Alors qu'il travaillait au Johnson Space Center de la NASA dans les années 1970, l'astrophysicien Donald Kessler a prédit que les collisions entre les débris spatiaux deviendraient de plus en plus courantes à mesure que la densité des débris spatiaux augmente en orbite autour de la Terre - créant un effet en cascade. Depuis 2005, la quantité de débris en orbite a suivi une courbe de croissance exponentielle, confirmant la prédiction de Kessler.
Étant donné que le problème ne fera que s'aggraver dans les années à venir, il existe une demande croissante de technologies capables d'éliminer les débris spatiaux. Suite à un processus concurrentiel, l'ESA a récemment passé un contrat avec la start-up suisse ClearSpace Today pour créer la première mission spatiale d'élimination des débris au monde. Cette mission, connue sous le nom de ClearSpace-1, devrait être lancée d'ici 2025 et contribuera à ouvrir la voie à davantage de missions d'élimination des débris.
À l'heure actuelle, on estime à 29 000 le nombre de débris spatiaux en orbite qui posent un grave risque de collision avec les satellites et les missions spatiales. Cependant, ce ne sont que des objets qui dépassent 10 cm (~ 4 pouces) de diamètre. En plus de cela, il y a environ 750 000 objets dont la taille varie de 1 mm à 1 cm et 166 millions qui mesurent entre 1 et 10 cm (0,4 à 4 pouces) de diamètre.
Pour trouver des solutions à ce problème, une équipe de chercheurs expérimentés en débris spatiaux de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) s'est réunie pour lancer ClearSpace Today. Lors du récent Conseil ministériel de l'ESA (Space19 +) - qui a eu lieu à Séville, en Espagne, fin novembre - les ministres ont convenu d'attribuer un contrat de service à un fournisseur commercial pour retirer en toute sécurité un objet appartenant à l'ESA inactif de LEO.
Avec le soutien du nouveau programme de sécurité spatiale de l’ESA, cette initiative a pour objectif de contribuer au processus de nettoyage de l’espace orbital. Dans le même temps, il est destiné à agir comme un démonstrateur qui validera les technologies nécessaires pour l'élimination des débris. Comme l'a indiqué Luisa Innocenti, à la tête de l'initiative ESA Clean Space:
«Les études de la NASA et de l'ESA montrent que la seule façon de stabiliser l'environnement orbital est d'éliminer activement les gros débris. En conséquence, nous poursuivrons notre développement de technologies essentielles de guidage, de navigation et de contrôle et de méthodes de rendez-vous et de capture grâce à un nouveau projet appelé Active Debris Removal / In-Orbit Servicing - ADRIOS. Les résultats seront appliqués à ClearSpace-1. Cette nouvelle mission, mise en œuvre par une équipe de projet de l'ESA, nous permettra de démontrer ces technologies, réalisant une première mondiale dans le processus. »
Une fois en orbite, le «chaser» ClearSpace-1 rencontrera l'étage supérieur d'un adaptateur de charge utile secondaire VEga (VESPA) qui se trouve actuellement sur une orbite d'altitude de 800 km sur 660 km (500 mi sur 410 mi). Ces débris sont le résultat du deuxième vol du lanceur Vega, qui a eu lieu en 2013 et a mis en orbite le satellite Proba-V de l'ESA, ainsi que les premiers satellites du Vietnam et de l'Estonie.
Cet objectif est un sujet idéal pour plusieurs raisons. En plus d'avoir une masse de 100 kg (220 lb) - ce qui est comparable à celui d'un satellite disparu - sa forme relativement simple et sa construction robuste le rendront facile à capturer et à déplacer. En tant que tel, cet étage supérieur VESPA est un bon cas de test avant de tenter de capturer des morceaux de débris plus gros et plus difficiles (ou plusieurs morceaux).
Avant le rendez-vous de la mission ClearSpace-1 avec sa cible, il sera lancé sur une orbite inférieure de 500 km (mi) pour la mise en service et les tests critiques. Une fois terminé, le chasseur sera élevé sur son orbite cible et, sous la supervision de l'ESA, utilisera quatre bras robotiques pour capturer le VESPA. Les deux seront ensuite désorbités pour brûler dans l'atmosphère. Comme l'explique Luc Piguet, fondateur et PDG de ClearSpace:
«C'est le bon moment pour une telle mission. La question des débris spatiaux est plus urgente que jamais. Aujourd'hui, nous avons près de 2 000 satellites en direct dans l'espace et plus de 3 000 satellites en panne. Et dans les années à venir, le nombre de satellites augmentera d'un ordre de grandeur, avec plusieurs méga-constellations composées de centaines, voire de milliers de satellites prévus en orbite terrestre basse pour fournir des services de télécommunications et de surveillance à large couverture et à faible latence. Le besoin est clair pour une «dépanneuse» de retirer les satellites défaillants de cette région très fréquentée. »
Cette décision fait partie du plan le plus ambitieux à ce jour pour l'avenir de l'ESA et du secteur spatial européen. Lors du Conseil ministériel de cette année, l'ESA s'est engagée à augmenter considérablement le financement de la recherche et de l'exploration spatiales pour la première fois en 25 ans.
Cela comprend le premier détecteur d'ondes gravitationnelles dans l'espace - l'antenne spatiale de l'interféromètre laser (LISA) - qui accompagnera la mission du télescope avancé pour l'astrophysique à haute énergie (Athena) alors qu'il étudie un trou noir. Pour des raisons évidentes, le traitement des débris spatiaux occupe une place particulière dans les plans des agences spatiales pour l’avenir.
En tant que l'un des principaux traqueurs des débris spatiaux, l'engagement de l'ESA envers les stratégies d'atténuation et de nettoyage ne devrait pas surprendre.
«Imaginez à quel point la navigation en haute mer serait dangereuse si tous les navires jamais perdus dans l'histoire dérivaient encore au-dessus de l'eau», a déclaré le directeur général de l'ESA, Jan Wörner. «Telle est la situation actuelle en orbite, et on ne peut pas lui permettre de continuer. Les États membres de l’ESA ont apporté leur ferme soutien à cette nouvelle mission, qui ouvre également la voie à de nouveaux services commerciaux essentiels à l’avenir. »
