Les poutres de traction des films fantastiques pourraient devenir réalité

La série Star Wars : Andor a été une agréable surprise cette année. Non seulement nous avons eu un excellent récit et la franchise Star Wars a reçu un nouveau contenu après une longue période, mais nous avons également pu assister à une scène qui restera à jamais gravée dans nos mémoires. Nous parlons d'un duel spatial : d'un côté se trouvait le chef rebelle Luthen, de l'autre un navire de guerre impérialiste qui a capturé le rebelle avec une poutre de remorquage.

Mais la technologie des poutres de traction pourrait devenir une réalité. Les scientifiques développent un faisceau de traction électrostatique dont les performances sont très similaires à celles auxquelles nous sommes habitués dans les films de science-fiction. Nous sommes à quelques années-lumière de l’utiliser pour traquer les extraterrestres. Il est censé être utilisé pour retirer les débris spatiaux de l’orbite terrestre.

Les attentes sont élevées. L’industrie spatiale commerciale a prospéré de manière inattendue grâce aux Terriens les plus riches. Elon Musk, Jeff Bezos, Blue Origin, Virgin Galactic... Ce sont les noms des particuliers et des entreprises qui envoient ceux qui ont les portefeuilles les plus riches faire des voyages de tourisme spatial. Cependant, avec le regain d’investissement dans l’industrie spatiale, des questions se posent concernant la pollution. Dans les années à venir, les pays qui investissent massivement dans cette nouvelle course à l'espace (États-Unis, Russie, Chine...) envisagent de lancer davantage de satellites sur une orbite terrestre déjà saturée.

À terme, les satellites défunts et endommagés ainsi que tous les débris des vols spatiaux commerciaux pourraient transformer l’orbite en une immense décharge. Les collisions avec des engins spatiaux en fonctionnement, les particules s'écrasant sur Terre, la contamination de l'atmosphère par des métaux, etc. constituent également un grand danger. Les experts préviennent que l’industrie spatiale en plein essor risque de s’arrêter avant d’avoir pleinement déployé ses ailes.

Un faisceau de traction électrostatique pourrait venir à la rescousse, mettant en sécurité les engins et les satellites en panne. On ne sait pas encore clairement si cela signifie retourner sur Terre à des fins de recyclage ou dans l’espace. Même si une poutre de poussée ne résoudrait pas complètement le problème des débris spatiaux, le concept présente plusieurs avantages par rapport aux autres méthodes proposées pour éliminer les débris spatiaux.

Un prototype pourrait coûter des millions de dollars américains, et une version fonctionnelle à grande échelle pourrait coûter bien plus. Mais si les obstacles financiers peuvent être surmontés, la poutre de traction pourrait être opérationnelle dès la prochaine décennie, affirment ses constructeurs. "La science dispose de preuves, mais le financement n'est pas là", a déclaré Kaylee Champion, chercheuse du projet et doctorante au Département de génie aérospatial de l'Université du Colorado à Boulder.

La gravité artificielle n’est pas réalisable avec la technologie humaine

La technologie de gravité artificielle présentée dans la série Star Wars est définitivement hors de portée de la technologie humaine. Mais le concept a inspiré Hanspeter Schaub, professeur de génie aérospatial à l'Université du Colorado à Boulder, à créer une version plus réaliste.

Schaub a eu l'idée pour la première fois après la première collision majeure de satellite en 2009, lorsqu'un satellite de communication Iridium 33 en état de marche est entré en collision avec un ancien vaisseau spatial militaire russe Kosmos 2251, envoyant plus de 1 800 débris sur l'orbite terrestre. Après ce désastre, Schaub voulait éviter que cela ne se reproduise. Pour ce faire, il a découvert que nous pouvions mettre les vaisseaux spatiaux en sécurité en utilisant l'attraction entre des objets chargés positivement et négativement pour les « coller » ensemble.

Au cours de la décennie suivante, Schaub et ses collègues ont peaufiné le concept. Ils espèrent maintenant qu'il pourra un jour être utilisé pour déplacer des satellites morts hors de l'orbite géostationnaire ou de l'orbite autour de l'équateur terrestre, où la vitesse de l'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 en orbite.

Comment fonctionne une poutre de traction électrostatique ?

Le faisceau de traînée électrostatique utiliserait un vaisseau spatial de service équipé d'un canon à électrons qui tirerait des électrons chargés négativement sur le satellite défunt, a déclaré Champion. Les électrons donneraient à la cible une charge négative tout en laissant au vaisseau de service une charge positive. Il explique que l'attraction électrostatique maintiendrait les objets ensemble même s'ils sont séparés par 20 à 30 mètres d'espace vide.

Une fois l'engin et la cible « collés ensemble », le militaire pouvait retirer la cible de son orbite sans la toucher. Idéalement, un satellite ou une cible qui ne fonctionne pas serait placé sur une « orbite cimetière », plus éloignée de la Terre. Elle pourrait y flotter en toute sécurité pour toujours.

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 que l'engin devrait parcourir pour éviter les collisions, a déclaré le chercheur du projet Julian Hammerl, doctorant à CU Boulder. Ainsi, le vaisseau de service devrait se déplacer très lentement et cela pourrait prendre plus d’un mois pour sortir complètement un seul satellite de son orbite.

La vitesse est "la principale différence entre la science-fiction et la réalité", a conclu Hammerl.

Avantages et limites

Un faisceau de traînée électrostatique présenterait un avantage majeur par rapport aux autres méthodes proposées pour l’élimination des débris spatiaux, telles que les filets et harpons géants et les systèmes d’amarrage physique : il fonctionnerait sans contact.

"Un gros vaisseau spatial mort de la taille d'un autobus scolaire tourne très vite", a déclaré Hammerl. "Si vous tirez avec un harpon ou utilisez un grand filet, le contact physique peut endommager le vaisseau spatial en fonctionnement, aggravant ainsi le problème des débris spatiaux."

Les scientifiques ont proposé d'autres méthodes sans contact, comme l'utilisation d'aimants puissants, mais la fabrication d'aimants énormes est extrêmement coûteuse et risquerait d'interférer avec le système de direction du navire de service.

La principale limitation de la poutre de traction électrostatique est sa vitesse, ou le fait que la méthode est lente. Il y a déjà plus de 550 satellites en orbite autour de la Terre, et on peut s’attendre à ce que ce nombre augmente considérablement dans les décennies à venir.

Si les satellites étaient déplacés les uns après les autres, un seul faisceau de traînée électrostatique ne suffirait pas à suivre le nombre de satellites arrivant en fin de vie. Il nous en faudrait davantage. Une autre limitation d'un faisceau de traînée électrostatique est qu'il fonctionnerait trop lentement pour être pratique pour nettoyer de plus petits morceaux de débris spatiaux.

Le plus gros obstacle est le coût. L'équipe n'a pas encore effectué une analyse complète des coûts de la nouvelle technologie, mais elle coûterait probablement des dizaines de millions de dollars, selon Schaub. Cependant, une fois le vaisseau de service dans l’espace, sa gestion serait relativement efficace.

Quels obstacles les attendent dans les années à venir ?

Les chercheurs travaillent actuellement sur une série d’expériences au Laboratoire de charge électrostatique pour les interactions plasma-engin spatial (ECLIPS) de l’Université du Colorado à Boulder. Une chambre à vide métallique de la taille d'une baignoire, équipée d'un canon à électrons, permet à l'équipe de "réaliser des expériences uniques que presque personne d'autre ne peut actuellement réaliser". Ainsi, ils simulent les effets de l’électrostatique à plus petite échelle.

Une fois l’équipe prête, le dernier et le plus difficile obstacle sera d’obtenir les fonds pour la première mission. La plupart des coûts de la mission seraient liés à la construction et à la mise en service du navire de service à poutre de remorquage. Cependant, les chercheurs souhaiteraient idéalement lancer deux satellites pour le premier test – un faisceau de remorquage et une cible qu’ils pourraient contrôler, ce qui signifierait plus de contrôle sur leurs expériences mais doublerait également le coût.

En cas de financement réussi, le projet pourrait voir le jour dans 10 ans.