Comment nettoyer 170 millions de débris spatiaux ?

En mars, la NASA a publié l'analyse financière la plus complète sur les débris spatiaux. Pour la première fois, ce rapport met en lumière les coûts financiers et les avantages des différentes voies à suivre pour lutter contre l'un des dangers à la croissance la plus rapide en orbite terrestre.

L'économie spatiale est énorme, mais l'un de ses plus grands défis est minuscule : les débris spatiaux, où une collision avec un objet de la taille d'un cent peut causer des dommages catastrophiques. Plus d'objets sont placés en orbite maintenant qu'à n'importe quel moment de l'histoire. Cela augmente le risque de collisions entre les satellites et les débris existants. Il y a eu diverses approches pour gérer et atténuer les débris, allant des efforts législatifs/réglementaires aux efforts technologiques.

Avec l'augmentation de l'activité dans l'espace, les débris constituent une menace croissante pour l'orbite terrestre basse (LEO), la zone la plus accessible de l'espace. Il peut y avoir jusqu'à 170 millions de débris en orbite, la grande majorité étant trop petite pour être suivie en raison des limites de la technologie actuelle, mais non moins dangereuse. Sur les 55 000 débris que nous pouvons suivre, plus de 27 000 objets, tels que des propulseurs de fusée usagés, des satellites actifs et des satellites morts, sont surveillés par le réseau mondial de surveillance spatiale (SSN) du ministère de la Défense.

En raison de la vitesse à laquelle les objets se déplacent dans LEO (environ 17 000 mph), l'impact d'un objet même petit, comme une balle de ping-pong, peut causer des dommages importants ou briser complètement l'infrastructure existante, produisant plus de fragments de taille traçable et détectable. Deux fois au cours du mois dernier, la Station spatiale internationale a dû effectuer des manœuvres pour éviter les collisions. Outre la congestion LEO immédiate, le risque de syndrome de Kessler, dans lequel les débris actuels créent une cascade croissante et auto-réplicante de déchets orbitaux, est également une possibilité croissante. Les dirigeants politiques ont commencé à prêter attention : le sénateur John Hickenlooper (D-CO) - l'un des leaders du Congrès sur cette question - a déclaré : "En raison des menaces de débris déjà en orbite, empêcher simplement plus de débris à l'avenir n'est pas assez."

Les efforts technologiques pour limiter les débris comprennent la fabrication de fusées réutilisables et de satellites manoeuvrables. Certains satellites peuvent ajuster leur position par l'intermédiaire d'un opérateur satellite, une personne ou une entité qui gère un satellite. Par exemple, la Station spatiale internationale a effectué ce qu'on appelle une manœuvre en orbite pour esquiver les débris. Pour répondre aux besoins de nettoyage, les industries ont développé des technologies de nettoyage des débris telles que les coups de pouce laser au sol, les remorqueurs spatiaux et les lasers spatiaux. La politique n'a pas suivi le rythme de la croissance rapide des industries spatiales commerciales émergentes. Les industries hésitent également à utiliser et à mettre en œuvre efficacement les nouvelles technologies parce que les coûts sont incertains.

Il n'y a jamais eu d'analyse coûts-avantages complète des méthodes de nettoyage des débris (remédiation) malgré la disponibilité de données solides sur le nombre d'objets dans l'espace. Cette nouvelle analyse de la NASA fournit le coût de la technologie et le temps nécessaire pour récupérer les coûts, donnant aux industries une meilleure idée de la façon de mettre en œuvre efficacement les nouvelles technologies.

Pour créer le rapport, les scientifiques de la NASA ont créé un modèle qui spécifiait les risques économiques que les débris spatiaux imposaient aux opérateurs de satellites en fonction du temps nécessaire pour faire correspondre le coût de nettoyage et la méthode de nettoyage utilisée. Les scientifiques ont ensuite appliqué le modèle à deux scénarios : donner la priorité à la décomposition et à l'élimination des gros débris (c'est-à-dire se débarrasser des 50 objets les plus gros et les plus préoccupants dans l'espace) et cibler l'élimination des petits débris (éliminer 100 000 débris de 1 à 10 cm taille).

Constatation 1. Pour réduire les risques pour l'opérateur, les petits débris doivent être enlevés et les gros débris doivent être poussés pour éviter les collisions.

Même si cela coûte cher au départ, l'élimination des petits débris produirait un avantage net en moins d'une décennie :

L'investissement initial peut être réalisé rapidement et avoir un impact important.

L'investissement initial peut être réalisé rapidement et avoir un impact important.

Les modèles de la NASA indiquent que les efforts d'élimination des débris pour les débris non traçables peuvent avoir des avantages immédiats. Pour les débris traçables, il ne faudrait que 3 à 4 ans pour compenser les coûts initiaux.

Constatation 2. Les opérateurs d'engins spatiaux peuvent récupérer rapidement le coût initial initial en utilisant des technologies réutilisables qui nettoient les débris à l'aide d'une rentrée contrôlée et incontrôlée.

L'avantage associé à la suppression des objets volumineux augmente chaque année après leur assainissement.

Pour les 50 plus gros objets dans l'espace, qui peuvent être efficacement retirés à l'aide d'une rentrée contrôlée, en particulier lorsqu'ils sont effectués à l'aide de véhicules réutilisables, le recouvrement des coûts serait observé dans environ trois décennies.

Constatation 3. Le recyclage des débris spatiaux n'offre pas d'avantages financiers suffisamment évidents par rapport aux autres méthodes de nettoyage des débris.

Bien que le recyclage des débris spatiaux présente des avantages économiques et climatiques potentiels, le recyclage dans l'espace réduit le risque de rejet de produits chimiques nocifs dans la haute atmosphère car il brûle à la rentrée et limite la quantité de restes de débris dans la haute atmosphère.

Investir dans des installations de recyclage des débris a un coût initial important, et il n'est pas garanti qu'un marché pour de telles installations émergera au cours de la prochaine décennie. Cela rend les projections de la valeur du recyclage incertaines. Le rapport indique cependant que le recyclage des débris est une solution potentielle aux efforts à long terme de gestion des débris. Cela peut se faire par le biais de la fabrication et de l'assemblage dans l'espace (ISAM), une pratique qui implique des usines et des services publics dans l'espace et couvre l'entretien, l'assemblage et la fabrication. Ces installations peuvent être utilisées pour collecter et recycler des milliards de dollars de débris spatiaux et aider à créer une "économie spatiale circulaire" pour traiter, recycler, construire et ravitailler les infrastructures spatiales en utilisant les débris existants.

Nous avons des idées qui ont déjà été apportées pour lutter contre les débris spatiaux. Une collaboratrice du projet Day One, Lyndsey Gray, a présenté cinq solutions politiques pour l'élimination des débris spatiaux. Les trois plus pertinentes ci-dessous sont mises en évidence ci-dessous :

Recommandation 1. Le bureau du programme de débris orbitaux (ODPO) de la NASA, en coordination avec le réseau de surveillance spatiale du DOD, devrait créer une liste prioritaire des débris spatiaux massifs dans LEO pour un nettoyage accéléré.

C'est un bon début. La création d'une liste de gros débris (> 10 cm) par impact et la priorisation des gros débris tels que les satellites non fonctionnels, les étages de fusées épuisés et d'autres gros débris à l'aide de lasers au sol permettront d'augmenter les avantages à moindre coût. De plus, la NASA devrait donner la priorité à la destruction des débris non traçables et autres petits débris.

Leur rapport révèle que l'assainissement des débris plus petits non seulement donne des résultats plus rapides, mais constitue un ascenseur financier plus léger. L'étude de la taille et de l'impact des débris peut être effectuée parallèlement à l'élimination des débris plus petits, ce qui maximise l'impact.

Recommandation 2. La Force spatiale, en collaboration avec le Département du commerce (DOC), devrait financer l'enlèvement et/ou le recyclage d'un nombre défini de gros débris chaque année, créant ainsi un marché fiable pour l'enlèvement des débris spatiaux.

Nous recommandons que la Force spatiale naissante et le Département du commerce fournissent un financement pour des solutions techniques permettant d'éliminer et de recycler les objets de débris plus gros. Si nous voulons nous attaquer au problème des débris spatiaux, nous avons besoin de financement. La quantité de gros débris est déjà largement cataloguée. Cela est faisable avec l'achèvement d'une liste traçable des gros débris de la recommandation 1.

Le rapport de la NASA fournit des informations sur les coûts pour dynamiser les industries spatiales émergentes afin qu'elles commencent à investir dans des outils et des infrastructures d'élimination des débris afin de maximiser l'impact. La NASA indique les coûts initiaux / d'entretien prévus du recyclage des débris et les coûts d'élimination des gros débris. Étant donné que plus d'argent peut être économisé grâce à des coups de coude et peut encore prévenir de manière significative les collisions, cela peut offrir de la place pour développer des capacités ISAM pour le recyclage.

Recommandation 3. Le Bureau du commerce spatial de la NOAA, en collaboration avec la Force spatiale et l'ODPO de la NASA, devrait publier conjointement un rapport de recherche annuel décrivant les risques, les analyses coûts-avantages et l'économie de l'enlèvement et du recyclage des débris orbitaux.

Avoir une analyse coûts-avantages régulière peut aider les entreprises à évaluer la portée de leurs propres efforts de recyclage et de nettoyage des débris spatiaux. L'analyse coûts-avantages de la NASA est conforme à l'intention de cette recommandation. Le rapport de la NASA sert également de bonne base pour de futures analyses récurrentes.

Les débris spatiaux ne vont pas disparaître, mais nous pouvons commencer à minimiser la menace qu'ils représentent.

Le rapport de la NASA indique que prendre des mesures immédiatement aura des inconvénients financiers minimes, avec un impact élevé sur le nettoyage des débris d'ici quelques années. Des technologies telles que les coups de pouce laser au sol et dans l'espace offrent des alternatives peu coûteuses aux autres méthodes d'atténuation des débris actuellement utilisées. Le rapport donne également un aperçu de la compréhension des industries des véritables coûts financiers associés au nettoyage des débris spatiaux. Cela peut encourager l'innovation et créer des technologies encore plus rentables pour gérer et nettoyer les débris. Il est également nécessaire de s'attaquer immédiatement au problème des débris spatiaux : les infrastructures gouvernementales et commerciales existantes des États-Unis (la Station spatiale internationale et les satellites commerciaux Internet et scientifiques) sont menacées. Plus les débris spatiaux seront traités rapidement, plus nous verrons d'innovations et d'inventions spatiales dans les décennies à venir.

La durabilité et la sécurité de l'orbite extérieure de la Terre et le succès futur des missions de lancement dépendent de l'élimination de soixante années de débris spatiaux accumulés.

Le leadership de l'Amérique dans l'exploration spatiale pourrait s'accélérer considérablement grâce à une approche fondamentalement différente des opérations dans l'espace.

L'espace risque de développer l'équivalent de "l'île de plastique à la dérive" de l'océan.