Nouveau report du départ de l’ATV-3 : pour la bonne cause ! une manoeuvre d'évitement de débris

Docking ou undocking ? Telle est la question… Ici, c’est une photographie de l’approche de l’ATV-3
le 28 mars 2012. Il reste amarré à l’ISS pour réaliser un manœuvre d’évitement de débris.
Crédit image : NASA

Quand un petit problème devient une grande solution…

Le désamarrage de l’ATV-3 de l’ISS, initialement prévu dans la nuit du 25 au 26 septembre 2012, a donc été reporté. L’analyse du problème montre que l’ATV a parfaitement fonctionné : une commande erronée, un mauvais identifiant (« Spacecraft ID »), a été envoyée à partir de la console de commande du module Zvezda de l’ISS.

Rien de grave, à part une perte de temps : mercredi en fin de journée, l’ESA confirmait sur son site qu’une nouvelle tentative serait effectuée le jeudi 27 à 21h00 UTC. Le retour sur Terre serait lui retardé davantage en raison de la demande de NOTAM (« Notice to Airmen » ou messages aux navigants), une procédure de la navigation aérienne qui impose un préavis de plusieurs jours. Bien connue des clubs aérospatiaux de Planète Sciences pour leurs lancements de fusées, elle s’applique aussi aux atterrissages de vaisseaux spatiaux, même dans le sud du Pacifique.

Un peu plus tard dans la soirée de mercredi, la situation évoluait encore et le report de mardi soir devenait une bonne nouvelle !

« Breaking news : Space Debris Being Tracked. ATV-3 Remains Docked”

C’est sous ce titre que la NASA annonçait que la préparation d’une manœuvre d’évitement de débris de la station spatiale internationale avait été décidée mercredi. Cette décision relève de l’IMMT (ISS Mission Management Team) associant tous les pays participant à la station spatiale internationale.

L’ATV Edoardo Amaldi, toujours amarré à l’ISS, qui a effectué plusieurs opérations de « rehaussement » de l’orbite de l’ISS, aurait pu reprendre du service à cette occasion.

La seconde tentative de désamarrage de l’ATV-3 va attendre au moins jusqu’à vendredi.

La menace de collision concernait un fragment de satellite russe Cosmos et un morceau d’étage de fusée indienne PSLV, semblable à celle utilisée pour lancer le satellite Spot 6.

Les systèmes de surveillance, notamment ceux de la NASA et de la défense américaine, indiquaient que la la prévision de trajectoire de ces débris dont on ignore la taille exacte, les rapprochent de la « zone rouge », un espace virtuel entourant l’ISS, une sorte de boite à pizza de 50 kilomètres de côté et de 1500 mètres de hauteur (on remarque que l’incertitude porte logiquement sur la position horizontale du débris, son altitude est mieux connue).

Jeudi matin, quelques heures avant le début de la manoeuvre, les prévisions de trajectoire des débris s'affinent et permettent de confirmer que la station est à l'abri de toute collision. La manoeuvre d'évitement est finalement "évitée"... Le désamarrage de l'ATV est à nouveau programmé pour vendredi 28 au soir, à 21h46 UTC soit 23h46 à Toulouse. Bon courage aux équipes d'astreinte qui gèrent ces multiples rebondissements avec certainement encore de longues soirées en perspective jeudi et vendredi.

Adieux ou salut : DAMned...un débris
Si la manœuvre d’évitement de débris (DAM pour « debris avoidance manoeuvre” en anglais) avait effectivement été réalisée, elle aurait eu lieu jeudi à 14h12 en heure française, soit 12h12 UTC et 8:12 EDT pour la côte est des Etats-Unis, avec, aux commandes, l’équipe commune ESA-CNES du centre de contrôle de l’ATV à Toulouse. Il était question d’une correction de vitesse de seulement 0,3 mètre par seconde (un peu plus de 1 km/h pour un objet qui a une vitesse de 27000 km/h). C’est faible par rapport aux autres opérations de correction d’orbite effectuée par l’ATV-3 depuis avril 2012 mais suffisant pour s’éloigner de la zone de danger. Dans l’espace, pour baisser la tête, on saute en l’air…

Pour être complet, il faut ajouter que les autres systèmes de propulsion de la station internationale, sur la partie russe, ne peuvent pas être utilisés quand l’ATV est « docké ».

Nice debris…

Cette coïncidence étonnante entre le report du désamarrage de l’ATV et une possibilité de manœuvre d’évitement de débris est l’occasion de parler un peu des débris spatiaux, un sujet qui n’a pas encore été abordé sur le blog Un autre regard sur la Terre.

On pense d’abord aux vols habités et aux risques pour les occupants des vaisseaux spatiaux ou de la station spatiale internationale mais la menace des débris concerne toutes les activités spatiales, du lancement de fusées aux satellites en orbite basse ou géostationnaire.

Une photographie unique de la station spatiale internationale avec le space shuttle et l’ATV-2.
Photographie prise par l’astronaute européen Paolo Nespoli le 23 mai 2011. Crédit image : NASA

C’est une préoccupation relativement nouvelle : au début de l’aventure spatiale, abandonner des pièces ou des débris en orbite à l’occasion de lancement ou de manœuvre ne paraissait pas gênant. Il y a même eu des projets quoi consistaient à mettre en orbite des quantités incroyables de petits objets : par exemple le projet West Ford, un système de télécommunication passif, proposé par le laboratoire Lincoln du MIT, consistant à mettre en orbite, en 1961 et 1963, plusieurs centaines de millions de petits aiguilles de cuivre afin de former un réflecteur pour les ondes radio…

Aujourd’hui, les spécialistes des débris spatiaux estiment que la population des débris se réparti de la manière suivante :

Plus de 20000 débris d’une taille supérieure à 10 cm (les américains donnent comme repère une balle de Soft-ball. En France, ce serait plutôt une grosse boule de pétanque. Qui va très très vite…)
Environ 500000 débris entre 1 et 10 cm de diamètre.
Des dizaines de millions de débris de taille inférieure à un centimètre (la taille d’une bille).

On trouve de tout : des étages supérieurs de fusées, des satellites hors de service, des écrous, des outils perdus par les astronautes, des éclats de peintures ou même des résidus de propulsion.

Certains experts estiment que la situation devient « insoutenable » (au sens du développement durable) et parlent du « syndrôme de Kessler » (concept imaginé en 1991), une sorte de réaction en chaîne :

Le nombre de débris spatiaux en orbite basse atteint un seuil au-dessus duquel les collisions en orbite sont fréquentes, augmentant de façon exponentielle le nombre des débris et la probabilité des impacts…

La situation est la plus critique en orbite basse, sur les orbites polaires.

Illustration des densités de débris en orbite basse et en orbite géostationnaire. Crédit image : NASA

Les deux dernières collisions importantes en janvier 2007 (un essai de destruction de satellite réalisé par la Chine) et février 2009 (une collision entre un satellite opérationnel de la constellation Iridium et le satellite russe hors de service Cosmos 2251) amènent certains experts à dire que le syndrôme de Kessler est déjà une réalité. Avant sa panne au printemps 2012, le satellite Envisat avait effectué plusieurs manœuvres d’évitement de débris.

Attention néanmoins à ce que l’illustration ne vous induise pas en erreur : les points blancs matérialisant les débris en orbite sont très gros donnent l’impression d’une région totalement encombrée. Il faut ramener cela à sa juste échelle : l’espace reste bien assez vide et il faut parler de probabilité de collision. Pour l’ISS et sa boîte à pizza, les critères de la NASA pour commencer à parler de manœuvre d’évitement correspondent à des seuils probabilité de 1/100000 ou 1/10000. C’est 1/1000 pour les missions non habitées.

A la pêche aux satellites

Je reviendrai dans un autre article sur les moyens de détection et de surveillance de débris : le réseau de surveillance américain JSpOC, les radars Graves et Tira ou le projet de système de surveillance de l’espace (SSA).

Le vrai problème est celui des débris non détectables mais suffisamment gros pour détruire un satellite : sans connaître leur position précise, on ne peut pas effectuer les manœuvres d’évitement. Les blindages, efficaces pour les tous petits débris, ne suffisent pas.

Les spécialistes estiment que pour éviter le syndrome de Kessler, il faudrait désorbiter chaque année 5 à 10 gros objets hors de service pour réduire les riques de collision catastrophique. On parle d’Active Debris Removal, une technique qui nous rapproche de la pêche au gros : harpons, filets, grues, bras robots… De nombreuses pistes techniques sont proposées dans les conférences sur le thème de débris. On en parlera certainement beaucoup à Milan la semaine prochaine pendant la conférence annuelle de l'IAF.

En savoir plus :

Le site du CNES sur les débris spatiaux.
Sur le site de la NASA, la page sur les débris orbitaux et la foire au questions (en anglais).
Des informations sur le projet West Ford sur Wikipedia et sur le site damninteresting.
Sur le site de l'ONERA, une page sur le radar Graves et le système français de surveillance de l'espace.
Sur le site de l'ESA, les pages sur le projet de système de surveillance de l'espace (SSA pour Space Situation Awareness).
Sur le site Celestrak, un dossier (en anglais) sur la collision entre les satellites Iridium 33 et Cosmos 2251.
Les autres articles du blog Un autre regard sur la Terre dans la catégorie "satellites et lancements".