La station spatiale chinoise Tiangong-1, aujourd'hui disparue, est en route pour s'écraser sur Terre – achevant sa "phase de rentrée atmosphérique". Alors que les experts savaient que cela se produirait depuis plus d'un an, il y a eu une énorme incertitude autour du moment exact. Comme l'altitude orbitale de la station a diminué, cependant, cette incertitude s'est progressivement réduite et il est désormais possible de déterminer qu'elle va se désorbiter dans quelques jours.

La majeure partie de la station de 8,5 tonnes brûlera et se désintégrera lors de son passage dans l'atmosphère, bien que certains débris puissent frapper la Terre. Et bien que nous ayons la capacité de contrôler avec précision un vaisseau spatial tel que Rosetta - qui a orbité à quelques kilomètres de la comète 67P tout en étant à 405 mètres de la Terre et en voyageant à 55, 000 km par heure - nous ne pouvons pas réellement prédire l'heure et le lieu de l'impact potentiel de Tiangong-1 sur Terre, bien qu'il ne soit qu'à 200 km au-dessus de nous.

Mais pourquoi est-ce si difficile, et la science nous aidera-t-elle un jour à faire de telles prédictions ?

Les lois de Newton nous disent que les satellites orbitent autour de la Terre sur des orbites parfaitement circulaires ou elliptiques, répéter leur chemin encore et encore (en supposant que la gravité est la seule force agissant sur eux). Cependant, ce n'est pas vrai à basse altitude, dire en dessous de 1, 000km, car le satellite se déplace alors dans l'atmosphère terrestre. Cela provoque une "traînée aérodynamique" (résistance de l'air) - une force qui s'oppose à la vitesse du satellite, qui transforme effectivement l'orbite en une spirale descendante vers la surface de la Terre.

En théorie, nous pouvons parfaitement calculer la traînée pour prédire la trajectoire d'un satellite. Cela peut être fait en utilisant une équation qui dépend de la vitesse du satellite ( v² ), la densité de l'atmosphère ( ?? ), un coefficient numérique qui dépend de la forme du satellite et de son orientation par rapport au flux d'air ( C ), et la surface de l'objet ( UNE ). Pour ceux qui sont intéressés, l'équation est : ré =½ × C × ?? × UNE × v² . Mais vous n'avez pas besoin de comprendre l'équation pour comprendre pourquoi il est si difficile de calculer la traînée.

La vitesse du vaisseau spatial est facile à mesurer de manière assez précise à l'aide d'observations. Cependant, les autres paramètres sont très incertains, ce qui rend difficile la détermination de la trajectoire de Tiangong-1. Pour les véhicules tels que les voitures et les avions, C peut être estimée théoriquement ou avec la dynamique des fluides numérique et mesurée expérimentalement dans une soufflerie. Le principal problème ici est que la forme de Tiangong-1 est complexe, et l'objet est incontrôlé et culbute chaotiquement, résultant en une évolution constante C .

L'autre inconnue est la densité de l'atmosphère, qui diminue avec l'altitude. Cependant, surtout en haute altitude, cela varie en raison d'un certain nombre de facteurs imprévisibles, dont le plus important est l'activité solaire.

L'activité magnétique solaire suit un cycle de 11 ans, ce qui entraîne une augmentation et une diminution périodiques de la quantité de rayonnement et de particules chargées émises. Ceux-ci interagissent avec une partie de l'atmosphère terrestre appelée l'ionosphère, changer sa densité. Un bon indicateur de l'activité solaire est le nombre de taches solaires observées. Mais alors que le cycle solaire peut être surveillé, le niveau d'activité change également de façon imprévisible, entraînant des changements imprévisibles de la densité de l'atmosphère.

Un autre facteur important est que le satellite va se désintégrer et brûler pendant les phases finales de rentrée, ajoutant une incertitude supplémentaire à tous les termes de la formule de traînée.

Cela explique pourquoi il est presque impossible de prédire un point (ou une région) d'impact le long de la trajectoire du satellite. Cela dit, vous pouvez avoir une idée approximative de la zone d'impact probable, en fonction de l'inclinaison de l'orbite de l'engin spatial. On sait que l'orbite de Tiangong-1 ne lui permet de rentrer qu'entre les latitudes de -43 (nord) et +43 (sud) degrés autour de l'équateur. Comme vous pouvez le voir sur la carte ci-dessus, cela conduit à une bande étendue d'impact probable, principalement au sud de l'équateur.

Améliorations technologiques

Pour éviter l'accumulation de débris en orbite autour de la Terre, qui peuvent constituer une menace pour les engins spatiaux et les satellites, il est maintenant recommandé que les satellites en orbite terrestre basse reçoivent l'ordre de rentrer dans l'atmosphère terrestre dans les 25 ans suivant la fin de la mission.

Il est donc de plus en plus important de pouvoir éviter les menaces pour la population et les objets sur Terre lorsque ces engins spatiaux s'écrasent. Les modèles et les données expérimentales pour la traînée atmosphérique sont continuellement améliorés, mais il est peu probable qu'ils atteignent jamais la précision requise pour nous permettre de prédire les points d'impact exacts.

Au lieu, les futurs satellites doivent être conçus avec la rentrée comme une partie cruciale de la mission. Rentrée active et contrôlée - par exemple, en utilisant des voiles de traînée ou des propulseurs – pourrait réduire les incertitudes et garantir que le satellite brûle complètement dans l'atmosphère tout en suivant une trajectoire soigneusement calculée à l'avance.

Les satellites devraient également être conçus et testés de telle sorte que, lors de la rentrée, ils se fragmentent de la manière souhaitée et ne constituent pas une menace pour la Terre. Ce concept, analogue aux déformations contrôlées dans les voitures pour protéger les passagers en cas d'accident, est connu sous le nom de « conception pour la mort ». Ce n'est pas quelque chose qui est imposé aujourd'hui.

Il peut toujours y avoir des améliorations en matière de sécurité. Mais même si la rentrée du vaisseau spatial n'est ni contrôlée ni prévisible, nous n'avons pas à nous inquiéter d'en être frappés. Les chances que vous soyez touché sont proches de zéro, alors que les chances qu'il frappe n'importe qui sont d'environ une sur trois, 200.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.