Avec des centaines de satellites lancés chaque année, les collisions dans l'espace et la création de fragments de débris spatiaux en mouvement rapide - ou « débris spatiaux » - sont de plus en plus probables, menaçant notre présence humaine et technologique continue dans l'espace.

L'Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) a récemment publié son premier rapport sur le coût économique des débris spatiaux. En utilisant des recherches provenant de nombreuses sources, y compris les données et les analyses du Space Debris Office de l'ESA, il décrit les dangers à venir si nous n'agissons pas, et ce qui peut être fait pour assurer notre avenir dans l'espace.

Ici, nous résumons les principales conclusions du rapport et expliquons comment l'ESA aide à résoudre le problème grâce à son programme de sécurité spatiale.

Un problème croissant

« Les vulnérabilités économiques et sociétales aux aléas spatiaux, en particulier les débris spatiaux, sont en croissance."—Space Sustainability:The Economics of Space Debris in Perspective from the OCDE, 2020.

L'utilisation institutionnelle et commerciale de l'espace croît à un rythme croissant. Le nombre de satellites en orbite va encore augmenter avec le lancement de « méga-constellations » pour le haut débit par satellite, certains comprenant des milliers de satellites, et avec cela, le risque de collisions et de débris spatiaux supplémentaires augmente.

Une seule collision ou explosion dans l'espace crée des milliers de petites, de petits fragments de débris se déplaçant rapidement, capables d'endommager ou de détruire un satellite en état de fonctionnement. Par exemple, en 2007, la destruction intentionnelle du satellite FengYun-1C a doublé la quantité de débris à une altitude d'environ 800 km, conduisant à une augmentation de 30% de la population totale de débris à cette époque.

Les débris spatiaux coûtent cher, et le deviendra encore plus

Sur les coûts des débris spatiaux, le rapport indique que :« Les mesures de protection et d'atténuation des débris spatiaux sont déjà coûteuses pour les opérateurs de satellites, mais les principaux risques et coûts se situent dans l'avenir, si la génération de débris devient incontrôlable et rend certaines orbites inutilisables pour les activités humaines."

Protéger les satellites des débris spatiaux coûte cher, en commençant par les mesures de conception, le besoin de surveillance et de repérage, mettre les satellites opérationnels hors de danger et même remplacer complètement les missions.

Pour les satellites en orbite géostationnaire, l'OCDE rapporte que ces coûts s'élèvent à environ 5 à 10 % du total des coûts de mission, ce qui pourrait représenter des centaines de millions de dollars. En orbite terrestre basse, les coûts relatifs par mission pourraient même être supérieurs à 5 à 10 %.

Cependant, le coût de l'inaction serait bien plus élevé. Assez de débris en orbite pourrait finalement conduire au "syndrome de Kessler" dans lequel les collisions en cascade, conduisant à de plus en plus de collisions autogénérées, et ce que l'OCDE décrit comme "un point de basculement écologique qui peut rendre certaines orbites inutilisables".

Les économies et les sociétés sont de plus en plus vulnérables aux effets des débris

Les impacts socio-économiques du syndrome de Kessler seraient sévères. Des applications spatiales importantes pourraient être perdues, comme les prévisions météorologiques, surveillance du climat, sciences de la terre et communications spatiales. L'impossibilité d'utiliser certaines orbites aurait des conséquences vastes et importantes. Selon le rapport, ceux-ci incluraient :

• Des applications et fonctionnalités uniques peuvent être perdues, par ex. l'Internet, services météorologiques et de communication
• Vies perdues, par ex. risque accru pour les astronautes dans la Station spatiale internationale
• Recherche interrompue en sciences de la Terre et climat
• Augmentation de l'encombrement et des pressions sur d'autres orbites
• Croissance économique freinée et ralentissement des investissements dans le secteur

Spécifiquement, le rapport précise que :« certaines zones géographiques et certains groupes sociaux seraient touchés de manière disproportionnée, en particulier dans les zones rurales avec des infrastructures au sol existantes limitées et une grande dépendance à l'égard des infrastructures spatiales. »

Nous ne faisons pas assez

Selon le rapport, « des mesures d'atténuation nationales et internationales complètes existent, mais la conformité est insuffisante pour stabiliser l'environnement orbital."

Les directives actuelles d'atténuation des débris pour les opérateurs faisant voler des satellites sur des orbites terrestres basses et géostationnaires comprennent, entre autres :

• éviter la génération intentionnelle de débris (y compris les tests anti-satellites)
• minimisation du potentiel d'explosions accidentelles
• une règle de désorbite de 25 ans pour les missions en orbite terrestre basse
• les missions en orbite géostationnaire devraient être envoyées sur une « orbite de cimetière » plus élevée à la fin de leur vie, garder à l'écart du fonctionnement des satellites
• l'évitement des collisions devrait avoir lieu lorsque cela est possible, ainsi que de minimiser le risque de pertes au sol en raison des rentrées

Comme le résume le dernier rapport de l'ESA sur l'environnement des débris spatiaux, la plupart des opérateurs de satellites en orbite géostationnaire se conforment à ces directives, mais moins de 60 % de ceux qui volent en orbite terrestre basse y adhèrent (et seulement 20 % en orbite au-dessus de 650 km). Plusieurs pays ont également effectué des tests antisatellites au fil des ans.

Programme de sécurité spatiale de l'ESA :la réponse de l'Europe

Le bureau des débris spatiaux de l'ESA se consacre à la protection des missions en vol aujourd'hui et à la garantie d'un avenir durable pour les vols spatiaux. Tous les jours, équipes du contrôle de mission ESOC à Darmstadt, Allemagne, surveiller et évaluer la probabilité de collisions potentielles en orbite et guider les opérateurs sur la façon d'assurer la sécurité de leurs missions.

Alors que de plus en plus de satellites sont mis en orbite, méthodes « manuelles » actuelles pour éviter les collisions dans l'espace, et la création de débris, ne suffira pas. En tant que tel, ESA, par le biais du programme de sécurité spatiale de l'Agence, développe des technologies « d'évitement automatique des collisions » qui rendront le processus d'évitement des collisions plus efficace.

En évaluant le risque et la probabilité de collisions dans l'espace, ce logiciel améliorera le processus de prise de décision sur la nécessité d'une manœuvre, et peut même envoyer les ordres aux satellites à risque pour s'écarter.

Mais qu'en est-il de la jonque qui est déjà en orbite ? Dans une première mondiale, L'ESA a commandé une mission qui retirera de l'orbite un débris.

La mission ClearSpace-1 ciblera un étage supérieur Vespa (Vega Secondary Payload Adapter) laissé en orbite après le deuxième vol du lanceur Vega de l'ESA en 2013.

Avec une masse de 100 kg, the Vespa is close in size to a small satellite, while its relatively simple shape and sturdy construction make it a suitable first goal. This first step, proving debris removal in orbit is possible, will establish a commercial service that can also address larger, more challenging 'captures, ' eventually including multi-object capture.

Collision avoidance and debris removal are vital to reducing the amount of debris in space, but compliance with the debris mitigation guidelines outlined above has the greatest impact on our space environment. ESA's Space Debris Office monitors compliance around the globe, and along with the Clean Space Office is working to increase global compliance through operations and technology advancements.