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Dans les films de science-fiction, rien ne suscite autant de tension que le vaisseau spatial des gentils pris dans un rayon tracteur invisible qui permet aux méchants de les ramener lentement. Mais ce qui n’était autrefois qu’un incontournable de la science-fiction pourrait bientôt devenir une réalité.
Les scientifiques développent un rayon tracteur réel, surnommé tracteur électrostatique. Cependant, ce rayon tracteur n’aspirerait pas les pilotes de vaisseaux spatiaux impuissants. Au lieu de cela, il utiliserait l’attraction électrostatique pour pousser les objets dangereux débris spatiaux en toute sécurité hors de l’orbite terrestre.
La science existe, mais pas le financement.
Le rayon tracteur électrostatique pourrait potentiellement atténuer ce problème en déplaçant en toute sécurité les satellites morts loin de l’orbite terrestre, où ils dériveraient sans danger pour l’éternité.
Bien que le rayon tracteur ne résolve pas complètement le problème des débris spatiaux, le concept présente plusieurs avantages par rapport aux autres méthodes proposées d’élimination des débris spatiaux, ce qui pourrait en faire un outil précieux pour résoudre le problème, ont déclaré des experts à Live Science.
Un prototype pourrait coûter des millions, et une version opérationnelle à grande échelle encore plus. Mais si les obstacles financiers peuvent être surmontés, le rayon tracteur pourrait être opérationnel d’ici une décennie, affirment ses constructeurs.
« La science est pratiquement là, mais le financement ne l’est pas », a déclaré le chercheur du projet. Championne Kayleedoctorant au Département des sciences de l’ingénierie aérospatiale de l’Université du Colorado à Boulder (CU Boulder), a déclaré à Live Science.
Éviter les catastrophes
Les rayons tracteurs représentés dans « Star Wars » et « Star Trek » aspirent les vaisseaux spatiaux via la gravité artificielle ou un « champ d’énergie » ambigu. Une telle technologie dépasse probablement tout ce que les humains pourront jamais réaliser. Mais le concept a inspiré Hanspeter Schaubprofesseur d’ingénierie aérospatiale à CU Boulder, pour conceptualiser une version plus réaliste.
Schaub a eu l’idée pour la première fois après première collision majeure de satellite en 2009lorsqu’un satellite de communications actif, Iridium 33, s’est écrasé sur un ancien vaisseau spatial militaire russe, Kosmos 2251, dispersant plus de 1 800 débris sur l’orbite terrestre.
Après ce désastre, Schaub voulait pouvoir empêcher que cela ne se reproduise. Pour ce faire, il a réalisé qu’il était possible de mettre un vaisseau spatial hors de danger en utilisant l’attraction entre des objets chargés positivement et négativement pour les faire « coller » ensemble.
Au cours de la décennie suivante, Schaub et ses collègues ont peaufiné le concept. Maintenant, ils espèrent qu’il pourra un jour être utilisé pour déplacer les satellites morts hors de orbite géostationnaire (GEO) — une orbite autour de l’équateur terrestre où la vitesse d’un objet correspond à la rotation de la planète, donnant l’impression que l’objet est fixé au-dessus d’un certain point sur Terre. Cela libérerait alors de l’espace pour d’autres objets dans GEO, qui est considéré comme un « immobilier de choix » pour les satellites, a déclaré Schaub.
Comment ça marche ?
Le tracteur électrostatique utiliserait un vaisseau spatial de service équipé d’un canon à électrons qui tirerait des électrons chargés négativement sur un satellite cible mort, a déclaré Champion à Live Science. Les électrons donneraient à la cible une charge négative tout en laissant au serveur une charge positive. L’attraction électrostatique entre les deux les maintiendrait enfermés ensemble même s’ils étaient séparés par 20 à 30 mètres d’espace vide, a-t-elle déclaré.
Une fois que le réparateur et la cible sont « collés ensemble », le réparateur serait en mesure de retirer la cible de l’orbite sans la toucher. Idéalement, le défunt satellite serait placé sur une « orbite cimetière » plus éloignée de la Terre, où il pourrait dériver pour toujours en toute sécurité, a déclaré Champion.
L’attraction électrostatique entre les deux engins spatiaux serait extrêmement faible, en raison des limites de la technologie des canons à électrons et de la distance dont les deux devraient être séparés pour éviter les collisions, selon le chercheur du projet. Julien Hammerldoctorant à CU Boulder, a déclaré à Live Science. Le réparateur devrait donc agir très lentement, et cela pourrait prendre plus d’un mois pour retirer complètement un seul satellite de GEO, a-t-il ajouté.
On est loin des rayons tracteurs des films, qui sont incontournables et enroulent rapidement leurs proies. C’est la « principale différence entre la science-fiction et la réalité », a déclaré Hammerl.
Avantages et limites
Le tracteur électrostatique aurait un gros avantage par rapport aux autres méthodes proposées pour éliminer les débris spatiaux, tels que les harpons, les filets géants et les systèmes d’amarrage physique : il serait totalement sans contact.
« Vous avez ces gros vaisseaux spatiaux morts de la taille d’un autobus scolaire qui tournent très vite », a déclaré Hammerl. « Si vous tirez avec un harpon, utilisez un gros filet ou essayez de vous amarrer avec eux, alors le contact physique peut endommager le vaisseau spatial et vous ne faites qu’empirer le problème (des débris spatiaux). »
Les scientifiques ont proposé d’autres méthodes sans contact, telles que l’utilisation d’aimants puissants, mais les énormes aimants sont à la fois coûteux à produire et interféreraient probablement avec les commandes d’un réparateur, a déclaré Champion.
La principale limitation du tracteur électrostatique est la lenteur avec laquelle il fonctionne. Plus de 550 les satellites orbitent actuellement autour de la Terre en GEOmais ce chiffre devrait augmenter fortement dans les décennies à venir.
Si les satellites étaient déplacés un par un, un seul tracteur électrostatique ne suffirait pas à suivre le nombre de satellites qui tombent hors service. Une autre limitation du tracteur électrostatique est qu’il fonctionnerait trop lentement pour être pratique pour éliminer les petits morceaux de débris spatiaux, de sorte qu’il ne serait pas en mesure de garder GEO complètement exempt de débris.
Le coût est l’autre grand obstacle. L’équipe n’a pas encore effectué une analyse complète des coûts du tracteur électrostatique, a déclaré Schaub, mais cela coûterait probablement des dizaines de millions de dollars. Cependant, une fois le service dans l’espace, son exploitation serait relativement rentable, a-t-il ajouté.
Prochaines étapes
Les chercheurs travaillent actuellement sur une série d’expériences dans leur machine ECLIPS (Laboratoire de charge électrostatique pour les interactions entre le plasma et les engins spatiaux) à CU Boulder. La chambre à vide métallique de la taille d’une baignoire, équipée d’un canon à électrons, permet à l’équipe de « faire des expériences uniques que presque personne d’autre ne peut actuellement faire » afin de simuler les effets d’un tracteur électrostatique à plus petite échelle, a déclaré Hammerl.
Une fois que l’équipe sera prête, le dernier obstacle, et le plus difficile, sera d’obtenir le financement de la première mission, un processus qu’ils n’ont pas encore commencé.
La majeure partie du coût de la mission proviendrait de la construction et du lancement du serveur. Mais les chercheurs souhaiteraient idéalement lancer deux satellites pour les premiers tests, un servicer et une cible qu’ils pourront manœuvrer, ce qui leur donnerait plus de contrôle sur leurs expériences mais doublerait également le coût.
S’ils parviennent à obtenir ce financement, un prototype de rayon tracteur pourrait être opérationnel dans environ 10 ans, selon l’équipe. précédemment estimé.
Est-ce viable ?
Même si les rayons tracteurs peuvent sembler une chimère, les experts sont optimistes quant à cette technologie.
« Leur technologie en est encore à ses balbutiements », John Crassidisun scientifique aérospatial de l’Université de Buffalo à New York, qui n’est pas impliqué dans la recherche, a déclaré à Live Science dans un e-mail. « Mais je suis assez confiant que cela fonctionnera. »
Si vous tirez avec un harpon, utilisez un gros filet ou essayez de vous amarrer avec eux, le contact physique peut endommager le vaisseau spatial et vous ne faites qu’aggraver le problème (des débris spatiaux).
Supprimer les déchets spatiaux sans les toucher serait également beaucoup plus sûr que n’importe quelle méthode alternative actuelle, a ajouté Crassidis.
Le tracteur électrostatique « devrait être capable de produire les forces nécessaires pour déplacer un satellite défunt » et « a certainement un potentiel élevé pour fonctionner dans la pratique », Caroline Fruehprofesseur agrégé d’aéronautique et d’astronautique à l’Université Purdue dans l’Indiana, a déclaré à Live Science dans un e-mail. « Mais il reste encore plusieurs défis d’ingénierie à résoudre en cours de route pour le rendre prêt pour le monde réel. »
Les scientifiques devraient continuer à rechercher d’autres solutions possibles, a déclaré Crassidis. Même si l’équipe de CU Boulder ne crée pas de « produit final » pour supprimer les satellites non fonctionnels, leurs recherches constitueront un tremplin pour d’autres scientifiques, a-t-il ajouté.
S’ils réussissent, ce ne serait pas la première fois que des scientifiques a transformé la fiction en réalité.
« Ce qui relève de la science-fiction d’aujourd’hui pourrait être la réalité de demain », a déclaré Crassidis.
