Récupérer les débris spatiaux, une tâche d'envergure

La recherche spatiale se penche déjà sur la manière de « récupérer » ces débris et de s'en débarrasser. Pour pouvoir les récupérer, il convient tout d'abord de savoir comment ils se déplacent dans l'espace.

C'est cette question que traite le projet UB-Space créé par six étudiants en différentes disciplines de l'université de Brême en Allemagne. Maren Hülsmann, la responsable de l'équipe : « Jusqu'à présent, il était bien possible de faire accoster deux modules quand ils communiquaient l'un avec l'autre. Mais les débris spatiaux sont ce que l'on appelle des « objets non coopératifs » qu'un vaisseau spatial reconnaît et dont il doit s'approcher pour les saisir. » 

Il faut pour cela des calculs mathématiques complexes (Maren Hülsmann et sa collègue Amina Zaghdane étudient les mathématiques techniques) mais il faut aussi collecter des valeurs de référence et des données de tests. C'est ce à quoi s'attache UB-Space.

Dans l'espace avec une fusée-sonde

C'est grâce au programme germano-suédois REXUS/BEXUS que six étudiants peuvent procéder à une expérience spatiale réelle et complexe. Ces abréviations renvoient à « Rocket Experiments for University Students » et « Balloon Experiments for University Students ». Des équipes d'étudiants peuvent y soumettre des projets de recherche. Un jury examine les dossiers et en retient quatre par cycle de projets, quatre équipes pouvant ainsi d'une certaine manière disposer d'une partie de fusée pour pouvoir procéder à leur expérience. Les quatre modules sont hébergés dans une fusée-sonde qui est lancée une fois par an dans l'espace à partir de la base de lancement de Kiruna, dans le nord de la Suède.
 
L'idée d'UB-Space est la suivante : Le module de fusée relâche un objet à tester dans la thermosphère et enregistre la position et le mouvement de ce « free falling unit » à l'aide de capteurs et de plusieurs caméras. Maren Hülsmann : « Nous obtenons des photos et des données de positionnement du mouvement vraiment effectué par la FFU dans l'espace. Jusqu'à présent, nous ne disposions que de simulations du mouvement de pièces dans l'espace. »

Des calculs complexes sont de nouveau requis lors de l'évaluation de l'expérience, chaque fusée tournant constamment sur son propre axe afin de compenser les déséquilibres.

Des constructions destinées à des conditions particulières

Les équipes participant aux projets ont beaucoup à faire pendant les douze mois précédant le lancement. Chez UB-Space, c'est le cas notamment d'Oliver Dorn, qui étudie la technique nautique et est chargé de l'étude de la partie mécanique du module. Il doit se plier à des restrictions propres à l'espace : « La consommation d'énergie est limitée par le système, de même que le poids et l'espace de montage, et des températures atteignant les 200 ^°C sont générées par le frottement de l'air. » Comment, dans de telles conditions, concevoir l'entraînement qui va propulser l'objet à tester hors de la fusée ? Les étudiants sont relativement rapidement parvenus à la conclusion qu'il faudrait tout d'abord actionner une trappe dans la fusée. Une unité renfermant la « free falling unit » sort ensuite. Lars Flemnitz, étudiant en électrotechnique et instigateur du projet UB-Space : « Nous avons essayé plusieurs systèmes d'entraînement. Ce sont deux entraînements à vis utilisés en parallèle qui ont le mieux fonctionné ici. »

Entraînement et support signés igus

Les entraînements à vis viennent de la gamme igus drylin. Les vis en inox effectuent une course de 150 millimètres pour l'expulsion. Elles sont entraînées par un moteur pas à pas NEMA 11 qui a un couple élevé et une faible vitesse (3 cm/s). Le support dans lequel se trouve la FFU est fixé à un écrou imprimé en tribofilament iglidur J260. Il s'agit de l'un des six filaments proposés par igus pour l'impression 3D. Tous les filaments sont optimisés en terme de frottement et d'usure et permettent de fabriquer rapidement et à moindres coûts des pièces spéciales, même de forme compliquée, pour prototypes et petites séries. Même chose pour d'autres composants du support qu'UB-Space a commandés à igus.
 
Un composant à peine visible qui joue ici un rôle décisif vient aussi du système modulaire igus. Oliver Dorn : « L'objet de test (FFU) est placé dans un logement recouvert 

de tribo-ruban. » Ce film en iglidur a un très faible coefficient de frottement et est relativement nouveau dans la gamme igus. Il veille à ce que l'objet glisse du support et s'éloigne de la fusée après que la trappe s'est ouverte et que l'entraînement est sorti.
 

Des tests complets avant le lancement

Toutes les expériences REXUS doivent se plier aux mêmes procédures de tests et de réception complexes que celles exigées en aéronautique scientifique et commerciale selon les normes de l'ESA. Le module fusée d'UB-Space vient par exemple de passer des tests de vibration et d'accélération avec 12 g sur trois axes.
 
Ces procédures complexes s'expliquent par le fait qu'il n'y a pas de lancement d'essai ni de prototype en aéronautique. L'expérience doit réussir lors du premier et unique lancement. Mais l'équipe UB-Space est optimiste, un optimisme partagé par les ingénieurs de tests professionnels qui suivent constamment le projet.

Il va de soi que l'on a veillé à ce que la fusée REXUS avec l'expérience UB-Space à bord ne devienne pas elle-même un débris spatial. Après un vol parabolique avec un sommet à 90 kilomètres qui l'amène dans la thermosphère après traversée des trois couches de l'atmosphère, la fusée atterrit de nouveau dans le nord de la Suède. Commence alors l'évaluation des données collectées par UB-Space pendant le voyage.

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