Le tir ASAT russe menace-t-il l’orbite basse ?

Le 15 novembre, les alertes fusent sur les réseaux sociaux : un nouveau nuage de débris s’est formé sur l’orbite basse. Ces débris auraient été générés lors d’un test ASAT russe (missile antisatellite à ascension directe ou DA-ASAT).

Destruction de Kosmos-1408 en milliers de débris

Assez rapidement, LeoLabs Inc., une entreprise américaine possédant plusieurs radars pour la détection et le suivi des objets en orbite terrestre basse, confirme de nouveaux débris à l’emplacement prévu d’un satellite russe Kosmos-1408 qui, sur les radars, s’est rapidement transformé en six échos radar, puis en 31.

Kosmos-1408 est un satellite de renseignement militaire de 1750 kg lancé en 1982. Il avait une orbite de 487 x 461 km (source Space-track) avant sa « disparition ».

Illustration de ce que à quoi devait ressembler le satellite espion Kosmos-1408 basé sur la plateforme Tselina-D (crédit RussianSpaceWeb)

Des experts spatiaux, comme Jonathan McDowell, regardent rapidement les messages aux navigants aériens, ou NOTAM, qui indiquent les zones d’interdiction de vols notamment. Le 15 novembre, Kosmos-1408 est passé au-dessus de Plesetsk (ligne rouge) pour la dernière fois avant sa destruction à 02h47 UTC. Cette orbite est bien alignée avec une zone NOTAM (carré foncé). L’analyse indiqua que l’intercepteur décollant de Plesetsk entre 02h00 et 05h00 UTC a eu l’opportunité d’approcher sa cible par-derrière, très probablement à 02h52 UTC.

Le tir antimissile russe est ensuite confirmé et condamné par l’US Space Command (commandement de l’espace des Etats-Unis).

Il semblerait que ce test soit celui du système antimissile A-235 baptisé Nudol, version modernisée du précédent système A-135. L’A-235 serait capable de frapper des cibles à une distance d’environ 1 500 kilomètres. La vitesse de ce missile peut atteindre Mach 10. C’est donc un système de missile hypersonique. La particularité du nouveau missile réside dans le fait qu’il ne transporte aucune ogive nucléaire, mais peut détruire la cible avec sa seule énergie cinétique (source).

Le ministre russe de la Défense, Sergueï Choïgou, a fini par confirmer le 16 novembre que la Russie avait réussi le tir d’essai d’un missile antisatellite : « la Russie a testé avec succès le système qui a frappé un ancien satellite, il n’y a aucune menace pour les activités spatiales ».

Le Système européen de surveillance et de suivi de l’espace, EUSST (European Space Surveillance and Tracking System) a également confirmé la détection des débris générés par la fragmentation de Kosmos-1408.

Des précédents pour 4 pays

Ce n’est malheureusement le premier essai de ce type en orbite basse qui a généré des milliers de débris.

La Russie effectue ce type de test depuis les années 60, plutôt sur des systèmes antisatellites co-orbitaux (le premier ayant généré environ 250 débris catalogués a eu lieu en 1968). Les plus récents essais ayant généré des débris spatiaux sont imputables à la Chine, en 2007, aux États-Unis en 2008 et à l’Inde en 2019.

Dans le cadre de l’essai américain, le tir a été effectué sur un satellite à 250km d’altitude. La majorité des débris sont retombés en quelques semaines. Pour l’essai indien, il a fallu près de 2 ans pour que les débris du satellite situé à moins de 300 km d’altitude retombent dans l’atmosphère. Un gros débris traqué reste encore sur orbite à ce jour.

Le 10 novembre dernier, l’ISS a dû manœuvrer pour éviter un des 2737 morceaux restant sur orbite du satellite chinois abattu à une altitude de 800 km lors du test d’arme antisatellite chinois en 2007, qui avait généré 3537 débris catalogués.

Plus l’altitude du test ASAT est haute, plus le risque d’avoir des débris pour longtemps sur orbite est grand.

Les astronautes de l’ISS mis à l’abri

Les activités des astronautes de l’ISS ont été perturbées le 15 novembre.

Le contrôle de mission de Houston a alerté l’ingénieur de vol Mark Vande Hei et lui a indiqué d’amener le reste de l’équipage vers les vaisseaux Soyouz et Crew Dragon en raison d’une « rupture de satellite ».

Les transmissions entre l’équipage de l’ISS et le centre de contrôle de la NASA à Houston (via https://www.dailymail.co.uk/)

« Nous devons vous demander de commencer à revoir la procédure de refuge« , dit le contrôle au sol, avant de lui expliquer les procédures qu’il doit effectuer. « Il est 9 décimal 21. Nous prévoyons de passer au bloc 8, ce qui inclura la fermeture des trappes radiales. L’heure d’inquiétude est 06h00.« 

Après que Vande Hei ait répété les instructions, on lui a dit que les équipes au sol devaient effectuer certaines étapes avant que les écoutilles ne soient fermées.

Dans la deuxième partie de la communication, on peut entendre le contrôle au sol parler à l’astronaute Raja Chari qui demande « Est-ce que SpaceX est sur console pour avoir une conversation… sur les actions à faire si nous avons un impact ? » On lui dit : « Oui, SpaceX est sur console. » Chari est alors informé que, si la capsule est heurtée par des débris, lui et son équipage seront renvoyés sur l’ISS pour attendre d’autres instructions. « Nous voulons juste réitérer que nous pensons qu’il est peu probable que Dragon ait un impact« , ajoute le contrôle au sol. « Copie, merci », répond Chari. 

Les cosmonautes russes Anton Chkaplerov et Piotr Doubrov et l’astronaute américain Mark Vande Hei ont eux embarqué en urgence dans le vaisseau Soyouz.

Par précaution pour la sécurité de l’équipage, toutes les écoutilles sont restées fermées jusqu’au 17 novembre au matin, lorsque les équipes au sol ont déterminé le niveau de risque acceptable pour revenir aux opérations nominales.

Le Ministère russe de la Défense a partagé une vidéo indiquant que les débris causés par le test ne se sont jamais approchés suffisamment pour menacer l’équipage de l’ISS :

L’agence spatiale russe a indiqué de son côté dans un communiqué que « la principale priorité a été et reste d’assurer la sécurité inconditionnelle de l’équipage« .

Le directeur de l’ESA a réagi également à l’incident :

« J’ai été en contact avec l’astronaute de l’ESA Matthias Maurer pour l’assurer de tout mon soutien pendant et après ces heures tendues en orbite suite à la récente situation de débris spatiaux. »

Je n’ai pas vu de déclaration officielle de la CNSA, l’agence spatiale chinoise, suite à la l’évènement alors que la station spatiale chinoise a sans doute été également en alerte.

Quel risque pour les activités spatiales ?

Au-delà des tensions diplomatiques que cette génération de débris par un tir antisatellite suscite, concentrons-nous sur les risques pour les satellites et les vols habités en orbite basse.

Avant cet évènement, d’après les derniers chiffres de l’Agence spatiale européenne, près de 30 000 débris catalogués se trouvent actuellement en orbite terrestre. Mais 330 millions de débris mesurant entre 1 mm et 1 cm et 1 million entre 1 et 10 cm sont estimés par les modèles statistiques comme étant en orbite.

Distribution des débris spatiaux autour de la Terre de taille supérieure à 1 mm (crédit ESA)

Lorsqu’un satellite est détruit par un missile, le nuage de débris continue généralement à se déplacer le long de l’orbite d’origine du satellite. Certaines pièces seront propulsées sur des orbites plus élevées, d’autres seront projetées sur des orbites plus basses et certaines seront projetées sur des trajectoires complètement différentes. Au fil du temps, le « nuage » va s’étendre.

Simulation du nuage de débris issus de la fragmentation de Kosmos-1408 (crédit EUSST)

Les débris créés à partir de la fragmentation de Kosmos-1408 n’ont pas encore été entièrement catalogués ou caractérisés, et ne le seront probablement pas avant un certain temps.

Toutefois, Leolabs a répertorié au 17 novembre 253 objets.

Diagramme de Gabbard des débris générés par l’explosion de Kosmos-1408 : les points bleus désignent l’apogée tandis que les points orange désignent le périgée pour le même objet. Les points d’apogée/périgée pour un même objet ont été entourés en rouge pour faciliter l’interprétation.

Notre évaluation initiale est que ces 253 objets représentent probablement les plus gros fragments avec le moins de vitesse delta qui leur est impartie, car ils orbitent le plus près de l’orbite d’origine de Kosmos-1408. Si cela est exact, les règles empiriques indiqueraient 5 à 10 fois plus d’objets que cela, ce qui place le nombre total de débris traçables théoriques dans la zone de 1 250 à 2 500 pièces.

D’après Leolabs, compte tenu de l’altitude où cet événement s’est produit, le diagramme de Gabbard fournit deux points clés à retenir :

  1. Les objets éjectés dans des périgées inférieurs verront leurs orbites se circulariser relativement rapidement, et la majorité rentrera dans l’atmosphère au cours des cinq prochaines années.
  2. Les objets éjectés sur des orbites plus élevées verront leurs orbites se circulariser plus lentement, et la majorité rentrera dans l’atmosphère sur des périodes beaucoup plus longues – potentiellement des décennies, selon l’altitude.

Même si selon leur dernière analyse publiée le 19 novembre montre que la rupture du Kosmos-1408 a probablement créé plus de débris que la Russie ne l’avait prévu, mais moins de débris qu’initialement craint, car l’impact du missile ne s’est probablement pas effectué à hypervitesse, comme ce fut le cas lors de précédentes collisions catastrophiques, la génération de nouveaux débris spatiaux est une mauvaise nouvelle, et s’ils s’accumulent en quantité suffisante, l’orbite terrestre basse pourrait devenir inutilisable.

La fragmentation de Kosmos-1408 a d’ailleurs généré un certain nombre de réactions vis à vis de l’expoitation de l’orbite basse :

Réaction de Florence Parly, ministre des armées françaises
Le CEO de Planet, l’un des plus grands pourvoyeurs d’images satellites à partir de l’orbite basse : « Nous condamnons l’antisatellite d’hier par la Russie. Ils rejoignent la Chine, les États-Unis et l’Inde pour l’avoir fait ces dernières années. C’est irresponsable. Les ASAT mettent en péril la sécurité des astronautes et les satellites qui fournissent des services essentiels. Planet exhorte toutes les nations à interdire les ASAT et à respecter les espaces communs« 

Un scénario à la « Gravity » ?

Les objets en orbite se déplacent extrêmement rapidement, à des dizaines de milliers de kilomètres par heure. Une collision à cette énorme vitesse même pour un débris de petite taille peut entraîner des dommages importants (dépressurisation d’un vaisseau habité par exemple).

L’astronaute de l’ESA Tim Peake a pris cette photo de l’intérieur de la Cupola en avril 2016, montrant un impact circulaire de 7 mm de diamètre creusé par l’impact d’un minuscule débris spatial, peut-être une écaille de peinture ou un petit fragment de métal pas plus gros que quelques millièmes d’un millimètre de diamètre. L’arrière-plan montre juste la noirceur de l’espace. « On me demande souvent si l’ISS est touchée par des débris spatiaux. Oui, c’est l’éclat dans l’une de nos fenêtres Coupole, content qu’elle soit à quadruple vitrage ! » a déclaré Tim Peake (crédit ESA)

De plus, alors que le nombre de satellites en orbite basse (LEO – Low Earth Orbit) ne fait que s’accentuer depuis plusieurs années (cubesats et constellations), et que jusqu’à 94 000 nouveaux satellites pourraient être mis en orbite dans les années à venir, la congestion de l’orbite basse menace !

Evolution des objets spatiaux – statut en octobre 2021 (crédit ESA)

L’exploitation des satellites devient plus délicate et l’exposition aux collisions des missions habitées augmente également. D’ailleurs, en avril dernier, les astronautes de la mission Crew-2 ont dû revêtir leurs combinaisons de vol à cause d’un risque de collision tandis que le vaisseau Crew Dragon volait vers l’ISS.

« Faire des débris inutiles en LEO est mauvais. Faire des débris inutiles en LEO alors que nous augmentons considérablement le nombre de satellites LEO actifs est très mauvais ».

a déclaré Jonathan McDowell.

L’orbite entre 400 et 600 km est extrêmement peuplée et un risque non négligeable à force d’avoir des objets non manoeuvrables comme des débris spatiaux est le scénario « boule de neige » désastreux connu sous le nom de syndrome de Kessler.

Proposé par Donald Kessler en 1978, ce scénario éponyme décrit une réaction en chaîne catastrophique de collisions de satellites qui finit par détruire la capacité à fonctionner en orbite terrestre basse. Alors que les objets en orbite entrent en collision et se désintègrent, le nuage toujours croissant de débris spatiaux s’accumule, alimente de nouvelles collisions et déclenche une cascade de destruction qui ne s’éteint que lorsqu’il n’y a plus rien à pulvériser. Ce scénario a été dépeint dans la fiction, peut-être plus à juste titre dans le film Gravity de 2013. Dans le film, la Russie abat un satellite, produisant une chaîne de collisions qui tue certains astronautes et oblige d’autres à faire un retour d’urgence sur Terre. « 

Il est important de se rappeler que les États-Unis et la Russie sont responsables de 85 % des déchets en orbite autour de la Terre.

Reconstitution de la fragmentation du satellite russe Kosmos-1408 par un missile lancé depuis la surface de la Terre près de Plesetsk, en Russie. L’illustration utilise des données théoriques accessibles au public pour recréer l’événement. Dans la vidéo, l’orbite de KOSMOS-1408 est illustrée par une ligne verte, tandis que le missile antisatellite est illustré par une ligne blanche intitulée « ASAT ». Après l’impact, le champ de débris hypothétiques est représenté en rouge, montrant l’intersection avec l’orbite de la Station Spatiale Internationale, sur la base de paramètres hypothétiques mais réalistes (crédit Ansys)

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