Il arrive un jour où on lit un titre d'actualité que l'on doit relire deux fois pour être certain de ne pas s'être trompé. Une fusée qui entre en collision avec la Lune ? Une autre intrigue de science-fiction qui entre dans le domaine de la réalité, mais qui n'a pas l'air aussi cool cette fois-ci. Du moins pas pour ceux qui sont impliqués dans la recherche et les activités spatiales scientifiques, ou pour ceux qui aiment le ciel nocturne et le système solaire tels qu'ils étaient avant l'ère de la « pollution spatiale ». Deux de nos chercheurs chevronnés, impliqués dans les missions scientifiques et d'observation de la Terre de l'ESA, Didier Fussen et Johan De Keyser, nous font part de leur point de vue sur l'actualité.
De quoi s'agit-il ?
Édité le 14 février 2022 : Initialement, le débris spatial avait été identifié comme étant un lanceur d'une fusée Falcon 9 de SpaceX provenant d'une mission lancée vers le point de Lagrange L1 en 2015. C'est pourquoi cet article revient en détail sur les missions spatiales vers les points de Langrange L1 et L2, car cela reste pertinent dans la problématique des débris spatiaux. Le débris semble avoir été mal identifié. Tout porte à croire qu'il s'agit en fait d'un lanceur de la mission de survol lunaire Chang'e 5-T1, lancée par l'Administration spatiale nationale chinoise en 2014. L'heure de l'impact avec la lune reste correct.
Si vous n’avez pas encore vu la nouvelle, voici un court résumé. En 2015, SpaceX a lancé un satellite météorologique à bord d'une fusée Falcon 9, en direction du point de Lagrange L1 dans le système Soleil-Terre. Il s'agit de l'un des cinq points où les forces gravitationnelles exercées par le Soleil et la Terre s'équilibrent, et où un objet comme une sonde spatiale peut rester dans une position plus ou moins stable au sein du système, avec des ajustements minimes. Le télescope spatial James Webb, récemment lancé, a par exemple été placé en orbite au point de Lagrange L2 (voir figure 1). L'envoi de missions vers ces points présente également plusieurs autres avantages que la stabilité. Par exemple, cela permet un alignement constant par rapport à la Terre et au Soleil, ce qui est très important pour rester en contact avec la mission.
Dr Didier Fussen:
Il faut savoir que L1, L2, L3 sont intrinsèquement instables, comme si vous mettiez une bille sur une selle. En d'autres termes, tout satellite qui s'y trouve doit ‘orbiter’ autour du point (c'est ce qu'on appelle une orbite de halo) avec une certaine propulsion nécessaire jusqu'à ce que le réservoir de carburant soit vide. Une fois que cela se produit, le satellite (ou l'élément de la fusée) va dériver vers le système Soleil-Terre-Lune d'une manière très complexe (dynamiquement chaotique) ; la trajectoire finale étant incertaine jusqu'à la fin.
Les points de Lagrange, même les plus proches, sont assez éloignés de la Terre (L1 étant à 1 500 000 km de la Terre), et il faut beaucoup d'énergie pour les y amener. Cette énergie est fournie par des boosters de fusée, généralement en plusieurs étages qui tombent une fois qu'ils ont fait leur travail. Les boosters inutiles sont laissés derrière et peuvent soit retourner sur Terre où ils brûlent dans l'atmosphère, soit se retrouver sur le parcours chaotique que le Dr Fussen a mentionné plus haut.
L'un des lanceurs du Falcon 9 de SpaceX lancé en direction de L1 suit une telle trajectoire chaotique depuis 2015. Pendant longtemps, on ne savait pas très bien où il allait aller ensuite, mais comme il approche de la fin de sa course, les scientifiques sont maintenant en mesure de préciser l'heure et le lieu de l'impact avec la Lune ; à savoir le 4 mars vers 13h25 (heure belge) sur la face cachée de la Lune, avec un certain degré d'incertitude en raison de l'influence du rayonnement solaire.
Dr Didier Fussen:
Ce n'est pas un sort inhabituel pour un booster envoyé vers le point de Lagrange L1. La Lune est toujours un attracteur possible pour de tels débris. La vitesse de collision (près de 9300 km/h) correspond à peu près à la vitesse d'échappement de la Lune, ce qui signifie que le débris vient de loin.
Étant donné qu'il n'est pas inhabituel qu'un objet perdu entre en collision avec la Lune, comment se fait-il que nous n'ayons pas entendu parler d'un tel événement auparavant ? En fait, peu de missions spatiales sont envoyées aux points de Lagrange, car ils sont très éloignés et il est donc très coûteux de transporter des corps massifs à de telles distances. La plupart des satellites sont lancés sur des orbites proches et autour de notre propre planète, où les débris - si la mission est soigneusement planifiée - peuvent se consumer rapidement dans notre atmosphère et disparaître.
Cette collision imminente soulève la question de l’influence croissante de l’humanité dans le système solaire
Espace proche de la Terre
Dr Johan De Keyser:
La plupart des objets que nous, Terriens, lançons ne vont pas très loin. Tous les objets en orbite basse, moyenne ou géosynchrone, etc. finiront par retomber sur Terre (mais peut-être après un temps très, très long). C'est donc à proximité de la Terre que le problème des débris spatiaux est le plus important. Pensez à la constellation Starlink, avec ses milliers de satellites à terme, et aux autres constellations en cours de déploiement. Ils augmentent le risque de collisions, surtout pour l'ISS ou la station spatiale chinoise, qui se trouvent sur une orbite pas trop haute. Ce n'est pas drôle.
Ce n'est pas drôle non plus pour les astronomes (amateurs) au sol. Si je regarde le ciel par une nuit claire, je vois passer de nombreux satellites (plus que des avions, et j'habite sous un couloir d'approche de l'aéroport international de Bruxelles) et cela me dérange. Ce n'était absolument pas comme ça il y a quelques décennies.
Débris interplanétaires
Dr Johan De Keyser:
Mais que se passe-t-il lorsque nous lançons quelque chose vers la Lune ou vers une cible interplanétaire ? Cela ne se fait généralement que pour les missions scientifiques et d'exploration, pas tellement pour les missions commerciales.
Tout d'abord, nous avons besoin de toutes les performances du lanceur pour amener même une petite charge utile vers la cible. En tant que scientifiques, nous souhaitons évidemment toujours que cette charge utile soit plus importante, car cela améliore le rendement scientifique de la mission. Le satellite est donc maintenu aussi léger que possible et c'est le dernier étage du lanceur lui-même - ou éventuellement un étage d'accélération s'il y en a un - qui doit donner la plus grande partie de la poussée finale pour atteindre la trajectoire souhaitée.
À ce stade, le dernier étage ou l'étage d'accélération est bloqué sur une orbite qui ne correspond pas à la trajectoire du satellite, mais pour de nombreuses missions interplanétaires, cette trajectoire est toujours interplanétaire. La plupart de ces objets finissent sur une orbite autour du Soleil.
Ensuite, il y a les missions vers les points de Lagrange Soleil-Terre L1 et L2. Ils se situent entre les missions interplanétaires et l'orbite terrestre : Les points L1 et L2 sont dus à l'interaction entre la gravité du Soleil et celle de la Terre. Les étages supérieurs qui poussent les charges utiles jusqu'à L1 et L2 peuvent donc encore revenir sur Terre - ou sur la Lune (L1 et L2 sont beaucoup plus éloignés de la Terre que la Lune). Les orbites autour de L1 et L2 nécessitent un peu de maintenance en orbit. Les satellites défunts, une fois stationnés à L1 et L2, peuvent également revenir, mais peuvent aussi se retrouver sur une orbite autour du Soleil.
Pour l'anecdote, le célèbre (et scientifiquement peu utile) Tesla Roadster qui a été lancé par SpaceX en 2018, erre toujours. Une étude a été réalisée pour tenter de déterminer sa trajectoire à travers notre système solaire. Elle a permis de constater que le Roadster va régulièrement croiser l'orbite terrestre, même à proximité de la Terre. La probabilité d'impact avec la Terre (ou la Lune) n'est pas nulle et augmente avec le temps : 6 % après 1 million d'années, 11 % après 3 millions d'années, et dans les 15 millions d'années à venir, il y a 22 % de chances d'impact avec la Terre et 12 % de chances d'impact avec Vénus ou avec le Soleil (Rein et al., 2018). En admettant qu'un million d'années soit une longue période, nous devons nous poser la question si nous souhaitons envoyer des objets sans pertinence scientifique et avec un risque d'affecter le système solaire, dont l'humanité ne constitue que la plus petite fraction de son espace et de son histoire.
En conclusion
- Le problème des débris est plus prononcé dans l'espace proche de la Terre. Comme de nombreux objets sont lancés vers cette destination, l'espace est plutôt encombré, et la durée de vie en orbite de ces objets peut être assez longue (des dizaines d'années).
- Pour les missions interplanétaires, ce ne sont pas les sondes spatiales proprement dites, mais des parties de lanceurs qui peuvent poser un problème de débris dans l'espace proche de la Terre. Les sondes spatiales elles-mêmes se retrouvent souvent sur une orbite autour du Soleil (où il n'y a pas beaucoup de monde) ; les collisions avec un autre objet planétaire sont évitées pour des raisons de protection planétaire, mais sont parfois réalisées à des fins scientifiques (bien que les atterrissages soient scientifiquement plus gratifiants, bien sûr).
- Pour la catégorie intermédiaire des missions vers L1 et L2, tant les pièces du lanceur que les sondes spatiales proprement dites peuvent poser un problème dans l'espace proche de la Terre.
Dr Johan De Keyser:
Une collision avec la Lune n'est pas, à mon avis, une question de débris spatiaux, mais une question de protection planétaire : voulons-nous que toutes ces choses impactent la Lune ? Souhaitons-nous disperser nos détritus sur la surface de la Lune ? Comme il n'y a presque pas d'altération de la surface lunaire, les marques de celle-ci sont là pour rester pendant des milliers d'années !"
Références
Rein, H., Tamayo, D., Vokrouhlický, D.: The Random Walk of Cars and Their Collision Probabilities with Planets. Aerospace 5(2), 57 (2018). https://doi.org/10.3390/aerospace5020057