RemoveDebris
Satellite experimental

Le satellite RemoveDebris dans l'espace.

Donnees generales

Organisation	ESA , Union europeenne
Constructeur	SSTL
Domaine	Traitement des debris spatiaux
Type de mission	Satellite experimental
Statut	Mission achevee
Lancement	2 avril 2018
Lanceur	Falcon 9
Fin de mission	2021
Duree	18 mois (mission primaire)
Identifiant COSPAR	1998067NT
Site	www.surrey.ac.uk/surrey-space-centre/missions/removedebris

Caracteristiques techniques

Masse au lancement	100 kg
Plateforme	SSTL X50M
Controle d'attitude	Stabilise sur 3 axes
Source d'energie	Cellules photovoltaiques
Puissance electrique	8 watts

Orbite terrestre basse

Altitude	400 km
Inclinaison	51,6°

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RemoveDebris est une mission spatiale de l' Agence spatiale europeenne destinee a tester plusieurs techniques de collecte et de retrait des debris spatiaux . Dans ce but un minisatellite experimental de 100 kilogrammes a ete place en orbite en 2018. Celui-ci emportait deux CubeSats charges de simuler des debris spatiaux. La mission a permis de tester, entre septembre 2018 et mars 2019, un systeme destine a les performances combinees ^{[a verifier]} d'un lidar et d'une camera pour un rendez-vous avec un debris spatial, la capture d'un debris avec un filet puis avec un harpon ainsi que le deploiement d'une voile permettant d'augmenter la trainee generee par l'atmosphere residuelle et ainsi d'accelerer la rentree atmospherique . Les resultats du test sont conformes aux attentes hormis le deploiement de la voile qui ne s'effectue que partiellement.

Contexte [ modifier | modifier le code ]

Les debris spatiaux sont de plus en plus nombreux dans l'espace : il s'agit de satellites arrives en fin de vie, d'etages superieurs de lanceurs, de debris generes par la collision de deux engins, de sous-composants largues au moment du deploiement du satellite, de particules de peinture, de fluides (ergols, refrigerant). Les principales agences spatiales prennent conscience du phenomene et depuis une vingtaine d'annees tentent de mettre en place des strategies pour reduire sinon limiter la croissance de leur nombre. La mesure la plus facile est l'application d'une reglementation visant a restreindre leur multiplication : suppression des pieces mobiles, passivation des etages superieurs (pour eviter leur explosion) ou desorbitation de ceux-ci, mise en orbite cimetiere en fin de vie ou acceleration de la desorbitation. Elle est deja appliquee par les principales agences spatiales. Une autre mesure active consiste a desorbiter les debris spatiaux.

L' Agence spatiale europeenne joue un role particulierement actif dans ce dernier domaine. Son programme e.Deorbit vise a mettre au point des techniques permettant de desorbiter un satellite de grande taille. Les travaux deja effectues permettent d'identifier les principaux problemes techniques et d'evaluer les aspects economiques de missions dedies a la desorbitation de satellites. Plusieurs techniques de capture sont proposees et etudiees : bras robotique, filet, harpon. La capture d'un debris necessite auparavant de realiser un rendez-vous spatial avec celui-ci. Plusieurs techniques basees sur des capteurs optiques sont en cours de developpement. Enfin les technologies de desorbitation sont proposees et font parfois l'objet d'une evaluation dans l'espace : voile solaire , module de desorbitation, utilisation de cables electrodynamiques ^{[ 1 ]} .

Objectifs [ modifier | modifier le code ]

La mission RemoveDebris, developpee dans le cadre du programme Framework 7 de l' Union europeenne evalue plusieurs solutions techniques de capture et de desorbitation. Son implementation debute en 2013. Elle doit deboucher sur une mission operationnelle vers 2023.

Les objectifs de la mission RemoveDebris sont les suivants :

• Capturer a l'aide d'un filet un nanosatellite DebriSat 1 deploye auparavant depuis le satellite.
• Utiliser un harpon pour frapper un prototype experimental attache a une perche longue de 1,5 metre.
• Mettre en œuvre un systeme de navigation optique pour reperer le nanosatellite DebriSat 2.
• Utiliser une voile solaire pour accroitre la trainee et ainsi accelerer la rentree atmospherique.

Caracteristiques techniques [ modifier | modifier le code ]

RemoveDebris est un minisatellite de 100  kg utilisant une plate-forme de la serie SSTL X50M developpee par la societe anglaise SSTL . Le satellite a la forme d'un cube dont les dimensions sont de 0,65 × 0,65 × 0,72  m . Le satellite est stabilise sur 3 axes avec une precision de pointage de 2,5°. Il dispose de cellules photovoltaiques qui fournissent 8 watts .

La charge utile d'une masse approximative de 40  kg est constituee par :

• Un nano-satellite de type CubeSat 2U baptise DebrisSat 1.
• Un nano-satellite de type CubeSat 2U baptise DebrisSat 2.
• Un filet deployable.
• Un harpon.
• Un systeme de navigation optique VBN ( Vision-Based Navigation ) comprenant une camera et un lidar.
• Une voile deployable.

Deroulement de la mission [ modifier | modifier le code ]

Conception du satellite [ modifier | modifier le code ]

Initialement, le satellite destine a remplir la mission devait etre place sur une orbite heliosynchrone haute. Mais ce scenario est modifie pour ne pas enfreindre la reglementation des debris spatiaux car le satellite ne dispose pas d'un systeme de propulsion permettant de respecter la regle des 25 ans de presence maximale en orbitale basse. Un creneau de lancement est trouve sur une mission de ravitaillement de la station spatiale orbitale. Le satellite sera deploye depuis celle-ci. Mais ce deploiement apporte de nouvelles contraintes concernant la masse et le conditionnement. Les dimensions et la masse doivent etre revues a la baisse. La plateforme est modifiee. Ses dimensions sont reduites (620 × 620 × 780  mm ⇒ 550 × 550 × 760  mm ) et sa masse passe de 150 a 100 kg . Pour y parvenir, l'interface avec le lanceur est allegee, le systeme de propulsion a gaz froid (butane) est supprime car il n'est plus necessaire compte tenu du changement de scenario ^{[ 2 ]} .

Lancement et deploiement [ modifier | modifier le code ]

Le satellite RemoveDebris est place en orbite le 2 avril 2018 par le cargo spatial SpaceX Dragon dans le cadre de la mission SpaceX CRS-14   (en) . Place dans la soute interne du cargo spatial, il est stocke provisoirement dans la station station spatiale internationale ^{[ 3 ]} . Le 20 juin, il est largue dans l'espace via le petit sas du laboratoire spatial japonais Kib? de la Station spatiale internationale . Il circule initialement sur une orbite de 405  km identique a celle de la station spatiale puis son orbite est progressivement reduite par les forces de trainee accrues par l'utilisation d'une voile solaire. La mission doit durer environ 1,5 an dont une periode de 20 semaines durant lesquelles le satellite sera actif et un an de suivi de la phase de desorbitation ^{[ 2 ]} .

Deroulement des experiences [ modifier | modifier le code ]

Le satellite execute quatre experiences sur une periode longue d'une vingtaine de semaines ^{[ 4 ]}  :

• La premiere experience se deroule avec succes le 16 septembre 2018. Elle a pour objectif de tester la technique de capture basee sur l'utilisation d'un filet. Pour effectuer ce test, le satellite ejecte a une vitesse de 7,5 centimetres par seconde le CubeSat DS1 stocke jusque la dans la plate-forme. DS1 accroit son volume en gonflant quatre bras entre lesquels sont deployes une voile afin de simuler la taille d'un dechet spatial de taille significative. Lorsque le CubeSat se trouve a 7 metres , le filet est projete vers le CubeSat. Des masselotes placees aux extremites du filet doivent contribuer a l'enveloppement et un filin est entraine par un winch pour empecher le filet de se rouvrir. Le deroulement du test est filme par deux cameras. Le CubeSat est ensuite largue et son altitude decroit rapidement du fait de la surface de la voile sur lesquels s'exercent les forces de trainee ^{[ 2 ]} .
• La deuxieme experience a pour objectif de verifier la precision d'un systeme de navigation optique ( VBN ) reposant sur un lidar infrarouge et une camera a haute definition. Pour effectuer ce test qui se deroule le 28 octobre 2018, le deuxieme CubeSat DSAT#2 est ejecte et s'eloigne du satellite avec une vitesse de 2   cm/s . L'objectif est de verifier que le logiciel developpe pour cette experience peut trouver le CubeSat quel que soit l'arriere plan (ciel ou Terre) et si le lidar parvient a mesurer la distance entre les deux engins spatiaux. Les resultats de ce test sont conformes aux attentes ^{[ 2 ]} .
• La troisieme experience consiste a mettre en œuvre un harpon pour frapper une cible censee representer un panneau solaire et fixee sur une perche longue de 1,5 metre. Le harpon comporte un dispositif de verrouillage qui l'empeche de se detacher de la cible frappee. Le harpon est lance a une vitesse de 8 metres par seconde et frappe la cible en son centre puis parvient a la ramener vers le satellite conformement aux attentes ^{[ 2 ]} .
• La quatrieme experience consiste a deployer une voile destinee a augmenter la trainee et accelerer ainsi la diminution de l'altitude et donc le delai avant la rentree atmospherique . La voile qui est deployee depuis un mat de 1 metre deploye pour ce besoin. Le deploiement ne peut etre filme car les cameras sont toutes situees sur la face opposee pour les autres experiences mais il est prevu de verifier l'effet du freinage en mesurant la reduction de l'orbite du satellite. Le deploiement est declenche le 4 mars 2019. Mais des observations optiques effectuees depuis le sol, la mesure de la charge des panneaux solaires et une decrue moins rapide que prevue de l'altitude donnent a penser que la voile ne s'est pas deployee completement. Neanmoins des lecons en ont ete tirees pour le developpement de trois missions suivantes utilisant ce dispositif dont le CubeSat InflateSail . Les trois satellites de la mission devraient effectuer leur rentree atmospherique au cours des deux annees suivantes ^{[ 2 ]} .

References et notes [ modifier | modifier le code ]

Documents de reference [ modifier | modifier le code ]

• (en) Jason Forshaw, Guglielmo Aglietti, Thierry Salmon et al. ≪ The RemoveDebris ADR Mission: Preparing for an International Space Station Launch ≫ ( lire en ligne ) [PDF]
  ? 7th European Conference on Space Debris (Darmstadt) ( avril 2017 )
• (en) Jason Forshaw, Guglielmo Aglietti, Nimal Navarathinam et al. ≪ An in-orbit active debris removal mission - REMOVEDEBRIS: Pre-Launch update ≫ ( lire en ligne ) [PDF]
  ? Int. Astronautical Congress (Jerusalem) ( 10 decembre 2015 )
• (en) E. Joffre et al. , ≪  RemoveDebris - Mission Analysis for a low cost active debris removal demonstration in 2016  ≫, x ,‎ 2015 , p.  1-22 ( lire en ligne )

Voir aussi [ modifier | modifier le code ]

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

• Debris spatial
• Kib?

Liens externes [ modifier | modifier le code ]

• (en) Site officiel
• (en) RemoveDebris sur le site Spaceflight101
• (en) RemoveDebris sur le site EO Portal de l'Agence spatiale europeenne

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