À la fin du printemps, l’entreprise de cargo spatial Nanoracks réalisera une première : un robot coupera une pièce de métal dans l’espace. Cette mission en apparence anodine cache un projet ambitieux. Nanoracks veut transformer les fusées abandonnées en orbite en stations spatiales, au départ inhabitées. Cela pourrait réduire grandement le risque posé par les débris spatiaux.

Mathieu Perreault Mathieu Perreault
La Presse

Coupures nettes

La première mission du programme Outpost de Nanoracks va être lancée en décembre sur une fusée de l’entreprise privée SpaceX, fondée par Elon Musk. Il s’agira d’une petite boîte renfermant un robot qui coupera en trois une pièce de métal très résistant, utilisé pour la construction des fusées. Des caméras et des capteurs vont déterminer si la coupe est nette et si elle produit des débris. « On n’a jamais coupé de métal avec des procédés industriels dans l’espace, explique Nate Bishop, responsable d’Outpost, joint à Houston. Ça a l’air simple, mais il y a plein de différences avec la terre ferme, notamment le fait que s’il y a du soleil, il peut y avoir une différence d’une centaine de degrés entre les deux côtés d’une plaque de métal. Nous allons progresser lentement. La première étape est de montrer qu’on peut contrôler une fusée abandonnée en orbite en y attachant des moteurs. Ensuite, on mettra d’autres modules pour prouver que le concept fonctionne. » Éventuellement, des stations inhabitées céderont la place à des stations spatiales habitables. Le métal des fusées est particulièrement résistant pour endurer la pression énorme du carburant et les vibrations, ce qui en fait un matériau ardu à travailler, mais bien adapté pour construire une station spatiale sécuritaire pour ses occupants.

Le problème des fusées

IMAGE FOURNIE PAR LA NASA

Illustration du nombre de débris spatiaux autour de la Terre

Quand une fusée lance un satellite ou une capsule habitée dans l’espace, il y a généralement plusieurs étapes. Le premier étage d’une fusée l’amène à l’orée de l’espace, puis retombe et brûle dans l’atmosphère. Le deuxième étage de la fusée la propulse à l’orbite visée. S’il s’agit d’une orbite basse, le deuxième étage retombe parfois dans l’atmosphère, mais sinon, il reste en orbite. Ils constituent la plus grande portion du problème des débris spatiaux autour de la Terre. Selon une analyse des 50 débris spatiaux les plus problématiques, présentée en octobre au 71Congrès astronautique international, 78 % de ces objets sont des seconds étages de fusées, et les 20 premières places sont occupées par des seconds étages de fusées soviétiques Zénith. Des lignes directrices sont proposées depuis une vingtaine d’années par l’armée américaine et la NASA pour réduire la contribution des seconds étages de fusées au problème des débris spatiaux, notamment en obligeant les constructeurs des fusées à prévoir un mécanisme de purge du carburant restant, pour minimiser le risque d’explosion. Mais ces lignes directrices ne sont plus jugées suffisantes, comme le montrait un débat présenté à la foire SpaceCom Expo en novembre dernier à Houston : l’un des points les plus critiqués est l’obligation pour les fabricants de fusées et de satellites de s’assurer que les engins ne restent pas en orbite plus de 25 ans après leur fin de vie utile, une période que beaucoup aimeraient ramener à 10 ou 15 ans.

La révolution des CubeSats

PHOTO FOURNIE PAR LA NASA

L’astronaute américain Jack Fischer prépare le module de lancement de CubeSats de Nanoracks à bord de la Station spatiale internationale en 2017.

Nanoracks s’est fait connaître avec ses CubeSats, des satellites modulaires construits à partir de cubes de 10 cm de côté, qui ont permis de démocratiser l’accès à l’orbite. Depuis 2013, Nanoracks lance 48 de ces cubes à la fois à partir du module japonais Kibo de la Station spatiale internationale. Les clients peuvent combiner plusieurs cubes pour former un CubeSat plus grand. Le coût n’est que de 30 000 $ US pour un cube pour des établissements d’enseignement et 60 000 $ US pour des entreprises, ce qui a permis à des dizaines d’écoles secondaires américaines d’envoyer des satellites en orbite. L’Agence spatiale canadienne (ASC) s’est prévalue en 2017 de cette approche, réservant 30 CubeSats de Nanoracks pour des universités canadiennes. Quinze de ces CubeSats ont été attribués, dont deux au Québec, à l’Université Concordia et à l’Université de Sherbrooke.

Une fusée plutôt qu’un astéroïde

PHOTO FOURNIE PAR LA NASA

La fusée Centaure qui a lancé la sonde lunaire Surveyor 2 en 1966.

Le problème des fusées abandonnées a été souligné en décembre dernier, quand la NASA a confirmé qu’un astéroïde découvert en septembre était en fait le second étage d’une fusée Centaure utilisée en 1966 pour envoyer la sonde américaine Surveyor 2 sur la Lune. La fusée Centaure est en orbite autour de la Terre et du Soleil.

Saturne et Skylab

PHOTO FOURNIE PAR LA NASA

La station Skylab

La première station spatiale américaine, Skylab, qui a été lancée en 1973, devait au départ être construite à partir du deuxième étage d’une fusée Saturne, utilisée pour le programme lunaire Apollo. Il a finalement été jugé moins coûteux de recourir à un nouveau design. L’idée a ressuscité en 2013, quand une étude commanditée par la NASA a proposé de construire un Skylab 2 à partir du second étage de la fusée Space Launch System qui doit ramener les astronautes américains sur la Lune durant la prochaine décennie.

Les réservoirs de la navette

PHOTO CHRIS CARLSON, ARCHIVES ASSOCIATED PRESS

Le réservoir externe ET-94 a traversé Los Angeles, en route vers un musée scientifique, en mai 2016.

Surfant sur l’enthousiasme initial généré par la navette spatiale, dans les années 1980, un consortium d’une cinquantaine d’universités américaines a élaboré un plan appelé External Tank Corporation qui aurait converti en station spatiale l’immense réservoir externe de carburant de la navette. Ce réservoir était composé d’une petite section pour l’oxygène liquide et d’une autre beaucoup plus grande pour l’hydrogène liquide, avec une chambre entre les deux qui aurait été convertie en module habitable. L’idée a finalement été abandonnée et les réservoirs externes ont continué à être largués par les navettes dans l’atmosphère, où ils se désintégraient durant leur chute dans l’océan Indien.

Objectif 2023

L’objectif du programme Outpost, en partie financé par l’Unité d’innovation du département américain de la Défense, est d’avoir une première station spatiale avant 2024. Après la mission de décembre, qui mettra en vedette une scie à friction qui coupe le métal en le faisant fondre, il faudra tester un outil de jointure de métal, entre autres. Il y aura donc de deux à quatre missions préparatoires avant le lancement de la première station spatiale. Pour le moment, la fusée utilisée sera celle de l’United Launch Alliance, mais rien n’empêcherait que le kit de transformation d’un second étage de fusée soit adapté pour celles d’autres sociétés. Et une station habitable ? « On aimerait que ce soit possible avant 2030 », dit David Marsh, directeur stratégique d’Outpost.

Les débris spatiaux en chiffres

22 000 : nombre de débris spatiaux plus grands que 10 cm

1 million : nombre de débris spatiaux plus grands que 1 cm

11 m : distance minimale entre le second étage d’une fusée soviétique Kosmos et d’un satellite chinois abandonné Change Zheng, en octobre quand ils se sont frôlés, laissant craindre une collision qui aurait créé des milliers de débris spatiaux supplémentaires

80 % des 50 débris spatiaux les plus dangereux ont été lancés avant 2000

2700 : nombre de satellites opérationnels en orbite

3300 : nombre de satellites abandonnés en orbite

50 000 : nombre de lancements de satellite d’ici 2030

Sources : UCS, NASA, ESA