L'espace se remplit de déchets. "Ce n'est pas comme s'il y avait une tempête de métal et si vous vous aventurez dans l'espace, vous allez vous faire écraser, " dit le professeur Russell Boyce, Chaire d'ingénierie spatiale à l'UNSW Canberra. "Mais le risque de collisions augmente."

L'US Air Force Space Command suit plus de 20, 000 morceaux de débris de plus de 10 centimètres de large.

À mesure que les capteurs s'améliorent, Boyce soupçonne que ce nombre pourrait atteindre plus d'un demi-million.

Les restes d'anciens satellites et engins spatiaux, ces fragments de métal se déplacent à l'aveuglette en orbite à une vitesse fulgurante de 7,5 kilomètres par seconde. Les impacts à ces vitesses d'hypervitesse non seulement rendraient les actifs spatiaux vitaux irrémédiablement endommagés, ils pourraient déclencher un effet domino de destruction appelé syndrome de Kessler.

Dans ce scénario, chaque collision créerait plus de débris, provoquant toujours plus de collisions jusqu'à ce que l'environnement spatial devienne un champ de mines, hors limites de l'activité humaine pendant des décennies ou plus.

Pour éviter cette catastrophe, des chercheurs du monde entier s'efforcent d'améliorer nos capacités en matière de connaissance de la situation spatiale (SSA). C'est-à-dire, la capacité de visualiser et de prédire avec précision le comportement des objets en orbite autour de la Terre.

L'UNSW Canberra a investi 10 millions de dollars sur cinq ans pour jeter les bases d'un programme spatial australien de nouvelle génération. Boyce est son leader et affirme que le programme inverse déjà la fuite des cerveaux dans la R&D spatiale qui sévit en Australie depuis des décennies.

Le programme a récemment obtenu plus de 562 $, 000 000 du gouvernement ACT dans le cadre du programme de financement des domaines de capacités clés pour la construction de nouvelles infrastructures ; est sur le point de signer un contrat de 10 millions de dollars avec le ministère de la Défense; et développe rapidement la capacité de concevoir, construire et piloter de petits satellites avec des charges utiles « perturbatrices ». Chacun répondra aux priorités nationales stratégiques et aura des objectifs spécifiques qui répondent aux besoins nationaux, allant de la surveillance du changement climatique aux communications quantiques sécurisées et à l'ASS.

Malgré les efforts internationaux pour traquer les débris, il existe encore des lacunes importantes dans notre compréhension du comportement de ces objets dans l'espace. Selon la taille ou la forme d'un objet, les systèmes de suivi peuvent n'avoir des "yeux" dessus que quelques secondes à la fois, dit Boyce. Le travail consiste ensuite à prédire l'orbite et à réacquérir l'objet sur la piste.

"Mais les incertitudes dans la prédiction des orbites sont importantes. Les objets peuvent dériver latéralement et monter et descendre de kilomètres chaque jour, " dit-il. Dans l'atmosphère raréfiée de l'orbite terrestre basse - altitudes comprises entre environ 300 et 2, 000 kilomètres - les objets spatiaux s'écrasent sur diverses molécules, atomes et ions, avec pour effet de s'accumuler et de provoquer des écarts de cap significatifs.

"La communauté scientifique prédit assez mal l'influence de ces impacts, " dit Boyce, et le résultat est que les orbites et les collisions possibles sont également mal prédites. C'est à ce moment que les débris présentent le plus grand risque, car les géomètres sont incapables d'avertir les opérateurs de satellites avec certitude si leurs engins spatiaux sont dans la ligne de mire.

Boyce et son équipe veulent éliminer les conjectures. Ils ont construit un code pour modéliser les forces que les ions chargés exercent sur les objets spatiaux. "L'hypothèse normale est que les particules chargées ont exactement le même effet que les particules neutres telles que les atomes et les molécules en provoquant la traînée, " dit Boyce.

"Mais ce n'est pas vrai du tout.

« Nous commençons à ouvrir un nouveau domaine de la physique des flux, et de montrer certaines des sources possibles de comportement anormal que personne n'a été en mesure d'expliquer auparavant. » Avec une flotte de petits vaisseaux spatiaux bientôt sous son commandement, l'équipe pourra obtenir de « vraies données de validation en orbite ».

Les enjeux de propriété

L'Australie s'appuie de manière critique sur les données spatiales, pour tout, de la sécurité nationale à la gestion des catastrophes, à la surveillance environnementale et à la cartographie des ressources, pourtant il n'a pas la souveraineté sur l'obtention de ces données, dit Boyce.

« L'Australie est de plus en plus perçue comme un parasitaire dans le secteur international, " dit-il. " Nous obtenons toutes nos données plus ou moins gratuitement et cela a été une situation heureuse pour nous. Mais cela touche lentement à sa fin."

Une capacité spatiale domestique, Boyce dit, pourrait ouvrir des opportunités pour l'Australie de capturer une partie du marché spatial en pleine explosion, qui a généré un chiffre d'affaires mondial estimé à 300 milliards de dollars en 2014, selon un rapport de la Space Foundation.

Se réveiller d'une période de relative inaction, le gouvernement fédéral – fin 2015 – a demandé une révision de la loi sur les activités spatiales, et a commencé à éliminer les obstacles réglementaires qui empêchaient les entités australiennes de lancer des satellites et d'opérer dans l'espace. L'un des premiers bénéficiaires était une start-up d'éducation STEM appelée Cuberider, co-fondée par l'étudiante ingénieur UNSW Solange Cunin. En décembre, il a lancé la première charge utile du pays vers la Station spatiale internationale.

« Au cours des deux dernières années, la conversation nationale en Australie sur l'espace a complètement changé, " dit le professeur Michael Frater, Recteur de l'UNSW Canberra. "Ce que nous voyons maintenant, dans tout le gouvernement, est de comprendre qu'il est extrêmement important pour l'Australie d'opérer dans l'espace, tant d'un point de vue sécuritaire qu'économique. On s'en attribue un certain mérite.

"Nous voulons que l'Australie ait une industrie spatiale vraiment dynamique qui comprend des activités importantes dans l'espace et nous voulons jouer un rôle de premier plan pour y parvenir."

Deux ans après le début du plan quinquennal, l'initiative est en avance sur le calendrier. Boyce déclare :« Nous avons maintenant la plus grande capacité spatiale de toutes les universités du pays, et la plus grande équipe spatiale", y compris une poignée de scientifiques et d'ingénieurs spatiaux locaux ramenés d'outre-mer. "Je dirais que c'est la collection la plus complète de talents spatiaux en Australie pour les missions spatiales, développement et exploitation."

Dr Tony Lindsay, qui a travaillé avec le groupe Defence Science and Technology (DST) pendant 28 ans et est maintenant directeur du STELaRLab de Lockheed Martin, dit Boyce et l'équipe de direction de l'UNSW Canberra ont démontré qu'ils comprennent le changement de paradigme dans les opportunités pour l'Australie présenté par la montée des petits satellites.

" Leur plus grande vertu est qu'ils ont été décisifs. Ils ont réalisé que le monde changeait, que l'Australie avait un niveau important de capacité latente dans la région, et ils ont agi rapidement pour prendre une position de leader au sein de la communauté. Ils ont collaboré très tôt pour tirer parti des programmes existants de la Défense, et ont démontré qu'ils pouvaient constituer une équipe de qualité en peu de temps."

Capacités perturbatrices

Huit engins spatiaux sont actuellement prévus via UNSW Canberra Space, dont cinq entièrement financés. La première, devrait voler à la mi-2017, fait partie du programme Buccaneer avec le groupe DST. En plus d'améliorer les capacités SSA, ce petit satellite effectuera des expériences d'étalonnage pour le leader mondial australien, au-dessus de l'horizon Jindalee Operational Radar Network (JORN) depuis l'orbite terrestre basse.

Trois engins spatiaux sont prévus avec la Royal Australian Air Force (RAAF), et un autre avec le RAL Space du Royaume-Uni qui utilisera des capteurs laser spéciaux pour détecter la teneur en méthane dans la haute atmosphère, apporter de précieuses contributions à la science du climat.

Un développement dont Boyce et son équipe sont très enthousiastes est leur feuille de route pour lancer des satellites équipés de technologies quantiques développées en Australie. Il s'agit notamment de capteurs à atomes froids pour des mesures ultra-précises du temps, positionnement, l'accélération et la gravité, en développement à l'Australian National University (ANU), et les technologies de la communication quantique, qui relayera des informations ultra-sécurisées via la lumière, soit entre satellites dans l'espace, ou entre les satellites et les stations au sol.

La première étape est un « projet pionnier » avec l'Université nationale de Singapour, qui possède déjà du matériel quantique prêt pour l'espace, dit Boyce.

« Ensemble, nous nous efforçons d'être les premiers à manifester en orbite, l'échange d'informations chiffrées quantiques d'un vaisseau spatial à un autre, et de voir à quelle distance nous pouvons éloigner le vaisseau spatial tout en maintenant ce lien sécurisé. » En attendant l'étude de faisabilité presque terminée, puis obtenir des financements, la mission pourrait voler en 2019.

En plus de ses missions prévues, UNSW Canberra a lancé deux nouveaux diplômes, une maîtrise en génie spatial et une maîtrise en opérations spatiales. Il développe une station au sol pour l'envoi et la réception de communications à chiffrement quantique, et construit une installation de conception de missions spatiales à la pointe de la technologie. Cela simplifiera les missions, et servir de pôle de formation pour les partenaires de l'industrie, le gouvernement et les instituts de recherche.

"Nous serons l'hôte d'une installation nationale, à l'avant de, avec un peu de chance, chaque mission spatiale que fait l'Australie, ", dit Boyce. "Cela place UNSW dans une position très stratégique."

La route de Canberra

Le ciel faisait toujours signe à Boyce. Ayant grandi en Papouasie-Nouvelle-Guinée et à Sydney, il rêvait de devenir pilote de la RAAF.

Lorsque voler des avions de chasse était hors de portée, Boyce a obtenu un baccalauréat ès sciences à l'ANU, l'obtention de la médaille universitaire en physique. Il est resté pour terminer un doctorat en hypersonique - la science de l'air et des engins spatiaux voyageant beaucoup plus vite que le son, à des vitesses supérieures à Mach 5.

Son premier poste universitaire était à l'UNSW Canberra à partir de 2001, et il a suivi une formation de vol, arriver au point de voler en solo. Il dit que l'expérience lui a donné "une crédibilité pour enseigner l'aérodynamique à la cohorte des meilleurs canons de l'ADFA".

Après près de sept ans à l'UNSW Canberra, Boyce a pris la chaire d'hypersonique à l'Université du Queensland, où il deviendra éventuellement le directeur de SCRAMSPACE, le programme international de 14 millions de dollars de l'université pour construire et tester en vol un moteur scramjet hypersonique.

C'était révolutionnaire, projet pourtant malheureux. La charge utile scramjet lancée à partir d'une gamme de fusées norvégiennes dans le cercle polaire arctique en septembre 2013. Presque immédiatement après le décollage, Boyce savait que quelque chose n'allait pas. La fusée était censée porter le scramjet à une altitude de 350 kilomètres, où il commencerait sa descente. Mais à seulement 1, 500 mètres la fusée a commencé à vaciller violemment, saignant une spirale de fumée blanche.

"Quand j'ai levé les yeux, tout ce que j'ai pu voir, c'est ce modèle de tire-bouchon, et j'ai tout de suite su que c'était la fin du vol, " dit Boyce. Quelques minutes plus tard, la charge utile du scramjet a piqué du nez dans la mer glaciale, à seulement quelques kilomètres de la zone de lancement.

L'équipe a appris par la suite, que leur vol d'essai a été détourné par un moteur défectueux dans l'une des fusées. Le scramjet était prêt à voler, matérialisé par les données qu'il a collectées, mais un coup de malchance échappant au contrôle de l'équipe a signifié qu'elle n'a jamais été en mesure d'atteindre la vitesse maximale.

Quelques mois avant le lancement, Boyce avait assisté à un atelier en tant que président du Comité national pour l'espace et la radio de l'Académie australienne des sciences. L'orateur principal était le chef de mission pour la SSA avec le US Air Force Research Laboratory.

Il a posé que le comportement erratique des débris spatiaux était l'un des grands défis auxquels l'utilisation de l'espace était confrontée, et obligeait les gens à « intensifier » pour concevoir une « haute fidélité, solution basée sur la physique".

"Je me suis rendu compte que c'est exactement ce que je fais avec l'hypersonique - c'est juste avec des vitesses et des altitudes plus élevées, " se souvient Boyce, qui a ensuite postulé pour la chaire d'ingénierie spatiale à l'UNSW Canberra et a été embauché peu de temps après SCRAMSPACE.

Pour Frater, Boyce était un choix évident :« Pour diriger un programme comme celui-ci, vous avez besoin de quelqu'un qui dirige en termes de recherche qu'ils font, mais est également capable de construire les réseaux nécessaires pour faire quelque chose de grand et d'ambitieux, " dit Frater. " Russell est la personne idéale pour diriger l'équipe. "

Une industrie spatiale durable

Il y a beaucoup de choses sur les épaules de Boyce, mais il n'a garanti le financement que jusqu'en 2019. Au-delà, il doit s'assurer que l'UNSW Canberra Space est autonome.

La manne de 10 millions de dollars de la Défense est encourageante, et d'autres contrats pourraient être en cours, mais il y a un équilibre délicat à trouver. Alors qu'il se concentre sur les partenariats stratégiques, Boyce ne veut pas que son équipe fonctionne comme un cabinet de conseil et risque de perdre la propriété intellectuelle.

« Nous jouons un jeu plus long afin que nous puissions finir par être des partenaires plus égaux dans les missions spatiales, plutôt que de se nourrir des restes de la table, " dit-il. " C'est plus que juste UNSW Canberra ou n'importe quelle mission, " dit-il. " Il s'agit de construire une capacité spatiale domestique durable, pouvoir le faire de nos propres mains, plutôt que de le laisser à d'autres."

Il est temps.

Vision convaincante

L'exil n'est pas un mot que l'on entend souvent dans le cadre de l'enseignement universitaire, mais c'est exactement l'étiquette que l'ingénieur en systèmes spatiaux Douglas Griffin, le responsable des programmes de vols spatiaux à l'UNSW Canberra, s'est retrouvé étiqueté avec après son doctorat en hypersonique en 1995.

Après avoir reçu son doctorat de l'Université du Queensland, le Dr Griffin s'est fait dire par son superviseur, l'éminent professeur Ray Stalker, que s'il "voulait rester dans la haute technologie, il devait aller à l'étranger".

"Il a en fait utilisé le terme" exil auto-imposé " - parce qu'il n'y avait rien pour moi en Australie, " se souvient Griffin. Avec ses vues sur l'espace, il est allé en Europe et a passé trois ans en Italie dans un laboratoire gouvernemental et une entreprise privée, désormais propriété de Thales.

En 2001, il rejoint le Rutherford Appleton Laboratory (RAL Space) au Royaume-Uni, où il a dirigé le développement de caméras pour le plus grand télescope spatial d'astronomie de l'Agence spatiale européenne, et pour le Solar Orbiter de l'agence, qui entrera dans les orbites de Mercure et de Vénus pour prendre certaines des images les plus détaillées du Soleil.

C'était en quelque sorte un "pari de carrière" de retourner en Australie où "l'espace avait été inexistant" mais il a été contraint par "la vision que Boyce a peinte".

"Ce ne sont pas que des missions jouets, fait pour construire un vaisseau spatial, " dit-il. " Ce sont de vraies missions spatiales avec des objectifs intéressants. "

"Russell est une personne qui a une vue d'ensemble - ce qu'il fait si bien, c'est inspirer une vision et la communiquer aux gens, et il les pousse à y adhérer. C'est une de ses forces."