitesse d’un objet correspond à la rotation de la planète, ce qui donne l’impression que l’objet est fixé en place au-dessus d’un certain point de la Terre. Cela permettrait de libérer de l’espace pour d’autres objets sur l’orbite géostationnaire, qui est considérée comme un « bien immobilier de premier ordre » pour les satellites, a déclaré M. Schaub.

Le tracteur électrostatique utiliserait un vaisseau spatial d’entretien équipé d’un canon à électrons qui enverrait des électrons chargés négativement sur un satellite cible mort, a expliqué M. Champion à Live Science. Les électrons donneraient une charge négative à la cible et laisseraient une charge positive à l’astronef d’assistance. L’attraction électrostatique entre les deux satellites les maintiendrait ensemble, bien qu’ils soient séparés par 20 à 30 mètres d’espace vide, a-t-elle expliqué.

Une fois que l’asservisseur et la cible sont « collés ensemble », l’asservisseur serait capable de retirer la cible de l’orbite sans la toucher. Idéalement, le satellite défunt serait placé sur une « orbite cimetière » plus éloignée de la Terre, où il pourrait dériver en toute sécurité pour toujours, a expliqué Mme Champion.

L’attraction électrostatique entre les deux engins spatiaux serait extrêmement faible, en raison des limites de la technologie des canons à électrons et de la distance à laquelle les deux engins devraient être séparés pour éviter les collisions, a expliqué à Live Science Julian Hammerl, chercheur du projet et étudiant en doctorat à CU Boulder. L’assistant devrait donc se déplacer très lentement, et il pourrait falloir plus d’un mois pour sortir complètement un seul satellite de l’orbite géostationnaire, a-t-il ajouté.

On est loin des rayons tracteurs des films, qui sont inéluctables et qui ramènent rapidement leur proie. C’est la « principale différence entre la science-fiction et la réalité », a déclaré M. Hammerl.

Le tracteur électrostatique présenterait un avantage considérable par rapport aux autres méthodes proposées pour l’enlèvement des déchets spatiaux, telles que les harpons, les filets géants et les systèmes d’amarrage physique : Il serait totalement indolore.

« Vous avez ces grands vaisseaux spatiaux morts de la taille d’un bus scolaire qui tournent très vite », a expliqué M. Hammerl. « Si vous tirez un harpon, utilisez un grand filet ou essayez de vous amarrer à eux, le contact physique peut endommager le vaisseau spatial et vous ne faites qu’aggraver le problème [des déchets spatiaux].

Les scientifiques ont proposé d’autres méthodes sans contact, comme l’utilisation d’aimants puissants, mais ces derniers sont coûteux à produire et risquent d’interférer avec les commandes d’un réparateur, a expliqué M. Champion.

La principale limite du tracteur électrostatique est sa lenteur. Plus de 550 satellites sont actuellement en orbite autour de la Terre en orbite géostationnaire, mais ce nombre devrait augmenter considérablement au cours des prochaines décennies.

Si les satellites étaient déplacés un par un, un seul tracteur électrostatique ne parviendrait pas à suivre le rythme du nombre de satellites mis hors service. Une autre limite du tracteur électrostatique est qu’il fonctionnerait trop lentement pour pouvoir éliminer les petits débris de l’espace, et ne pourrait donc pas maintenir l’orbite terrestre géostationnaire complètement libre de débris.

Le coût est l’autre grand obstacle. L’équipe n’a pas encore effectué une analyse complète du coût du tracteur électrostatique, a déclaré M. Schaub, mais il est probable qu’il coûterait des dizaines de millions de dollars. Cependant, une fois que le servicer serait dans l’espace, il serait relativement rentable de le faire fonctionner, a-t-il ajouté.

Bien que les rayons tracteurs semblent être une chimère, les experts sont optimistes quant à cette technologie.

« Leur technologie n’en est qu’à ses débuts », a déclaré par courriel à Live Science John Crassidis, chercheur en aérospatiale à l’université de Buffalo, dans l’État de New York, qui n’est pas impliqué dans la recherche. « Mais je suis assez confiant quant à son efficacité.

L’enlèvement des déchets spatiaux sans les toucher serait également beaucoup plus sûr que toute autre méthode actuelle, a ajouté M. Crassidis.

Le tracteur électrostatique « devrait être capable de produire les forces nécessaires pour déplacer un satellite hors d’usage » et « a certainement un fort potentiel de fonctionnement dans la pratique », a déclaré Carolin Frueh, professeur agrégé d’aéronautique et d’astronautique à l’université Purdue dans l’Indiana, à Live Science dans un courriel. « Mais il reste encore plusieurs défis d’ingénierie à relever pour que le système soit prêt à fonctionner dans le monde réel.

Les scientifiques devraient continuer à rechercher d’autres solutions possibles, a déclaré M. Crassidis. Même si l’équipe de CU Boulder ne crée pas de « produit final » pour éliminer les satellites non fonctionnels, ses recherches serviront de tremplin à d’autres scientifiques, a-t-il ajouté.

S’ils réussissent, ce ne serait pas la première fois que des scientifiques transforment une fiction en réalité.

« Ce qui est aujourd’hui de la science-fiction pourrait être la réalité de demain », a déclaré M. Crassidis.

Adaptation Terra Projects

Source : https://www.livescience.com/

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