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Le thème général:Le thème général:L’environnement: L’environnement:
victime victime du du progrès?progrès?
La problématique:Dans quelle mesure les
modifications de l’environnement sont-elles irréversibles?
Le sous-thème:Le sous-thème: La pollution de l’espace La pollution de l’espace
La problématique:
Comment les débris spatiaux influencent-ils l’espace destiné au
lancement des satellites?
Le planLe plan
Définition des débris spatiauxDéfinition des débris spatiaux
Dans le domaine de l’astronautique, un débris spatial, est l’objet résiduaire d’une mission spatiale, se trouvant sur l’orbite et ayant une taille supérieure à 10 microns.
1 micron=1µ m=10-6 m
La population en orbite autour de la Terre est composée de satellites opérationnels et de débris spatiaux.
I. Présentation générale
Les véhicules spatiaux opérationnels sont parfois inclus dans le terme "débris spatiaux" afin de pouvoir établir, une comparaison aisée entre l'environnement naturel constitué, entre autre, par les météorites et l'environnement artificiel, regroupant l'ensemble des objets fonctionnels ou non.
I. Présentation générale
Satellites géostationnairesSatellites géostationnaires
Un satellite géostationnaire est un satellite artificiel qui se trouve sur une orbite géostationnaire (orbite située à 35 786 km d'altitude au-dessus de l'équateur, dans le plan équatorial et d'une excentricité orbitale nulle).
I. Présentation générale
Répartition des débris spatiauxRépartition des débris spatiaux
Depuis 1957, il y a eu plus de 4600 lancements et plus de 200 explosions en orbite qui ont généré :
13000 objets > 10 cm (objets catalogués) 200 000 objets entre 1 et 10 cm (objets non catalogués) 35 000 000 objets entre 0.1 et 1 cm (objets non catalogués)
II. Environnement
La population des objets catalogués (> 10cm) en 3D. On distingue facilement l'orbite géostationnaire et les orbites basses.
1.
2.
II. Environnement
Moyens d'observationMoyens d'observation
Moyens Domaine de fonctionnement
Capacités
Radar sol Orbites basses (altitudes inférieures à 2000km)
Détection d'objets de plus d'1cm à 1000 km Suivi d'objets de plus de 10 cm
Télescope sol Orbite géostationnaire
Détection d'objets de plus de 20 cm Suivi d'objets de plus de 50 cm
Capteurs embarqués Matériels récupérés
Fonction de l'altitude du satellite porteur Orbite très basse pour matériels récupérés
Détection d'objets de 1 à 10 mm
II. Environnement
Ces moyens au sol et en orbite permettent donc d'acquérir deux types de connaissance :
une connaissance déterministe et précise pour les objets de plus de 10 cm.
une connaissance statistique et moins fiable pour les objets de très petite taille
II. Environnement
Fctp = Fgrav =
Fctp = Fgrav => vs.o =
Fctp = la force centripète
Fgrav = la force gravitationnelle
MTerre = la masse de la Terre
Ms.o = la masse de la station orbitale
vs.o = la vitesse de la station orbitale
K = constante universelle
h = la hauteur
R = le rayon de la Terre
II. Environnement
R
voMs 2.
2)(
.
hR
MTerreoMsK
2)( hR
RMTerreK
La durée de vie des debris spatiaux
La durée de vie en orbite est limitée par la présence de l'atmosphère terrestre même ténue. L'atmosphère va ralentir les objets c'est à dire les freiner et pour ceux qui évoluent sur des orbites basses provoquer à long terme leur rentrée sur Terre.
II. Environnement
Exemple d'objets spatiaux
Orbite (altitudes périgée et apogée)
Durée de vie
Station Spatiale Internationale
400 km x 400 km entre 6 mois et 1 an
SPOT (Système Probatoire d'Observation de la Terre )
825 km x 825 km 200 ans
Objets qui se trouvent sur l’orbite de transfert géostationnaire
200 km x 36000 km environ 10 ans
Objets qui se trouvent sur l’orbite géostationnaire
36000 km x 36000 km millions d'années
Risques en orbite
Les conséquences d'un risque de collision en orbite d’un satellite avec des débris .
Taille des débris Caractéristiques
< 0.01cm Erosion des surfaces
Entre 0.01 et 1 cm Dommages significatifs
Perforations
Conséquences variables suivant
l'équipement atteint
Entre 1 et 10 cm Dommages très importants
> 10 cm Conséquences catastrophiques pour
un satellite
III. Risques
4 cas de collision avérés entre objets catalogués : 24 juillet 1996 : La première collision répertoriée a eu lieu en 1996
entre le satellite français Cerise et un débris issu d'une explosion d'un étage supérieur d'Ariane .
17 janvier 2005 : collision entre un étage lanceur américain (Thor) et un débris de lanceur chinois (CZ-4)
décembre 1991 (collision identifiée en 2005) : collision entre satellite de navigation russe (COSMOS 1991) et un débris de satellite russe (COSMOS 926)
10 février 2009 : la collision a impliqué deux satellites, dont un actif (IRIDIUM 33), et un satellite russe inactif, mais intact (COSMOS 2251). Les débris générés par cet événement sont nombreux (de l'ordre du millier) et se situent à des altitudes très peuplées (vers 800km).
III. Risques
Risques au sol
Lors des rentrées atmosphériques, les objets traversent les couches de l'atmosphère. Les matériaux chauffent intensément et une grande partie est "sublimée“. Il reste parfois des éléments qui résistent à la rentrée du fait de leur forme et la nature des matériaux composants (acier, titane, composite etc.).
Il existe deux types de rentrée
atmosphérique : rentrée contrôlée et la rentrée naturelle.
III. Risques
III. Risques
Modifications irréversiblesModifications irréversibles
La composition chimique de débris spatiaux : aluminium et matériaux composites.
Les débris qui tombe sur la Terre, même si leur rentrée est contrôlée ou non, polluent aussi l’environnement naturel , car ils sont non biodégradable. La seule solution est la construction de matériaux spatiaux biodégradables .
III. Risques
SolutionsSolutions La protection. Des mesures de protection
des satellites peuvent être mises en oeuvre pour atténuer les effets d'un impact avec des débris : les blindages spécifiques.
L’élimination. Il s’agirait de nettoyer l'espace pour diminuer le nombre de débris, soit en les récupérant, soit en les faisant rentrer sur Terre.
La prévention. La solution la plus réaliste
est d'éviter de générer de nouveaux débris et de limiter ainsi la prolifération des débris. Il s'agit, par exemple, d'appliquer des mesures de transfert des étages supérieurs ou des satellites, de désorbiter ou ré-orbiter les satellites, afin de protéger certaines zones d'intérêt.
IV. Solutions
Le produit finalLe produit final
Notre produit final est une maquette basée sur l’interview avec M. Alexandru Conu, un astronome qui travaille à S.A.R.M. Nous avons pensé de parler avec M. Conu sur les thèmes suivantes:
1. Quelle modalité est utilisée pour le contrôle de débris spatiaux ?
2. Une fois tombées sur la Terre, les débris spatiaux se désintègrent par leur nature ou par l’intervention de l’homme? Par quelles méthodes?
3. On peut contrôler les collisions entre les satellites et les débris spatiaux? Comment influencent-ils? (conséquences)
4. C’est la même situation dans le cas de navettes spatiales qui traversent les régions ou se trouvent les débris spatiaux?
Groupe de travail:Groupe de travail:Cormos Andreea Moldovan AncaDumitrescu Sonia Puiu Cosmina
L’L’équipeéquipe pédagogique:pédagogique:Carmen Boteanu (prof.
Chimie)Adina Marino (prof. Français)Despina Ionescu (prof.
Français)Nicolas Chaudemanche (prof.
FLE)
Ileana Patrichi (prof. Physique)
Professeur Professeur référent:référent:
Disciplines Disciplines utilisées: utilisées: physique et chimie.
Bibliographie:Bibliographie: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronautique/; http://mankind-in-space.blogspot.com/; http://www.astrosurf.com/luxorion/astronautique-debris.htm; http://www.telecom-bretagne.eu/trek/eurotrek/tag/debris-spatiaux/; Universul, Larousse, editura Rao, 1996; http://debris-spatiaux.cnes.fr/; http://jcboulay.free.fr/astro/page_debris.htm; Physique, Terme S, editura Hachette, collection Durandeau; Physics PSSC, editura Didactica si Pedagogica; Je découvre le monde. Ma première encyclopédie, editura Lito,
1994.
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