Rapport 2023 de l’ESA sur l’environnement spatial

Des tendances qui persistent

Le nombre de nouveaux satellites lancés continue d’augmenter d’année en année

2409 nouveaux satellites suivis ont été insérées en orbite autour de la Terre en 2022, un record absolu.

La plupart des nouveaux satellites se dirigent vers des orbites similaires

L’espace a beau être infiniment grand, les régions qui ont une valeur économique sont quant à elles ridiculement petites.

Le nombre de nouveaux satellites lancés l’année dernière est presque entièrement constitué par ceux qui établissent ou étendent des constellations de satellites commerciaux en orbite terrestre basse.

Ces constellations sont lancées pour fournir des services tels que des communications mondiales, mais seule une bande étroite d’orbites convient à ces fins.

En conséquence, une collision ou une fragmentation dans ces régions orbitales serait catastrophique pour le reste des satellites sur des orbites similaires, ainsi que pour les satellites ou véhicules spatiaux avec équipage qui traversent cette région pour rejoindre des destinations plus éloignées.

Ces orbites sont les plus dangereuses

Sur plus de 30 000 débris spatiaux de plus de 10 cm actuellement identifiés, plus de la moitié d’entre eux jonchent l’orbite terrestre basse (moins de 2 000 km).

Ce chiffre n’inclut pas les objets dont la trajectoire n’est pas encore suivie, ou ceux qui sont trop petits pour être suivis. D’après les modélisations de l’ESA, le nombre total d’objets en orbite terrestre d’une taille supérieure à 1 cm est probablement supérieur à un million.

Cependant, en raison de l’augmentation du nombre de lancements, un satellite moyen sur une orbite inférieure à 600 km est en fait plus susceptible de devoir prendre des mesures d’évitement de collision avec un autre satellite qu’avec un débris.

Une éventuelle collision avec un autre satellite opérationnel est peut-être plus facile à éviter puisque les deux objets sont généralement manœuvrables, mais cela nécessite une bonne coordination et un échange de données entre opérateurs afin de s’assurer de l’absence de malentendus.

À des altitudes plus élevées, les satellites sont plus à risque d’entrer en collision avec un fragment de débris résultant d’un petit nombre de fragmentations bien documentées.

Nouvelles perspectives

Un nombre record d’objets qui pénètrent dans l’atmosphère terrestre

2022 a vu la chute depuis l’espace d’un nombre record d’objets fabriqués par l’homme. Il s’agit en majorité de la chute d’un grand nombre de « fragments de charge utile » qui résultaient d’un test anti-satellite effectué en orbite.

Cependant, l’année dernière a également vu un nombre record de satellites rentrer dans l’atmosphère terrestre.

De plus en plus de satellites sont conformes aux lignes directrices internationales

Le nombre croissant de rentrées n’est pas nécessairement une mauvaise chose. L’enlèvement efficace des satellites est l’une des choses les plus importantes pour assurer la sécurité des orbites terrestres basses.

Les lignes directrices sur l’atténuation des débris spatiaux stipulent que les satellites doivent quitter les orbites protégées dans les 25 années qui suivent la fin de leur mission. Cette image montre combien la conformité à cette directive s’améliore pour différents types de satellites. Ainsi, la conformité des satellites des premières constellations était très faible, alors que celle des satellites lancés cette décennie approche les 100 %.

Cela signifie que le nombre de rentrées devrait continuer d’augmenter

Plus de 80 % des satellites lancés en 2022 et rejoignant une constellation ont été insérés sur des orbites à partir desquelles ils chuteront vers la Terre en moins de deux ans une fois leur vie opérationnelle terminée ou s’ils perdent leur propulsion. Le nombre de satellites rentrant dans l’atmosphère terrestre devrait donc continuer à croître dans les années à venir.

La plupart des satellites hors constellation sont insérés sur des orbites à partir desquelles le déclin d’orbite se produirait en moins des 25 années maximum stipulées par les lignes directrices et normes internationales. Dans la pratique, l’introduction de ces lignes directrices a vu les activités orbitales se déplacer vers des altitudes plus basses que ce que nous connaissions il y a 10 ans.

La plupart des rentrées sont incontrôlées… pour le moment

Cependant, la plupart des objets rentrent de manière incontrôlée : ils sont désactivés à la fin de leur mission et on les laisse tomber et se consumer dans l’atmosphère terrestre.

Cela aide à garder les orbites exemptes de débris spatiaux inactifs, mais le propriétaire n’a aucun contrôle sur l’endroit où l’objet se brisera dans le ciel terrestre et où les potentiels fragments atterriront.

L’avancement de la technologie, l’augmentation de la réutilisabilité et la mise en œuvre ainsi que le respect des lignes directrices liées à la durabilité ont vu une augmentation récente des « rentrées contrôlées » pour les étages de lanceurs. Une rentrée contrôlée permet aux opérateurs de retirer leur satellite des régions protégées de façon plus rapide et mieux contrôlée quant à l’endroit, au moment et à la manière dont il rentre, voire atterrit, au prix d’une allocation de carburant pour y parvenir.

Si les lignes directrices d’atténuation des débris spatiaux devenaient plus strictes dans les années à venir, les satellites pourraient également devoir quitter les régions protégées plus rapidement qu’aujourd’hui et de manière encore plus sûre. Une façon d’y parvenir est de prévoir dès sa conception que le satellite effectuera une rentrée contrôlée à la fin de sa mission.

Mais ce n’est pas parce qu’un ancien satellite n’a pas été conçu pour être contrôlé pendant sa descente dans l’atmosphère que c’est impossible à accomplir. En juillet 2023, les équipes du contrôle de mission ESOC de l’ESA ont tenté une nouvelle méthode permettant de rendre plus sûre la rentrée d’anciens satellites.

Les équipes de l’ESA ont effectué la première « rentrée assistée » de ce type en guidant le satellite Aeolus de l’Agence afin qu’il brûle au-dessus de régions inhabitées de l’Atlantique et de l’Antarctique, bien que le satellite ait été conçu à la fin des années 1990 sans qu’il soit prévu de le contrôler de cette façon.

Perspectives

L’espace devient de plus en plus utile, précieux et même essentiel à la société moderne, mais nous devons nous assurer de ne pas seulement tirer profit de l’orbite terrestre, mais également d’en extraire les déchets.

Les gros débris spatiaux présentent deux types de risques : le risque à court terme qu’ils entrent en collision directe avec un satellite actif, et le risque à long terme qu’ils se fragmentent en un nuage de petits morceaux, qui auraient chacun le potentiel d’endommager un satellite de façon catastrophique.

Même si nous arrêtions tout lancement à partir de maintenant, les collisions parmi les débris spatiaux déjà en orbite aggraveraient quand même le problème.

À long terme, l’augmentation de l’activité spatiale pourrait mener au « syndrome de Kessler », une situation dans laquelle la densité d’objets en orbite est suffisamment élevée pour que des collisions entre objets et débris créent un effet de cascade, chaque collision générant des débris qui augmentent ensuite la probabilité de survenance de nouveaux impacts. À ce stade, certaines orbites terrestres basses deviendraient totalement inhospitalières.

 

Alors, que faire ?

Sur la base des conclusions du rapport annuel de l’ESA et d’autres études, il existe un consensus croissant sur le fait que nous avons besoin d’adopter des pratiques plus strictes d’atténuation des débris spatiaux.

L’ESA a récemment introduit une approche Zéro débris, dans le but de s’assurer que les activités de l’Agence ne génèrent aucun nouveau débris spatial sur des orbites précieuses d’ici 2030.

L’approche englobe un certain nombre de développements liés à la politique de l’Agence, aux progrès technologiques et aux opérations des satellites qui limiteront fortement la génération de débris spatiaux.

Pour les débris plus anciens, la seule solution est « l’élimination active des débris ». L’ESA achète la mission ClearSpace-1 en tant que service de la start-up suisse « Clearspace SA » pour démontrer les technologies nécessaires à l’élimination active des débris. Il s’agit également d’une première étape visant à établir un nouveau secteur commercial durable dédié à l’élimination des objets à haut risque de nos autoroutes orbitales précieuses et finies.

ClearSpace-1 sera la première mission à extraire un débris spatial de son orbite. Le véhicule spatial effectuera un rendez-vous, capturera et fera effectuer en toute sécurité une rentrée atmosphérique à un morceau de lanceur de 112 kg en orbite depuis 2013.

Tout comme avec la rentrée d’Aeolus, l’ESA cherche à démontrer qu’une approche plus durable est possible, même dans des circonstances difficiles. L’Agence espère qu’en donnant l’exemple, elle pourra inciter d’autres opérateurs et industriels spatiaux à adopter des pratiques similaires au bénéfice de tous.

Lire l’intégralité du rapport annuel sur l’environnement spatial de l’ESA 2023