Risques en Orbite

Lorsqu’on le peut, comme pour la station Mir, le cargo européen ATV ou ses homologues russes Progress, pour se débarrasser des gros objets sur orbite, on les manoeuvre afin de les placer sur une trajectoire interceptant les couches denses de l’atmosphère audessus d’une zone sans risque, telle que le Pacifique Sud, loin des îles habitées et du trafic aérien ou maritime. Pour les épaves, comme les derniers étages de lanceurs ou de gros satellites hors de contrôle, ce n’est pas possible.

En 1996, le petit satellite Cerise du CNES a eu le triste privilège d’être la première victime avérée d’une collision avec un objet catalogué, lorsqu’un débris issu de l’explosion de l’étage supérieur de l’Ariane qui avait lancé Spot 1 a sectionné son mât de stabilisation.

 Le 10 février 2009, c’est le satellite Iridium 33 qui a été percuté par l’épave du satellite soviétique Kosmos 2251 à 8 km/s, générant plus d’un millier de fragments détectables.

Figure 1

Collision de Cerise avec un Débris (vue d'artiste)

Ces exemples de dommage concernent la partie de la population orbitale avec une taille suffisante pour être observé depuis le sol, et en conséquence cataloguée. Cette taille est de l’ordre de 10 cm en orbite basse et d’un mètre pour les orbites hautes (i.e. Orbites MEO et GEO). 

En vérité, les dommages engendrés par les débris spatiaux peuvent être relativement importants même si la taille du débris est petite. Ceci est tout simplement dû à la vitesse orbitale des débris qui est très élevée (de l’ordre de 25.000 Km/h pour un satellite en orbite basse) et par conséquent l’énergie cinétique n’en est que plus importante. 

Figure 2

Echantillon Après un test d’Impact Hyper-Véloce (Source : ESA)

Le tableau 1, donne les ordres de grandeur des épaisseurs d’aluminium perforés  par une bille d’aluminium d’une taille donnée impactant à une vitesse de 10 Km/s 

diamètre du projectile

0.01 mm

0.1 mm

1 mm

10 mm

épaisseur perforée

0.03 mm

0.4 mm

4 mm

50 mm

 Tableau 1

Epaisseur d’aluminium perforée en fonction de la taille du projectile

De ce fait, les débris d’une taille inférieure à 1/10 de millimètre ne feront qu’éroder les surfaces de nos satellites. Cette érosion, cumulée sur le long terme, peut occasionner le détachement d’écailles de peinture ou des nappes de protection thermique (MLI).

Les débris d’une taille comprise entre 1/10 de millimètre et 1 centimètre, peuvent générer des dommages significatifs comme par exemple la perforation des équipements. En fonction de l’équipement atteint et de la période d’exposition à l’environnement, les dommages peuvent aller d’un disfonctionnement mineur, à la perte de la charge utile pouvant arriver jusqu’à la perte du satellite.   

  Figure 3

Image en rayons X d’un impact de projectile générant un nuage de débris en face arrière (Source: CEA)

Par contre, les débris d’une taille comprise entre 1 cm et 10 cm engendrent des dommages très importants compte tenu de l’énergie cinétique. Ils présentent un réel danger du fait qu’ils ne sont pas détectables depuis le sol. A ce jour aucun blindage ne résiste l’impact d’un débris de taille supérieure à 2 cm.

Les débris de taille supérieure à 10 cm auront des conséquences catastrophiques en cas de collision. Les dommages peuvent aller jusqu’à la fragmentation totale des objets collisionnant avec la génération de plusieurs milliers des débris supplémentaires.

Un de ces exemples de collision catastrophique a eu lieu le 10 Février 2009 à 16:56 TUC à 776 kilomètres au-dessus de la péninsule de Taïmyr en Sibérie. Cette collision impliquait le satellite commercial Iridium 33 (560 kg) et le satellite Cosmos-2251 (900 kg), un satellite de télécommunications militaires russe hors du service. Cette collision a été la première impliquant deux satellites intacts. Suite à cette collision plus de 2000 débris, d’une taille suffisante pour être catalogués, ont été générés.

  Vidéo 1

Simulation de la collision entre le satellite Américain IRIDIUM-33 et le satellite Russe COSMOS-2251 (Source : AGI)