RemoveDebris est un mini-satellite expérimental de
l'Agence spatiale européenne lancé en 2018 et destiné à tester plusieurs
techniques de collecte et de retrait des débris spatiaux.
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Figure 18: Le satellite RemoveDebris déployé depuis la
station spatiale internationale le 20 juin 2018 (crédit image: NASA / NanoRacks
/ Ricky Arnold, réf. 28).
Contexte
Les débris spatiaux sont de plus en plus nombreux dans
l'espace : il s'agit de satellites arrivés en fin de vie, d'étages supérieurs
de lanceurs, de débris générés par la collision de deux engins, de
sous-composants largués au moment du déploiement du satellite, de particules de
peinture, de fluides (ergols, réfrigérant).
Figure 11: Enlèvement du satellite DEBRIS lors de
l'assemblage final à SSTL (crédit image SSTL / Max Alexander)
Les principales agences spatiales ont pris conscience du
phénomène et depuis une vingtaine d'années tentent de mettre en place des
stratégies pour réduire sinon limiter la croissance de leur nombre.
Figure 19: Photo du commandant de l'astronaute de la
NASA Drew Feustel la semaine dernière alors qu'il abordait le chargement du microsatellite
RemoveDebris dans le sas de Kibo (crédit image: NASA / NanoRacks)
La mesure la plus facile est l'application d'une
réglementation visant à restreindre leur multiplication : suppression des pièces
mobiles, passivation des étages supérieurs (pour éviter leur explosion) ou
désorbitation de ceux-ci, mise en orbite cimetière en fin de vie ou
accélération de la désorbitation.
Figure 20: 4 avril 2018: Configuration de la station
spatiale internationale. Quatre vaisseaux spatiaux sont amarrés à la station
spatiale, dont le cargo SpaceX Dragon, le navire de ravitaillement Progress 69
et les navires-équipages Soyouz MS-07 et MS-08 (crédit image NASA TV) 31)
Elle est déjà
appliquée par les principales agences spatiales.
Une autre mesure
active consiste à désorbiter les débris spatiaux.
L'Agence spatiale européenne est un des acteurs les plus
actifs dans ce dernier domaine.
Son programme e.Deorbit vise à mettre au point des
techniques permettant de désorbiter un satellite de grande taille.
Figure 21: Les installations de vol MISSE illustrées
ici sont fabriquées par Alpha Space Test and Research Alliance. La nouvelle
configuration offre plusieurs faces, ce qui permet aux spécimens matériels
d’être exposés à l’environnement spatial à partir des quatre orientations
(bélier, sillage, zénith et nadir), crédit d’image: Alpha Space Test &
Research Alliance
Les travaux déjà effectués ont permis d'identifier les
principaux problèmes techniques et d'évaluer les aspects économiques de
missions dédiés à la désorbitation de satellites.
Figure 22: à bord de l'ISS, des astronautes ont accroché
le dragon non encore armé aujourd'hui (4 avril) à 10 h 40 GMT à l'aide de
l'énorme bras robotique Canadarm2 du laboratoire en orbite (crédit image: NASA
TV)
Plusieurs techniques de capture ont été proposées et
étudiées : bras robotique, filet, harpon.
La capture d'un débris nécessite auparavant de réaliser
un rendez-vous spatial avec celui-ci.
Figure 31 : Illustration du projectile pour harpon
RemoveDebris (crédit image: consortium RemoveDebris)
Plusieurs techniques basées sur des capteurs optiques
sont en cours de développement.
Enfin les technologies de désorbitation sont proposées et
ont fait parfois l'objet d'une évaluation dans l'espace : voile solaire, module
de désorbitation, utilisation de câbles électrodynamiques1.
Objectifs
La mission RemoveDebris, développée dans le cadre du
programme Framework 7 de l'Union européenne doit évaluer plusieurs solutions
techniques de capture et de désorbitation.
Son implémentation a débuté en 2013. Elle doit déboucher
sur une mission opérationnelle vers 2023.
Figure 36: Image de la caméra sur la TDS-1 de l'APM
avec la Terre à l'arrière-plan (crédit d'image: consortium RemoveDebris)
Les objectifs de
la mission RemoveDebris sont les suivants :
- Capturer à l'aide d'un filet un nano-satellite DebriSat
1 déployé auparavant depuis le satellite
- Utiliser un harpon pour capturer le nano-satellite
DebriSat 2 déployé auparavant
- Mettre en œuvre un système de navigation optique pour
repérer le nano-satellite DebriSat 2
- Utiliser une voile solaire pour accroitre la trainée et
ainsi accélérer la rentrée atmosphérique.
20 juin 2018 - Le
satellite RemoveDEBRIS a été déployé depuis la Station spatiale internationale
via le Kaber Microsatellite Deployer (Kaber) de Nanorack, développé
commercialement, et est devenu le plus gros satellite jamais déployé depuis
l'ISS à partir de l'ISS!
Caractéristiques
techniques
RemoveDebris est un mini-satellite de 100 kg utilisant
une plateforme de la série SSTL X50 développée par la société anglaise SSTL.
Le satellite a la forme d'un cube dont les dimensions
sont de 0,65 m x 0,65 m x 0,72 m.
Le satellite est stabilisé 3 axes avec une précision de
pointage de 2,5°.
Il dispose de cellules solaires qui fournissent 8 Watts.
Les
photos sont fournies avec l'aimable autorisation de NASA / NanoRacks.
La charge utile
d'une masse approximative de 40 kg est constituée par :
- Un nano-satellite de type CubeSat 2U baptisé DebrisSat
1
- Un nano-satellite de type CubeSat 2U baptisé DebrisSat
2
- Un filet déployable
- Un harpon
- Un système de navigation optique VBN (vision-based
navigation) comprenant - - une caméra et un lidar
- Une voile déployable.
Le projet est cofinancé par la Commission européenne
et les recherches ayant abouti à ces résultats ont été financées par le
septième programme-cadre de l'Union européenne (7e PC / 2007-2013) au titre de
la convention de subvention n ° 607099.
Déroulement de la
mission
Le satellite RemoveDebris a été placé en orbite le 2
avril 2018 par le cargo spatial SpaceX Dragon dans le cadre de la mission
SpaceX CRS-14 (en).
Placé dans la soute interne du cargo spatial, il doit
être déployé dans l'espace via le petit sas du laboratoire spatial japonais
Kibo de la Station spatiale internationale.
Illustration: Le satellite devrait être déployé par le
bras robotique de la station en mai
L'ensemble du projet RemoveDebris coûte 15 M € (13 M
£). La moitié provient de la Commission européenne; l'autre moitié provient des
10 partenaires impliqués.
Il circulera initialement sur une orbite de 400 km
identique à celle de la station spatiale puis son orbite sera progressivement
réduite par les forces de trainée accrues par l'utilisation d'une voile
solaire.
La mission doit durer environ 1,5 ans dont une période de
20 semaines durant lesquelles le satellite sera actif et un an de suivi de la
phase de désorbitation.
Déroulement des
expériences
Le satellite exécute quatre expériences sur une période
longue d'une vingtaine de semaines :
La première expérience a pour objectif d'améliorer la
technique de capture basée sur l'utilisation d'un filet.
Pour effectuer ce test, la satellite éjecte le CubseSat
DS1 stocké jusque là dans la plateforme.
DS1 accroit son volume grâce à un système ballon
gonflable.
Lorsque le CubeSat se trouve à 7 mètres, le filet est
projeté vers le CubeSat.
Des masselotes placées aux extrémités du filet doivent
contribuer à l'enveloppement et un filin est entrainé par un winch pour
empêcher le filet de se rouvrir.
Le déroulement du test est filmé par deux caméras.
Le CubeSat est ensuite largué et son altitude décroit
rapidement du fait de la surface du ballon sur lequel s'exerce les forces de
trainée.
La deuxième expérience a pour objectif de tester un
système de navigation optique (VBN).
Pour effectuer ce test, un deuxième CubseSat est largué
et s'éloigne du satellite à petite vitesse.
Il est suivi par deux caméras et un lidar infrarouge.
La troisième expérience consiste à mettre en oeuvre un
harpon pour frapper une cible fixée sur une perche longue de 1,5 mètre.
Le harpon comporte un dispositif de verrouillage qui
l'empêche de se détacher.
La quatrième expérience consiste à déployer une voile
destinée à augmenter la trainée et accélérer ainsi la diminution de l'altitude
et donc le délai avant la rentrée atmosphérique.
https://www.sstl.co.uk/media-hub/latest-news/2018/removedebris-deployed-into-low-earth-orbit-from-th
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