Debris spatiaux metalliques

[Yvan_Delaserge]

Bonjour,
Je viens de voir un documentaire sur les debris de fusees qui restent en orbite autour de la Terre. Le documentaire disait pour plusieurs milliers d'annees.
Lorsqu'un objet metallique se deplace dans un champ magnetique, du courant electrique se met a circuler dans ledit objet, qui se met alors a chauffer, par effet Joule.
Ce phenomene est utilise dans les freins electromagnetiques que l'on trouve par exemple sur les camions poids lourds.
Un debris orbital metallique tourne dans le champ magnetique terrestre et devrait donc voir sa temperature s'elever. Une partie de son energie cinetique serait ainsi dissipee sous forme de chaleur et en ralentissant, le fragment metallique devrait progressivement se decaler vers une orbite de plus en plus basse, jusqu'au moment ou il devrait rencontrer l'atmosphere et bruler.

Pourquoi est-ce que cela ne se passe pas de cette facon et y aurait-il un moyen d'accentuer la transformation d'energie cinetique en chaleur?
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[phys4]

Lorsqu'un objet metallique se deplace dans un champ magnetique, du courant electrique se met a circuler dans ledit objet, qui se met alors a chauffer, par effet Joule.
Ce phenomene est utilise dans les freins electromagnetiques que l'on trouve par exemple sur les camions poids lourds.

Bonjour,
Ce n'est pas le déplacement dans un champ magnétique qui provoque des courants, il faut un changement du champ vu par l'objet, pour provoquer des courants et dissipation.
Dans les cas d'un frein électromagnétique, le champ est beaucoup plus élevé et change plusieurs fois par seconde, l'amplitude de variation est sans commune mesure avec celle du champ terrestre balayé moins d'une fois par heure. En outre, le champ change très peu pour une orbite proche de l'équateur.
L'effet de freinage existe mais il est minuscule, presque toujours inférieur au freinage par l'exosphère. En dessous de 1000 km, les satellites tombent assez en quelques années ou dizaines d'années. A plus de 10 000 km il faut des milliers d'années et le champ magnétique est aussi plus faible avec des satellites qui se déplacent lentement dans ce champ.

[Yvan_Delaserge]

Bonjour, phys4, merci de ta réponse.

Dans un ralentisseur électromagnétique, on utilise un champ magnétique constant, pas alternatif.

Les courants de Foucault sont créés dans une masse conductrice, soit par la variation au cours du temps d'un champ magnétique extérieur traversant ce milieu (le flux du champ à travers le milieu), soit par un déplacement de cette masse dans un champ magnétique. Plus le champ ou la vitesse sont importants, plus les courants de Foucault sont intenses.

Dans le cas d'un satellite, la vitesse est très importante, mais le champ magnétique très faible, c'est en effet probablement l'explication, comme tu le mentionnes.

Mais dans ce cas, pourrait-on imaginer de générer davantage de courants de Foucault en interceptant davantage de lignes de champ magnétique terrestre?
Il suffirait pour cela d'installer sur le fragment de fusée à désorbiter, une boucle de câble métallique, de grandes dimensions et faire en sorte qu'elle reste déployée.

Je crois me souvenir qu'il y a plusieurs années, une équipe italienne avait essayé d'installer un générateur électrique de secours utilisant ce principe. Je ne me rappelle plus si c'était sur MIR, ou la navette spatiale ou sur l'ISS. L'expérience avait échoué, car le câble s'était emmêlé.

[mach3]

Voir ici :

https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Câble_électrodynamique

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[Yvan_Delaserge]

Genial!
Tout d'abord, merci d'avoir corrige le titre du fil. On peut corriger les messages apres les avoir envoyes, mais pas les titres!
Ce que je n'ai pas bien compris d'apres les equations donnees sur la page Wikipedia :
Un debris orbital presente une enorme energie cinetique et une enorme energie potentielle gravifique, mais quelle proportion est-il possible d'en extraire grace aux courants de Foucault?
Et est-il correct de penser que pour faire circuler beaucoup de courant dans la boucle, il faille une boucle de fil de surface aussi grande que possible? De maniere a intercepter autant de lignes de flux magnetique que possible?
Le documentaire parlait par exemple du satellite Envisat, qui est gros comme une camionette et qui va rester en orbite pratiquement pour toujours.
Pourrait-on imaginer un systeme obligatoire, comportant un cable qui se deploierait autour de chaque satellite ou etage superieur de fusee et qui assurerait un retour progressif dans l'atmosphere, au bout de disons quelques semaines? Cela serait un petit poids supplementaire, mais cela peserait peut-etre moins lourd qu'une quantite de propergol necessaire pour obtenir le meme resultat?

Au fait, pour avoir un ordre de grandeur, considerons Envisat: 8 tonnes, 800 Km d'altitude, vitesse 3 Km/seconde.
Si on veut desorbiter un tel satellite et le faire tomber dans le Pacifique sud, quelle masse de propergol cela represente-t-il?

[Anathorn]

Au fait, pour avoir un ordre de grandeur, considerons Envisat: 8 tonnes, 800 Km d'altitude, vitesse 3 Km/seconde.
Si on veut desorbiter un tel satellite et le faire tomber dans le Pacifique sud, quelle masse de propergol cela represente-t-il?

A 800km d'altitude (circulaire) l'engin est a 7 km/s, pas a 3 km/s, sinon il tombe au bout de moins d'1/4 d'orbite.
pour désorbiter un truc en orbite circulaire a 800 km d'altitude, au pifomètre, ça doit faire dans les 250 m/s a injecter en retrograde, a tout casser.
Après, ça dépend du type de motorisation, en terme de masse d'ergols, ça dépend aussi de la masse du satellite.
Pour Envisat, d'une masse de 8t avec un moteur a hydrazine (de faible Isp), ça doit faire quelques petites dizaines de kg (2 a 4) gros maximum.

Le documentaire parlait par exemple du satellite Envisat, qui est gros comme une camionette et qui va rester en orbite pratiquement pour toujours.

a 800 km d'altitude, quelques centaines d'années.
Alors qu'a 400km, c'est seulement une petite poignée d'années.
Et qu'a 5000 km, ça se compte en millions d'années.

[Yvan_Delaserge]

Merci pour lien vers la page wikipedia d'Envisat. On y dit que l'Agence spatiale européenne étudie la faisabilité d'une mission de désorbitation d'ENVISAT depuis 2013. Son coût est estimé à 300 millions d'euros, ce qui correspond a 10 % du cout du programme. C'est beaucoup.
Et sait-on quelle technique est envisagee? Il s'agit d'aller fixer sur Envisat un moteur a hydrazine dont la poussee serait orientee en sens inverse de la direction du satellite, de maniere a le ralentir de 250 m/s? Et il faudrait pour ca une cinquantaine de Kg de propergols?

[Anathorn]

Merci pour lien vers la page wikipedia d'Envisat.

j'ai juste tapé envisat sur google

Sinon tout le monde se gratte la tête sur la désorbitation qui est une opération forcément très compliquée (surtout pour choper le debris), hors de prix et réservée a des satellites qui posent problèmes car ils sont sur des orbites fréquentées.
L'orbite polaire (envisat) a 800 km n'est pas encore véritablement concernée par ce genre d'embouteillage.
Ce satellite fait partie de la dernière génération des satellites de cette taille pour lesquels n'avait été prévu aucune solution finale de désorbitation.
c'est pour ça qu'il fait grincer des dents a l'ESA.
Surtout qu'ils auraient pu le faire, mais qu'ils ont préféré allonger sa durée de vie plutôt que de le désorbiter.
Une autre époque, même si c'est pas si vieux.
Désormais ces pratiques d'abandon de gros satellites en orbite basse (limite orbite moyenne) font partie du passé.
Mais l'engin va rester là très longtemps, pointant le manque d'anticipation et de responsabilisation des agences spatiales jusqu’à un passé très récent.

[Anathorn]

je galère a retrouver un très bon document, donné a l'époque par Amanuensis (je crois me souvenir, mais ça fait quelques années déjà), qui donnait le temps avant chute sur la terre d'un satellite en fonction de son altitude, et je ne le retrouve pas...
j'ai trouvé ça quand même :

https://fr.slideshare.net/mitzy93/dbris-spatiaux
Mais je n'arrive pas a poser la bonne question a google...

[Yvan_Delaserge]

j'ai juste tapé envisat sur google

Sinon tout le monde se gratte la tête sur la désorbitation qui est une opération forcément très compliquée (surtout pour choper le debris), hors de prix et réservée a des satellites qui posent problèmes car ils sont sur des orbites fréquentées.
L'orbite polaire (envisat) a 800 km n'est pas encore véritablement concernée par ce genre d'embouteillage.

J'aurais tendance a penser que si une orbite est embouteillee, ce n'est pas trop grave, puisque tous les objets vont a la meme vitesse. Si des collisions ont lieu, elles se feront a faible vitesse, non?
La collision entre le COSMOS et l'Iridium qui a eu lieu il y a quelques annees etait representee sur le documentaire comme si les deux satellites etaient sur des orbites perpendiculaires. Du coup, tout ce qui est en orbite polaire devrait etre un vrai danger pour la grande majorite des satellites proches du plan de l'equateur?
C'est comme de comparer deux autoroutes paralleles dans un cas et deux autoroutes qui se croisent a angle droit, sans feux de circulation
Sinon le message#9 repond bien a ma question initiale. La retombee des satellites est causee par les traces d'atmosphere, pas par les courants de Foucault.
En fait, pour reprendre le message #6, quelques dizaines de kilos de propergol pour desorbiter un satellite, c'est extremement peu par rapport a la quantite qu'il aura fallu pour le mettre en orbite. Pour un satellite de 8 tonnes, combien faut-il de propergol pour le satelliser a 800 Km d'altitude? 800 tonnes?
Je crois avoir lu quelque parl que mettre un kilo en orbite, ca coute 1 million. C'etait moins pour Envisat, puisque le lancement n'a coute "que" 3 milliards!

[Anathorn]

J'aurais tendance a penser que si une orbite est embouteillee, ce n'est pas trop grave, puisque tous les objets vont a la meme vitesse.

C'est beaucoup plus complexe que ça.
Déjà, vous savez ce que donne un accident de voiture a 50 km/h, vous voyez ce que ça produit sur une voiture spécifiquement prévue pour encaisser ce genre de chocs.
Les satellites, en dessous de 1000 km d'altitude, tournent tous a plus de... 25 mille km/h
Ensuite, l'embouteillage d'une orbite polaire est très différent de celui d'une orbite équatoriale ou pseudo équatoriale.
sur une orbite (strictement) équatoriale, les satellites se suivent, sur une orbite polaire non.
Schéma :

http://www.meteofrance.fr/prevoir-le...eteorologiques
deux satellites en orbite polaire peuvent très bien se rencontrer... de face donc à 50000 km/h
Alors que des orbites équatoriales ou pseudo équatoriales (pseudo : car elles peuvent avoir de fortes inclinaisons, comme l'ISS par exemple) sont le fruit de tirs qui ont tous été opérés dans la même direction : celle de la rotation terrestre.
Ici, les contacts ne seront donc jamais exactement frontaux, mais peuvent aller de quelques degrés a plus de 120° quand même (si, par exemple, deux orbites a 60° se croisent malencontreusement lorsqu'une est en node ascendante et l'autre en node descendante)
Mais même a 15 km/h, les dégâts sont substantiels (y a pas de crash box).
Or, s'ils se tapent, il a très peu de chances, statistiquement, que ça se fasse a moins de plusieurs milliers de km/h.

L'exemple de l'autoroute de voiture n'est pas pertinent.
1) en cas de bouchon tout le monde ralenti de concert
2) les voitures sont exactement sur le même plan
Alors que les satellites ne ralentissent pas et ne sont jamais sur exactement le même plan en LEO.

Si tout les satellites étaient sur le même plan, les risques de collision seraient nuls, comme pour le cas de l'orbite géostationnaire : il n'y a strictement aucune chance que deux satellites géostationnaires à poste puissent se percuter, pas plus que les billes impaires d'un roulement a bille : leur place est figée par rapport aux autres, quelque soient le moment ou on observe.
Mais l'orbite basse ne ressemble pas du tout a l'orbite (unique) géostationnaire.
L'orbite basse c'est un enchevêtrement d'orbites de plus ou moins grande altitude, avec une variation de plan très importante.
Et avec des variations de périgées et d'apogées qui ne sont pas forcément identiques et peuvent même varier significativement en fonction de leur mission.

L'inconvénient de certaines orbites, c'est qu'elles sont très prisées.
L'orbite polaire fait partie de celles ci, en particulier par les scientifiques car elle permet un survol de toutes les parties du globe sans exception (en un certain nombre de révolutions).
Il y a beaucoup plus d'orbite polaires, donc de place sur celles ci, que de place sur l'orbite GEO. Mais avec les risques qui vont de paire : que deux satellites finissent par se taper à force de se croiser (très schématiquement s'entend).
Vous voyez que les choses sont loin d'être triviales, et qu'il faut surtout éviter (comme toujours d'ailleurs dans l'espace) de tenter de le comparer a une situation terrestre, comme celle de l'autoroute.

Pour un satellite de 8 tonnes, combien faut-il de propergol pour le satelliser a 800 Km d'altitude? 800 tonnes?

Ariane5, 750t au lancement, 220M$ le tir, donc idem pour mettre en orbite 8t en orbite polaire ou 2 satellites a la fois de 5t en GEO.
Sauf que la capacité d'Ariane 5 en LEO (orbite basse) est de 21t (en orbite équatoriale basse a 300 km)
donc on peut dire qu'elle pourrait lancer un satellite de ~16t en orbite polaire a 800km.
Sauf qu'on ne peut pas lui retirer 1 booster (sinon elle ne décolle même pas ^^), donc on est obligé de "gâcher" ~8t de CU dans cet exemple.
220M$ a rapporter aux 3G$ d'envisat, ça reste marginal.
L'intérêt d'Ariane 6 sera justement d'avoir une plus grande modularité (version 2 ou 4 boosters), donc de proposer des tarifs plus adaptés au client en fonction de la CU et de la mission.

Je crois avoir lu quelque parl que mettre un kilo en orbite, ca coute 1 million. C'etait moins pour Envisat, puisque le lancement n'a coute "que" 3 milliards!

La construction du satellite Envisat a couté 3G$, nuance...
Faites les calculs :
220M$ pour 10.5t en GTO pour Ariane5.
50M$ pour 5.5t en GTO, 62M$ pour un premier étage neuf, pour la F9... si le 1er étage est récupéré.
La F9 est donc deux fois moins chère au kg en GTO.
Les tarifs de la F9 ne sont pas publics dans le cas de la perte du 1er étage de la F9 (en tout cas je ne les connais pas).
Attention, car la plupart des documents parlent de 8.3t pour la F9, mais sans préciser que c'est seulement si le premier étage est perdu !
Ce qui n'est évidemment pas l'objectif pour spaceX...
C'est ce genre de détails qui trompe très souvent ceux qui veulent calculer les coûts de lancement.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Ariane_5
https://fr.wikipedia.org/wiki/Falcon...C3%A9conomique

Je suis sur que je vous ai un peu embrouillé, mais vous n'avez qu'a pas poser des questions compliquées !
lol

[Yvan_Delaserge]

L'exemple de l'autoroute de voiture n'est pas pertinent.
1) en cas de bouchon tout le monde ralenti de concert
2) les voitures sont exactement sur le même plan
Alors que les satellites ne ralentissent pas et ne sont jamais sur exactement le même plan en LEO.

Je comprends. C'est comme si sur une autoroute, toutes les voitures zig-zagaient violemment horizontalement (orbites + ou - elliptiques) et verticalement (orbites à des angles variables par rapport au plan de l'Equateur)

Ariane5, 750t au lancement, 220M$ le tir, donc idem pour mettre en orbite 8t en orbite polaire ou 2 satellites a la fois de 5t en GEO.
Sauf que la capacité d'Ariane 5 en LEO (orbite basse) est de 21t (en orbite équatoriale basse a 300 km)
donc on peut dire qu'elle pourrait lancer un satellite de ~16t en orbite polaire a 800km.
Sauf qu'on ne peut pas lui retirer 1 booster (sinon elle ne décolle même pas ^^), donc on est obligé de "gâcher" ~8t de CU dans cet exemple.

Je ne sais pas si j'ai tout compris..
Cela signifie que la charge utile, le satellite, représente environ
- 1% de la masse au lancement si on veut le placer sur une orbite polaire (à quelle altitude?). Mais 2,1 % si c'est une orbite polaire à 800 Km d'altitude?
- 1,3% si c'est sur orbite géostationnaire
- 2,8% si c'est en orbite équatoriale basse.

Logique... plus c'est haut, plus il faut d'énergie.
Et si c'est en orbite polaire, on ne dispose pas de la vitesse tangentielle du globe terrestre.

Faites les calculs :
220M$ pour 10.5t en GTO pour Ariane5.
50M$ pour 5.5t en GTO, 62M$ pour un premier étage neuf, pour la F9... si le 1er étage est récupéré.
La F9 est donc deux fois moins chère au kg en GTO.

OK, donc c'est beaucoup moins cher que je ne croyais...220 millions pour 10,5 tonnes, ça fait environ 21000 $ par Kg pour Ariane 5.
Et plus que 9000 pour la F9. C'est remarquable!

Pour revenir à un point d'un message précédent, pourquoi est-ce si difficile de "choper" Envisat?
Ses paramètres orbitaux doivent être bien connus et stables et le rendez-vous orbital est bien au point depuis les années 60. Il est même automatisé depuis longtemps sur les Soyouz. Ou se situe la difficulté?

[Anathorn]

Cela signifie que la charge utile, le satellite, représente environ
- 1% de la masse au lancement si on veut le placer sur une orbite polaire (à quelle altitude?). Mais 2,1 % si c'est une orbite polaire à 800 Km d'altitude?
- 1,3% si c'est sur orbite géostationnaire
- 2,8% si c'est en orbite équatoriale basse.

Voilà (j'ai pas fait les calculs, je vous fait confiance).
pour le 1% en polaire : c'est parce que Ariane 5 n'est pas modulable.
Elle pourrait mettre 2 fois plus en orbite polaire, mais si le satellite pèse 2 fois moins que ce qu'elle peut faire, comme je le dis plus haut, on est quand même obligé d'envoyer la fusée entière, on va pas lui retirer un booster.
C'est donc du gâchis de charge utile.
mais 220M$ c'est seulement 7% du prix du satellite Envisat qui a couté 3G$ à construire.

Logique... plus c'est haut, plus il faut d'énergie.
Et si c'est en orbite polaire, on ne dispose pas de la vitesse tangentielle du globe terrestre.

voilà aussi
Rappelons que la rotation terrestre au niveau de l'équateur est de ~1600 km/h, c'est ça qu'on économise (sur ~25000km/h) en tirant dans l'axe de rotation terrestre a partir de l'équateur (cas de Kourou), cad ~6% du Dv total.
Sachant que pour mettre un satellite en orbite a 7.5 km/s, il faut en réalité injecter entre 9 et 10 km/s (selon les performances de l'engin), à cause de la perte par gravité + du frein atmosphérique.

Pour revenir à un point d'un message précédent, pourquoi est-ce si difficile de "choper" Envisat?
Ses paramètres orbitaux doivent être bien connus et stables et le rendez-vous orbital est bien au point depuis les années 60. Il est même automatisé depuis longtemps sur les Soyouz. Ou se situe la difficulté?

Pour faire un docking, il faut un point d'attache.
Comme il n'y en a pas sur ce satellite, il faut le capturer par d'autre moyens.
Le filet est une solution envisagée, mais c'est très très loin d'être simple, et actuellement en expérimentation.
Je crois me souvenir d'ailleurs qu'un des essais assez récent (genre moins de 2 ou 3 ans) avait justement échoué.

Et plus que 9000 pour la F9. C'est remarquable!

Attention, il y a tout de même de forts soupçons de dumping de SpaceX, c'est a dire qu'il pourrait faire des prix coutants sur le civil car les contrats d'état (satellites militaires du gvnt US et dragon/crew dragon pour l'iSS) sont clairement surfacturés et subventionnés.
Sujet délicat (qui attire les discussions enflammée sans réelles données chiffrées à notre disposition).
La prochaine Ariane 6 sera tout de même dans ces eaux là (~10k$ le kg).
On parle ici du marché GTO.
Or, le marché d'avenir (si les problèmes actuels de pollution lumineuse des constellation est réglé) ce n'est plus le marché GTO de gros satellites de communication, en grosse perte de vitesse depuis 2 ans, c'est le marché des constellations.
C'est avec ça que SpaceX veut faire son beurre.
C'est aussi avec ça qu'Arianespace compte, à l'avenir, assurer une bonne part de ses revenus.

[Yann94600]

Bien sûr, pour l'instant, on a expérimenté le filet et le harpon, mais c'est très cher et pas tellement au point, car il faudrait un très (trop) gros satellite pour pouvoir s'attaquer à plusieurs satellites durant la même mission, mais je pense que Arianespace et les Suisses y voient un marché prometteur dans un court avenir pour dépolluer les orbites.
Merci de ton tableau très parlant Anathorn. Manifestement il y en a que le sujet passionne, c'est peut-être bien ça notre avenir.

[Anathorn]

En matière de capture de satellite inerte (vide d'ergols donc incapable de manœuvrer, ce qu'on appelle en matière spatiale une "cible non coopérative") Northrop Grumman a frappé le premier :
https://forums.futura-sciences.com/a...e-realite.html