Imaginez-vous comme un astronaute effectuant des expériences scientifiques et des acrobaties aériennes à couper le souffle. Des radios de contrôle de mission que tout le personnel de la station spatiale devrait évacuer vers les véhicules de sauvetage parce qu'un morceau de débris spatiaux mortels se dirige vers vous.
Ce scénario n'est pas de la science-fiction. En juin 2011, Magazine de l'espace a rapporté que «six membres d'équipage à bord de la Station spatiale internationale ont reçu l'ordre de se mettre à l'abri dans… deux vaisseaux spatiaux russes Soyouz». À mesure que de plus en plus de satellites atteindront la fin de leur vie opérationnelle, il y aura davantage d'urgences de débris spatiaux dans l'espace et au sol, sans aucun doute avec des résultats moins agréables. Notre jeune société spatiale a eu de la chance jusqu'à présent: l'ISS a pu éviter les déchets spatiaux, et des satellites incontrôlés qui tombent sont heureusement tombés dans les océans. Mais un jour, notre chance s'épuisera.
Il y a cependant de l'espoir. Un nouveau document intitulé Élimination des débris orbitaux avec des lasers publié sur arXiv propose d'utiliser un système laser pulsé haute puissance de la Terre pour créer des jets de plasma sur des morceaux de débris spatiaux, en les ralentissant légèrement, en les faisant rentrer et brûler dans l'atmosphère ou tomber dans l'océan.
Claude Phipps et son équipe d'une société de haute technologie nommée Photonic Associates ont décrit leur méthode, appelée Laser Orbital Debris Removal (LODR) qui utilise une technologie laser vieille de 15 ans qui est maintenant facilement disponible.
L'équipe a reconnu que "trente-cinq ans de mauvais entretien de l'espace ont créé plusieurs centaines de milliers de débris spatiaux de plus d'un cm dans la bande de l'orbite terrestre basse (LEO)." Ceux-ci peuvent ne pas ressembler à de gros objets, mais avec la densité d'énergie de la dynamite, même un gros éclat de peinture peut causer des dommages importants.
L'enlèvement des débris est une tâche urgente car la quantité de débris actuellement dans l'espace pose une «cascade de collision fugitive», avec des objets entrant en collision les uns avec les autres, créant encore plus de débris.
Il existe d'autres solutions que la création d'un jet de plasma, mais elles tendent à être à la fois moins efficaces et plus chères. Un laser pourrait être utilisé pour broyer un objet en poussière, mais cela créerait une pulvérisation fondue incontrôlable, aggravant le problème.
Saisir l'objet ou attacher un kit de désorbitation peut être efficace. Malheureusement, ils nécessitent beaucoup de carburant en raison de la nécessité d'accélérer pour attraper l'objet, ce qui conduit à une solution plus coûteuse - environ 27 millions de dollars par objet. Enfin, il y a l'option nucléaire de libérer un gaz, un brouillard ou un aérogel pour ralentir les objets, mais cela affecterait les engins spatiaux opérationnels et non opérationnels.
Dans leur article, Phipps et son équipe disent que supprimer les déchets spatiaux en créant un jet de plasma de quelques secondes avec un laser est la meilleure solution, ne coûtant que 1 million de dollars par gros objet retiré et quelques milliers pour de petits objets. De plus, des objets plus petits peuvent être désorbités sur une seule orbite et une constellation de «167 objets différents peut être adressée (frappée avec un laser) en une journée, ce qui donne 4,9 ans pour rentrer» dans l'atmosphère.
Tous les 167 objets doivent être soigneusement suivis pour ne pas changer leurs chemins de malheur pour le pire; cependant, il est possible d'utiliser le système pour ajuster les orbites des déchets spatiaux. Cela étant dit, les niveaux actuels de suivi des débris spatiaux ne sont pas adéquats pour mettre en œuvre le LODR, mais il y a un double avantage à faciliter le retrait et à mieux l'éviter avec un meilleur suivi des débris. Un meilleur suivi permettra alors un meilleur contrôle du point de rentrée et de la modification de l'orbite avec LODR, si nécessaire.
Comment une poussée de lumière d'un laser peut-elle modifier une orbite? Bien que le laser ne souffle pas les débris dans l'air, il est toujours efficace en raison de la nature de la mécanique orbitale.
Imaginez un cube qui doit être éliminé sur une orbite parfaitement circulaire à basse altitude. Le robinet d'un laser de haute puissance et le jet de plasma généré repousseraient les cubes, plus loin de la Terre (plus haut en altitude) et sur une orbite plus elliptique.
Cela peut sembler une idée horrible pendant le temps que le cubeat passe à une altitude plus élevée, mais comme il s'agit d'un demi-cercle, il coupe l'atmosphère à une altitude plus basse car l'ellipse est déformée en raison des ajustements du laser. Puisqu'une basse altitude correspond à plus de traînée, le cube ralentit et se verrouille sur une orbite plus basse. C'est pourquoi les orbites hautement elliptiques sont appelées orbites de transfert, car elles changent de voie sur l'autoroute de l'espace. Maintenant, avec l'orbite de transfert terminée, le cubesat est suffisamment ralenti pour que son orbite ne puisse plus être atteinte par le cubesat. Le cubesat tombe alors du ciel.
La viande de la recherche pour le LODR traite de l'atmosphère car le laser peut devenir flou si la turbulence atmosphérique n'est pas abordée. Le LODR est compliqué car les turbulences dans l'atmosphère provoquent des distorsions comme celles que vous voyez au-dessus d'une route par une chaude journée d'été ou comme celles que vous voyez en regardant à travers une bouteille en verre. Cette complication s'ajoute à la visée devant nécessaire pour frapper une cible, tout comme la visée devant nécessaire pour frapper un joueur en cours d'exécution dans le ballon chasseur.
Il existe deux façons d'annuler la turbulence. Premièrement, on peut faire briller un laser à un endroit connu de l'atmosphère, excitant les atomes de sodium à cet endroit. Connaissant la hauteur de ce point dans le ciel, le système peut alors fléchir le miroir réfléchissant pour mettre le point au point à chaque instant. Il peut alors tirer librement.
Une deuxième méthode consiste à utiliser un miroir à conjugaison de phase (PC), également connu sous le nom de rétroflecteur, qui pourrait automatiquement annuler la turbulence en envoyant de la lumière dont la variation de phase a été inversée. C'est-à-dire qu'il renverra un faisceau laser «déformé de façon opposée» dont la distorsion n'est pas effectuée par l'atmosphère créant un faisceau laser net.
LODR n'est pas une solution miracle. Filaire rapporte que «la principale critique d'un tel projet proviendrait de la communauté internationale, qui pourrait craindre qu'un laser suffisamment puissant puisse être utilisé à des fins militaires telles que la frappe de satellites ennemis». Filaire a ensuite mené une entrevue avec Kessler; L'ancien scientifique principal de la NASA pour la recherche sur les débris orbitaux qui a déclaré, en raison de la politique en cause, "toute proposition de laser est morte à l'arrivée." Cependant, Phipps affirme Filaire"Si nous obtenons la bonne coopération internationale, personne ne croirait que le laser est une arme dans les vêtements de mouton."
Il reste des problèmes non résolus, comme le souligne Kessler, frapper la mauvaise partie d'un objet spatial aurait des résultats désastreux. «Vous pourriez heurter la mauvaise partie d'un satellite ou vous vaporiser suffisamment pour le faire exploser.» Malgré cela, une étude attentive de l'objet pourrait éviter tout danger.
