Les vieux satellites et les débris représentent un danger pour les voyages dans l'espace. Une équipe de recherche internationale avec participation de Würzburg travaille sur un satellite qui nettoie l'espace – inspiré par le Royaume Animal.
En 1957, l'ancienne Union soviétique a envoyé le premier satellite dans l'espace. Depuis lors, Sputnik 1 a été suivi d'environ 20 000 autres. Alors que le pionnier s'est brûlé lorsqu'il est rentré dans l'atmosphère de la Terre quelques mois plus tard, beaucoup de ses successeurs restent sur l'orbite de la Terre comme des débris spatiaux longtemps après la fin de leur service.
Ce n'est qu'au milieu des années 1990 que la sensibilisation au problème s'est posée, et les tests initiaux pour nettoyer les débris ont suivi dans les années 2000. Cela n'a cependant pas encore conduit à des succès pratiques en matière de mission en orbite. Un consortium de recherche international qui comprend Mohamed Khalil Ben-Larbi, professeur d'informatique spatiale et de systèmes satellites de Julius-Maximilian-Universität Würzburg (JMU), et son équipe veut maintenant faire progresser le nettoyage de l'espace grâce à des technologies innovantes.
Le projet « Geicko: Gecko Based Innovative Capture Kit pour les actifs orbitaux non coopératifs et non préparés » fait partie de l'EIC Pathfinder. Geicko sera achevé par l'Université technique de Berlin, l'Université de Padoue (Italie), le Tecnico à Lisbonne (Portugal), le Fraunhofer Institute for High-Speed -dynynamics (EMI) et la société Solar Solar DHV Technology.
Les débris spatiaux comme un danger pour les voyages spatiaux
Il y a actuellement plus de 50 000 morceaux de débris mesurant au moins 10 centimètres dans l'espace. Ce sont principalement des satellites désaffectés et des stades supérieurs et des fragments de fusée des explosions et des collisions. En plus des satellites intacts, ces objets mettent également en danger les projets spatiaux. La Station spatiale internationale (ISS) a dû effectuer plusieurs manœuvres évasives pour éviter les collisions.
« La commercialisation des voyages dans l'espace signifie que de plus en plus de satellites entrent en orbite. Des explosions et des collisions généreraient également une quantité croissante de débris, même si nous devions arrêter complètement les voyages dans l'espace demain », explique Khalil Ben-Larbi.
Cependant, le nettoyage des débris spatiaux est une entreprise très complexe et coûteuse. À ce jour, il n'a pas été possible d'effectuer un dite amarrage avec un objet peu coopératif, tel qu'un satellite désaffecté et non contrôlable – en orbite. Les tests initiaux montrent cependant que la technologie est à portée de main.
Les cibles potentielles pour une opération de nettoyage sont prioritaires en fonction de deux critères principaux: la masse et l'orbite. Même dans l'espace, il existe des principales artères de circulation où le risque de collision est en conséquence élevé. Si une collision se produit là-bas, les conséquences sont particulièrement graves, car les débris résultants sont très susceptibles de mettre en danger d'autres satellites opérationnels.
Rendez-vous compliqué
Dans les voyages spatiaux, le rendez-vous et l'amarrage se réfèrent au processus de deux objets s'approchant les uns des autres dans l'espace et, finalement, établissant une connexion physique. Ces manœuvres sont complexes même lorsque les deux parties coopèrent et communiquent entre elles, par exemple lors de l'accueil des capsules d'espace à l'ISS. Cela devient beaucoup plus difficile lorsque l'objet cible dérive et tombe dans l'espace et n'a jamais été conçu pour une telle manœuvre en premier lieu.
« La tâche consiste à amarrer avec succès avec un objet dont l'état, la position et l'orientation que nous ne pouvons déterminer que l'utilisation de nos propres instruments, qui peuvent dégringoler de façon incontrôlable et n'ont aucun composant spécialement conçu pour l'amarrage », explique Ben-Larbi.
Alors, comment l'amarrage peut-il être réalisé? Avec des filets ou des harpons, il n'y aurait qu'un nombre limité de tentatives. Un bras de pinceau devrait d'abord trouver un endroit approprié; Il serait également complexe et coûteux.
La solution: matériaux Gecko.
Inspiration du règne animal
L'équipe souhaite développer un système d'accueil qui peut être utilisé plus tard dans un satellite et l'équiper d'une surface de contact spéciale. La surface de contact est recouverte de matériaux de gecko synthétiques.
Ce sont des silicones avec des surfaces spécialement structurées. S'ils frappent un homologue lisse, comme les panneaux solaires d'un satellite jeté, à la bonne vitesse et à l'angle, ils collent. Ceci est basé sur ce que l'on appelle les forces de van der Waals. Les geckos utilisent également ces forces moléculaires d'attraction pour s'en tenir aux murs ou aux plafonds.
Le chasseur, c'est-à-dire le satellite de nettoyage, les accoste sur l'objet cible via cette surface de contact, puis modifie son orbite de sorte que, au fil du temps, elle rentre dans l'atmosphère de la Terre et brûle ou se retrouve dans une orbite du cimetière où elle ne représente plus une menace.
Le cerveau du satellite se développe à Würzburg
Les chercheurs de Würzburg travailleront avec les matériaux Gecko et les adapteront aux exigences particulières de l'espace. Ils testeront les propriétés de surface et différentes arrangements et formes de microstructures dans les matériaux pour obtenir un équilibre stable entre la force adhésive et la résilience mécanique, même sur les surfaces cibles poussiéreuses ou vieillies.
De plus, l'équipe de Ben-Larbi travaille sur les conseils, la navigation et le contrôle du satellite – son cerveau, pour ainsi dire.
« Tout d'abord, nous devons localiser l'objet cible, puis l'approcher, et enfin accoster avec elle. L'approche finale est particulièrement complexe. L'angle et la vitesse doivent être coordonnés avec précision pour une« collision »planifiée et contrôlée; après tout, nous ne voulons pas créer plus de débris», explique Ben-Larbi.
Si l'amarrage direct s'avère impossible, le satellite a un autre as dans sa manche: les matériaux Gecko doivent également être attachés à une ligne. Comme la langue d'un caméléon, cela pourrait être jeté sur le projet cible pour établir la connexion.
Gecko Satellite permet d'économiser les coûts
Un avantage majeur des satellites Gecko est leur coût relativement faible. La technologie pourrait être utilisée sur les petits satellites, ce qui permet d'économiser de l'argent dans le développement et le lancement de fusées.
« La clé du faible coût réside dans la conception simple et la faible complexité. Cela signifie que moins de composants sont nécessaires. Cela réduit non seulement les coûts de développement, mais aussi la masse globale du système », explique Ben-Larbi.
Il faudra plusieurs années avant que l'espace de nettoyage de Geckos. À la fin de la période de financement de trois ans, un prototype fonctionnel du mécanisme d'amarrage devrait être prêt. Un financement supplémentaire pourrait suivre. « Je suis optimiste que les satellites Gecko avec ce mécanisme seront prêts à être utilisés dans environ 10 ans », explique Ben-Larbi.
