FR2656587A1 - Procede et dispositif pour eloigner des debris de l'espace extra-atmospherique. - Google Patents
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Abstract
L'invention propose un procédé et un dispositif pour éloigner un débris se déplaçant dans l'espace extra-atmosphérique sur une orbite terrestre (12) en étant animé d'une vitesse de rotation, qui consistent à envoyer sur le débris un rayonnement (50) de vaporisation du matériau qui le compose, le débris étant éloigné de l'orbite terrestre du fait de la volatilisation de son matériau. Le dispositif (10) comprend une source de rayonnement (22) pour produire le rayonnement (50) de vaporisation du matériau du débris et en outre un dispositif de visée au moyen duquel le rayonnement peut être envoyé sur le débris qui se déplace sur son orbite terrestre (12).
Description
Procédé et dispositif pour éloigner des débris de l'espace extra-
atmosphérique. L'invention concerne un procédé pour éloigner un débris se déplaçant dans l'espace extra-atmosphérique sur une orbite terrestre et
animé d'une vitesse de rotation.
En outre, l'invention concerne un dispositif pour véhicules spatiaux, destiné à éloigner un débris se déplaçant dans l'espace extraatmosphérique sur une orbite terrestre et animé d'une vitesse de rotation. Du fait du nombre toujours croissant de débris se déplaçant dans l'espace extra-atmosphérique sur une orbite terrestre, il en résulte pour les vols spatiaux de l'avenir des problèmes considérables,
notamment quand il s'agit de stations spatiales.
Jusqu'ici, on a proposé en tant que mesures de protection passives des boucliers protecteurs et des revêtements, qui toutefois entrent pour beaucoup dans la masse des satellites ou des stations spatiales et
n'offrent qu'une protection limitée.
Une autre possibilité consisterait à se placer sur des orbites plus basses, mais il serait alors nécessaire d'avoir périodiquement recours à une accélération pour maintenir la station spatiale sur son
orbite terrestre.
On a proposé jusqu'ici en tant que mesures de protection actives de faire effectuer au satellite ou à la station spatiale des manoeuvres d'évitement Le coût est cependant considérable et il faut notamment avoir recours à une capacité accrue des moteurs et de l'agent propulseur pour que des manoeuvres d'évitement soient envisageables tout au plus dans le cas d'un très gros débris se trouvant sur une
trajectoire collisionnelle.
On pourrait également envisager, en tant qu'autre possibilité, de faire effectuer à un véhicule spatial des manoeuvres de rendez-vous pour recueillir les débris Mais ceci exige une énergie considérable et est pratiquement exclu du fait du nombre très élevé de débris qui sont 2-
particulièrement petits.
L'invention a donc pour but de proposer un procédé et un dispositif pour éloigner des débris dans l'espace qui soient de
fonctionnement aussi simple que possible et économiques.
En ce qui concerne le procédé du type mentionné dans le préambule, ce but est atteint selon l'invention par le fait qu'il est envoyé sur le débris un rayonnement de volatilisation du matériau le composant et par le fait que, en raison de la volatilisation de son matériau, le
débris est éloigné de son orbite terrestre.
L'avantage de la solution selon l'invention réside dans le fait qu'il est possible, sans que cela pose de problèmes, d'envoyer un rayonnement sur le débris à partir de grandes distances et d'éloigner ce débris de son orbite terrestre par volatilisation, ceci permettant de ne pas avoir à faire effectuer à une station spatiale des manoeuvres
de rendez-vous et des manoeuvres d'évitement.
Il est donc prévu dans le cas le plus simple une station spatiale comprenant un dispositif approprié qui fonctionne selon le procédé de l'invention, éloignant ainsi à l'avance tous les débris qui croisent son orbite, ou bien il est prévu que le satellite ou la station spatiale soit affectée de façon générale à l'éloignement de tous les débris passant à sa portée à l'aide d'un rayonnement de volatilisation
envoyé par elle, selon le procédé de l'invention.
Dans le cadre du procédé selon l'invention, il est par exemple possible de réduire complètement en petits fragments de petits débris par volatilisation de leur matériau, et notamment de les atomiser, et
ainsi de les éloigner de leur orbite terrestre.
Quand il s'agit de débris de plus grandes dimensions, il est particulièrement avantageux, notamment pour pouvoir obtenir l'effet désiré avec une puissance de rayonnement réduite, que subsiste, lors de la volatilisation du matériau, un débris restant qui est envoyé sur une orbite différente de l'orbite terrestre du fait de la réaction qui a lieu lors de la volatilisation de son matériau L'avantage de ce procédé consiste dans le fait qu'il est possible d'éloigner des débris très importants, car il suffit d'en vaporiser une faible partie en utilisant la réaction qui a lieu lors de la volatilisation, qui est 3 - analogue au principe des fusées, le débris restant qui subsiste subissant une accélération qui le détourne de l'orbite terrestre qu'il
suivait jusqu'alors.
Selon un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, il est particulièrement avantageux que le débris restant reçoive, lors de la volatilisation de son matériau, une accélération qui modifie sa vitesse de rotation et de ce fait agit également dans le même temps sur son orbite. Il est ainsi possible de très facilement envoyer le débris restant sur une orbite descendante par laquelle il retourne dans l'atmosphère terrestre o il se consume, le débris restant étant alors complètement éliminé, ou bien de l'envoyer sur une orbite de fuite par laquelle il quitte le champ de gravitation de la terre et s'éloigne dans l'espace
et est ainsi également totalement éliminé.
De préférence, on peut obtenir de telles modifications de la vitesse de rotation quand la direction du rayonnement de volatilisation du matériau du débris forme avec la direction de la vitesse de rotation un angle différent de 90 et qu'ainsi la réaction lors de la volatilisation du matériau comprend une composante notable dans le sens
de la volatilisation ou dans le sens contraire.
Il est particulièrement avantageux que la direction du rayonnement de volatilisation du matériau du débris forme avec la direction de la vitesse de rotation un angle < 60 ou mieux encore < 45 Dans ce cas, la vitesse de rotation résultante diminue et le débris est ainsi envoyé
de préférence sur l'orbite descendante.
En variante, il est également avantageux que la direction du rayonnement de volatilisation du matériau du débris forme avec la direction de la vitesse de rotation un angle > 120 , et en particulier > 135 Dans ce cas, l'accélération agit en raison de la volatilisation du matériau en direction de la vitesse de rotation résultante, ce qui
fait que le débris restant est envoyé sur une orbite de fuite.
Pour pouvoir parvenir à un résultat avec des puissances aussi faibles que possible, il s'est avéré avantageux selon un mode de mise en oeuvre du procédé que le rayonnement destiné à la volatilisation du matériau du débris soit focalisé sur le débris de manière à obtenir un 4 - très fort échauffement d'une région aussi petite que possible de ce
dernier, dont le matériau se vaporise.
Il s'est en outre avéré avantageux que le rayonnement soit envoyé sur le débris sous forme d'un train d'impulsions car il est alors facile d'impartir une énergie élevée aux impulsions individuelles du faisceau, qui vaporise le matériau du débris, alors que ceci serait
problématique s'il s'agissait d'un rayonnement continu.
De façon générale cependant, et dans le cadre de la solution selon l'invention, il n'est pas exclu d'envoyer sur le débris un rayonnement
continu et de vaporiser ainsi son matériau.
Aucune indication n'a été donnée jusqu'ici sur le type du rayonnement de volatilisation du matériau du débris L'unique condition dans ce cas est que le rayonnement de volatilisation du matériau du débris puisse être absorbé de la meilleure façon possible par ce matériau de façon à le chauffer de manière appropriée et à le vaporiser On peut par exemple imaginer d'utiliser un rayonnement
électronique pour vaporiser le matériau du débris.
Cependant, un rayonnement électromagnétique s' est révélé comme particulièrement approprié en raison de la facilité de sa manipulation
et de sa génération.
De préférence et selon un mode de réalisation du procédé de l'invention, on utilise en tant que rayonnement de volatilisation du matériau du débris un faisceau laser car celui-ci peut être produit
avec une puissance élevée et être dirigé sur le débris avec facilité.
Selon un autre mode de mise en oeuvre particulièrement préféré du procédé de l'invention, il est possible encore d'augmenter l'accélération agissant sur le débris en constituant dans la vapeur du matériau du débris un passage avec formation de plasma Ceci signifie que ce débris est d'abord vaporisé par le rayonnement de volatilisation de son matériau et que le passage avec formation de plasma est ensuite produit dans le nuage de vapeur par absorption du faisceau envoyé sur le débris, ce qui laisse se former une onde de pression additionnelle
pouvant être utilisée pour accélérer le débris.
On obtient par exemple ce résultat en vaporisant le matériau du débris par une première impulsion de rayonnement, de préférence une - impulsion laser, et en produisant avec une seconde impulsion subséquente de rayonnement un passage dans la vapeur avec formation de
plasma et l'onde de pression qui lui est liée.
En variante, il est également envisageable de provoquer la volatilisation du matériau du débris au moyen d'une première source de rayonnement, puis de produire avec une seconde source de rayonnement le passage avec formation de plasma dans la vapeur, ce procédé ayant pour avantage que la première source de rayonnement peut être adaptée au matériau du débris en ce qui concerne ses propriétés d'absorption du rayonnement et que la seconde source de rayonnement peut être adaptée par son type aux propriétés d'absorption de la vapeur du matériau du débris Dans le cas le plus simple et quand on utilise par exemple un laser, ceci signifie que le premier laser émet une longueur d'onde qui est absorbée de façon aussi optimale que possible par le matériau du débris et que le second laser émet une longueur d'onde qui est absorbée de façon aussi optimale que possible par la vapeur du matériau du débris.
Dans la description du procédé selon l'invention qui précède, rien
n'est indiqué sur la façon dont le débris est reconnu sur son orbite terrestre C'est pourquoi un mode de réalisation préféré prévoit que le débris est reconnu et que son orbite est déterminée par un radar Pour ce faire on peut utiliser avantageusement tous les procédés à radar
connus habituels et utilisés en vol spatial.
Mais il serait particulièrement avantageux, notamment quand on utilise un rayonnement électromagnétique pour la volatilisation du matériau du débris, de reconnaître le débris et de déterminer son orbite au moyen d'un LIDAR Quand on utilise le procédé à LIDAR, la lumière est émise d'une manière analogue à celle d'un radar et la réflexion de la lumière par le débris est détectée Ceci peut être réalisé d'une façon particulièrement simple par une modification du dispositif destiné à l'application du rayonnement de volatilisation de
matériau sur le débris.
Dans le cas le plus simple, il est donc prévu que le laser qui émet le faisceau de volatilisation du matériau est utilisé en tant que source de rayonnement LIDAR On peut ainsi éviter d'avoir recours à une -6- seconde source de rayonnement pour le LIDAR Pour économiser la puissance, il est avantageusement prévu que le laser fonctionne avec une puissance réduite ou bien que le faisceau laser est utilisé à
l'état défocalisé quand on a recours au procédé LIDAR.
Dans le cadre du dispositif selon l'invention, il s'est avéré comme particulièrement avantageux que le rayonnement de volatilisation
du matériau du débris soit produit par l'énergie solaire.
Le but de l'invention est également atteint, au moyen d'un dispositif destiné à des véhicules spatiaux et utilisé pour éloigner un débris se déplaçant dans l'espace sur une orbite terrestre en étant animé d'une vitesse de rotation, et notamment un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé mentionné plus haut, par le fait que le dispositif comprend une source de rayonnement pour produire le rayonnement de volatilisation du matériau du débris et par le fait qu'il est prévu un dispositif de visée au moyen duquel le rayonnement
peut être envoyé sur le débris qui se déplace sur l'orbite terrestre.
On peut obtenir d'une façon particulièrement favorable la volatilisation du matériau du débris en focalisant le rayonnement sur
le débris au moyen d'une optique de focalisation.
En outre, et en particulier pour pouvoir envoyer un rayonnement sur le débris se déplaçant sur son orbite pendant une durée prolongée, il est avantageux que le dispositif de visée comprenne une optique d'orientation du rayonnement poursuivant le débris se déplaçant sur
l'orbite terrestre.
L'optique d'orientation de rayonnement peut être commandée de diverses manières Par exemple, on pourrait envisager une commande manuelle de cette optique d'orientation de rayonnement Mais il serait également envisageable de commander l'optique d'orientation de
rayonnement sur la base d'une orbite estimée du débris.
Mais il est particulièrement avantageux que le dispositif de visée comprenne un système de poursuite automatique de cible commandant l'optique d'orientation de rayonnement, système qui commande toujours cette optique de manière que le faisceau atteigne le débris avantageusement dans la même région et reste focalisé sur cette
dernière.
-7 Dans ce cas, il s'est avéré avantageux que le système de poursuite
de cible fonctionne avec des éléments optiques non linéaires.
Dans le cas le plus simple, il est prévu que le dispositif de
visée comprenne un télescope à miroir.
Pour ne pas avoir à faire continuellement tourner l'ensemble de la source de rayonnement pour suivre le débris, il est avantageusement prévu que le télescope à miroir puisse pivoter par rapport à la source
de rayonnement.
Quand on utilise un télescope à miroir, il est avantageux qu'il puisse être focalisé par le dispositif de visée de manière que, grâce à ce télescope à miroir, d'une part le faisceau laser puisse rester constamment dirigé sur le débris et que d'autre part il puisse être
également focalisé par ce télescope à miroir.
Dans les modes de réalisation du dispositif de l'invention décrits jusqu'ici, aucune indication spécifique précise n'a été donnée en ce qui concerne la reconnaissance du débris C'est pourquoi il est prévu avantageusement que le dispositif de visée comprenne un dispositif de
reconnaissance de débris.
Ce dispositif de reconnaissance de débris peut fonctionner par
exemple de façon connue avec un radar.
Mais il s'est cependant avéré comme particulièrement avantageux
que le dispositif de reconnaissance de débris fonctionne avec un LIDAR.
On économise alors une source de lumière pour le LIDAR quand ce LIDAR fonctionne avec le rayonnement de volatilisation du matériau du débris, ce qui fait que dans ce cas le dispositif selon l'invention peut être réalisé de façon avantageuse en ce qui concerne son poids et convient donc pour être utilisé dans des satellites ou des stations spatiales. Comme il n'a pas besoin de puissances importantes, le LIDAR est utilisé par exemple avec la puissance réduite du laser Il est en outre avantageux que le LIDAR fonctionne avec le rayonnement de
volatilisation du matériau du débris défocalisé.
En ce qui concerne la source de rayonnement, aucune indication n'a
été donnée jusqu'ici.
Il est particulièrement avantageux que la source de rayonnement -8- soit une source produisant un rayonnement électromagnétique, et de
préférence un laser.
En ce qui concerne le laser, on peut envisager plusieurs variantes Sur le plan de la facilité de la manipulation, il s'est avéré avantageux que le laser soit un laser à corps solide pouvant être pompé par exemple pour être amené à fonctionner en mode pulsé avec des lampes-flash. Mais ceci ne doit pas exclure l'utilisation d'autres types de laser tel que des lasers à gaz ou chimiques, qui de toute manière présentent des avantages concernant leur longueur d'onde par rapport au
laser à corps solide.
L'alimentation en énergie de ce dispositif selon l'invention est avantageusement obtenue en alimentant le dispositif au moyen de
cellules solaires.
De préférence, pour couvrir les besoins de pointes de puissance quand le laser fonctionne, on prévoit que le dispositif comprend un
accumulateur d'énergie, en particulier une batterie de condensateurs.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront
maintenant indiqués dans la description qui suit d'un mode de
réalisation du dispositif de l'invention et du procédé de l'invention.
Sur les dessins: la figure I est une représentation schématique d'un dispositif selon l'invention constituant une partie d'un véhicule spatial; la figure 2 est une représentation par blocs du dispositif de l'invention; et la figure 3 montre la mise en oeuvre du procédé de l'invention
dans deux situations différentes.
Un mode de réalisation, désigné dans son ensemble par la référence à la figure 1, d'un dispositif selon l'invention destiné à éloigner un débris 14 se déplaçant dans l'espace extra-atmosphérique sur une orbite de révolution 12 avec une vitesse de rotation V fait partie d'un véhicule spatial, désigné dans son ensemble par 16, qui est muni, en dehors du dispositif selon l'invention, d'un groupe propulseur 18, se présentant par exemple sous la forme d'un moteur ionique, ainsi que
d'un réservoir à agent propulseur 20 pour ce moteur.
9 - Le dispositif selon l'invention comprend un laser servant de source de rayonnement et désigné dans son ensemble par 22, qui est solidaire du véhicule spatial 16 De ce laser part un premier faisceau laser 24 qui parvient sur un premier miroir de renvoi 26 et est réfléchi par ce dernier sur un second miroir de renvoi 28 monté de son c 8 té à proximité du centre de pivotement d'une articulation pivotante Cette articulation pivotante 30 comprend un élément d'articulation 32 solidaire du véhicule spatial 16 ainsi qu'un élément d'articulation 34 pouvant pivoter par rapport au véhicule spatial 16, l'élément 34 supportant le second miroir de renvoi 28 Sur cet élément d'articulation 34 est fixé, par l'intermédiaire de jambes de force 36, un miroir réflecteur 38 d'un télescope, à miroir désigné dans son ensemble par 40, comprenant à proximité du miroir réflecteur 38 un miroir oculaire 42 qui est monté sur un dispositif de réglage 44 relié également de son côté par des jambes de force 46 au miroir réflecteur 38 et aux jambes de force 36 Le miroir oculaire 42 ainsi que le miroir réflecteur 38 sont montés coaxialement sur l'axe de symétrie 48 du télescope à miroir 40, qui coupe également le second miroir de renvoi 28, et, symétriquement à celui du second miroir de renvoi 28, le faisceau laser 24 parvenant sur ce dernier est réfléchi en direction du miroir oculaire 42 Le miroir oculaire 42 réfléchit de son côté le faisceau laser incident 24 en direction radiale par rapport à l'axe de symétrie 48 sur le miroir réflecteur 38 du télescope à miroir 40, et de ce dernier part un second faisceau laser 30 dirigé vers le débris 14, ce second faisceau laser 50 pouvant être focalisé sur le débris par le
télescope à miroir 40.
La focalisation du second faisceau laser 50 est obtenue au moyen du dispositif de réglage 44 du miroir oculaire 42 qui peut être déplacé
par ce dispositif de réglage 44 le long de l'axe de symétrie 48.
L'ensemble du télescope à miroir 40 peut être pivoté sur l'articulation de pivotement 30 par rapport au véhicule spatial, ce qui fait que le faisceau laser 24 émis par le laser 22 qui est solidaire du véhicule spatial peut être pivoté par rapport au véhicule spatial 16 et former le second faisceau laser 50, et il est ainsi possible de suivre
l'orbite terrestre 12 du débris 14.
- Un pivotement de l'élément d'articulation 34 par rapport à l'élément d'articulation 32 est réalisé grâce à un mécanisme de pivotement 52 non représenté en détail, également solidaire du véhicule
spatial 16 et qui supporte l'articulation 32.
On prévoit pour reconnaître le débris 14 un dispositif de reconnaissance de débris qui fonctionne avec un LIDAR et comprend un capteur 54 qui reçoit le rayonnement réfléchi par le débris 14 par l'intermédiaire d'un élément réflecteur transparent 56 monté sur le parcours du premier faisceau laser 24 et qui est disposé sur ce dernier de manière que la lumière réfléchie par le débris 14 soit reçue par le télescope à miroir 40 et suive le parcours du premier faisceau laser 24 en direction inverse de ce dernier jusqu'au laser 22, et soit réfléchie par cet élément réflecteur partiellement transparent 56 vers le capteur 54. En outre, le dispositif de reconnaissance de débris comprend un premier ordinateur 58 qui détermine, conjointement avec le mécanisme de pivotement 52, en particulier les données, fournies par ce dernier, de direction du débris 14 par rapport au véhicule spatial 16 et les signaux lumineux réfléchis reçus par le capteur 54, la position du débris 14 sur son orbite terrestre 12 En plus du dispositif de reconnaissance de débris désigné dans son ensemble par 53 à la figure 2 est également prévu un système de poursuite de cible désigné dans son ensemble par 60 à la figure 2, qui comprend également un capteur 62 comportant des éléments optiques de préférence non linéaires, dans lequel est aussi reçue la lumière réfléchie par le débris 14 par l'intermédiaire du télescope à miroir 40 et le premier faisceau laser 24 au moyen d'un élément réflecteur partiellement transparent 64, l'élément réflecteur partiellement réfléchissant 64 étant également disposé sur le parcours du premier faisceau laser 24, et de préférence
entre le laser 22 et le premier miroir de renvoi 26.
En plus de ce capteur 62 est prévue un second ordinateur 66, qui, conjointement avec le capteur 62, le mécanisme de pivotement 52 ainsi que le dispositif de réglage 44 du miroir oculaire 42, prend en charge le système de poursuite de la cible qui focalise le second faisceau
laser 50 sur le débris 14.
il - Le dispositif de détection de débris 53 ainsi que le système de poursuite de cible 60 forment, conjointement avec le télescope à miroir pivotant 40, un dispositif de visée désigné dans son ensemble par 70 du
dispositif 10 selon l'invention.
L'alimentation en énergie du dispositif 10 selon l'invention s'effectue au moyen d'ailes à cellules solaires 72 qui alimentent un accumulateur d'énergie 74, constitué de préférence sous forme d'une batterie de condensateurs, qui commande à son tour l'énergie destinée
aux éléments individuels du dispositif 10 selon l'invention.
Le dispositif selon l'invention fonctionne comme suit: Comme montré à la figure 3, le débris 14 est détecté sur son orbite terrestre 12 par le dispositif 10 selon l'invention Le dispositif de reconnaissance de débris 53 fonctionne dans ce cas avec un LIDAR, ceci signifiant que le laser 22 est utilisé avec une faible puissance et que le télescope à miroir 40 est pivoté par rapport au véhicule spatial 16 en étant entratné par le mécanisme de pivotement 62 de manière à balayer la région de l'espace qui se présente devant
le télescope à miroir 40 au moyen du second faisceau laser 50.
Pour des raisons de simplicité, on supposera dans la description
qui suit que le véhicule spatial 16 est immobile Mais le procédé selon l'invention peut être tout aussi bien utilisé avec un véhicule spatial 16 se déplaçant sur sa propre orbite terrestre en étant animé d'une vitesse de rotation, la vitesse devant être seulement prise en compte
en plus dans ce cas.
Si le faisceau laser défocalisé 50 parvient sur le débris 14, ce dernier réfléchit cette lumière qui est reçue à nouveau par le télescope à miroir 16 et est dirigée vers le capteur 54 du dispositif de reconnaissance de débris 53 Ce dernier enregistre le signal lumineux reçu dans le premier ordinateur 58 en tenant compte de la position du mécanisme de pivotement 52 Si le même processus est répété après un intervalle de temps, l'orbite terrestre 12 du débris est calculée par le premier ordinateur 58 après enregistrement de la
nouvelle position du débris 14.
Simultanément et grâce au système de poursuite de cible 60, le second faisceau laser 50 est focalisé sur le débris 14, par un réglage 12 - du miroir oculaire 42 au moyen du dispositif de réglage 44 ainsi que par un pivotement, effectué en conformité avec l'orbite terrestre 12, du télescope à miroir 40 au moyen du mécanisme de pivotement 52, et le
laser 22 est utilisé à sa puissance totale.
L'énergie de rayonnement de vaporisation appliquée au matériau du débris qui est focalisée sur le débris 14 par le laser 22 et par l'intermédiaire du télescope à miroir 40 détermine une volatilisation du matériau du débris avec formation d'un nuage de vapeur 80 dont la direction de sa propre propagation 82 est contraire à la direction de la propagation 84 du second faisceau laser 50 De ce fait, le débris restant 14 qui subsiste après la volatilisation du matériau reçoit une accélération selon la direction de la propagation 84 du faisceau laser , avec une composante de vitesse VB dans la direction de la
propagation 84.
La composante de vitesse VB ajoutée vectoriellement à la vitesse V du débris 14 détermine ainsi une vitesse finale VE du débris restant qui est différente de la vitesse V, et qui est inférieure à cette vitesse V quand la direction de la propagation 84 du faisceau laser 50 forme avec la vitesse V un angle < 900, car la composante de vitesse VB comprend alors une composante qui est opposée à la vitesse V. Grâce à la vitesse finale VE plus faible qui est désormais appliquée au débris restant et qui forme un angle avec la vitesse d'origine V, le débris restant 14 quitte l'orbite terrestre 12 du
débris 14.
Dans le cas le plus simple, ceci peut suffire car l'orbite terrestre du débris 14 peut être suffisamment modifiée pour qu'aucune
collision ne puisse plus se produire avec le véhicule spatial 16.
De préférence cependant, la vitesse finale VE est très faible et dirigée de telle manière par rapport à la vitesse V que le débris restant passe sur une orbite de descente qui le fait pénétrer dans
l'atmosphère terrestre o il se consume.
Il est également possible d'éloigner un débris quand la direction de la propagation 84 ' du second faisceau laser 50 ' forme avec le vecteur de vitesse V' du débris 14 ' un angle > 90 Dans ce cas, la formation du nuage de vapeur 80 ' entraîne une accélération du débris 13 - 14 ' avec une composante de vitesse résultante VB' qui, lorsqu'elle est ajoutée vectoriellement à la vitesse V, provoque une vitesse finale VE' supérieure à la vitesse V, mais formant également un angle avec cette dernière. On obtient ainsi également ce résultat que le débris restant 14 ' qui en résulte a quitté l'orbite terrestre 12 et qu'en outre la vitesse finale VE' peut être choisie de manière que le débris restant 14 ' parvienne sur une orbite de fuite et s'éloigne dans l'espace en
quittant le champ de gravitation de la terre.
De préférence, le dispositif de reconnaissance de débris 83 fonctionne de manière à n'activer le dispositif de visée 70 que lorsque le débris 14 ou 14 ' s'est déplacé par rapport au dispositif 10 selon l'invention de manière que la direction de la propagation 84 ou 84 ' du second faisceaulaser 50 ou 50 ' forme avec le vecteur de vitesse V un angle qui est soit < 45 soit > 135 , car la vitesse finale VE ou VE' peut être augmentée ou diminuée par rapport à la vitesse V d'une façon
particulièrement avantageuse dans ces plages angulaires.
Un mode de réalisation particulièrement préféré du dispositif 10 selon l'invention prévoit que le laser 22 émet un train d'impulsions laser et que la longueur d'onde des impulsions laser est telle que le second faisceau laser 50 produit avec la première impulsion laser le nuage de vapeur 80 ou 80 ' et détermine dans le nuage de vapeur 80 ou ', avec une ou plusieurs des impulsions laser suivantes, un passage avec formation de plasma qui entraîne une réaction sensiblement plus importante que la réaction produite par les nuages de vapeur 80 ou 80 ' de façon qu'il en résulte, suite à la formation de plasma, une onde de pression dans le nuage de vapeur 80 ou 80 ' qui accélère encore plus le
débris 14 ou 14 '.
Les longueurs d'onde du laser 22 qui sont supérieures à 3 pm sont particulièrement avantageuses pour créer un passage de ce type avec
formation de plasma dans le nuage de vapeur 80 ou 80 '.
Ce qui conviendrait dans ce cas serait un laser à CO 2 de longueur
d'onde de 10,6 pm, ou un laser à CO de longueur d'onde de 5 pm.
Mais tous les types de lasers à corps solide de longueurs d'onde comprises entre 0,7 et 1,1 pm ou un laser à iode de longueur d'onde de 14 - 1,3 pm conviennent également, l'avantage des longueurs d'onde de ces lasers consistant dans le fait que le degré de réflexion des métaux, tels que de l'aluminium dont les débris sont le plus vraisemblablement constitués, augmente à mesure qu'augmente la longueur d'onde, ce qui fait que la volatilisation d'un matériau en aluminium devrait
s'effectuer de préférence avec une longueur d'onde de 0,8 pm.
Le véhicule spatial 16 selon l'invention a la possibilité, grâce au moteur ionique 18 et au réservoir à agent propulseur 20 d'atteindre un grand nombre d'orbites terrestres différentes et, quand il est parvenu sur l'orbite terrestre, d'éliminer les débris 14 qui volent
dans la région de cette dernière.
De préférence, il est possible de déblayer une région en altitude comprise entre 350 et 1800 km, dans laquelle circule le nombre le plus
élevé de débris selon les connaissances actuelles.
Une autre orbite préférée serait l'orbite géostationnaire à
l'altitude de 36000 km.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré du dispositif selon l'invention, le dispositif de reconnaissance de débris 53 est constitué de manière qu'il détecte l'importance du débris qui a été reconnu et que le rayonnement ne soit envoyé sur ce dernier au moyen du faisceau laser focalisé 50 que lorsque la dimension du débris est < 10 cm Grâce à ce mode de réalisation préféré du dispositif de reconnaissance de débris 23, on évite que le véhicule spatial selon
l'invention endommage des satellites fonctionnels.
-
Claims (24)
1 Procédé pour éloigner un débris se déplaçant dans l'espace extraatmosphérique sur une orbite terrestre en étant animé d'une vitesse de rotation, caractérisé en ce qu'on envoie sur le débris un rayonnement de volatilisation du matériau le composant et en ce que, par la volatilisation du matériau, le débris est éloigné de son orbite terrestre. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que subsiste, lors de la volatilisation du matériau, un débris restant qui est envoyé, en raison de la réaction qui a lieu lors de la volatilisation de son matériau, sur une orbite différente de l'orbite terrestre. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le débris restant reçoit par la volatilisation de son matériau une
accélération qui modifie sa vitesse de rotation.
4 Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le
débris restant est envoyé sur une orbite descendante.
Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le
débris restant est envoyé sur une orbite de fuite.
6 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la direction du rayonnement de vaporisation du matériau du débris forme avec la direction de la vitesse de rotation un
angle différent de 900.
7 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le rayonnement destiné à la volatilisation du
matériau est focalisé sur le débris.
8 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le rayonnement est envoyé sur le débris sous
forme d'un train d'impulsions.
9 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'on utilise, en tant que rayonnement de vaporisation du matériau du débris, un rayonnement électromagnétique,
notamment un faisceau laser.
Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'un passage avec formation de plasma est constitué 16 -
dans la vapeur du matériau du débris.
11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le matériau du débris est vaporisé par une première impulsion de rayonnement et en ce qu'avec une seconde impulsion de rayonnement qui suit, le passage est constitué dans la vapeur avec formation de plasma.
12 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le débris est reconnu par un radar et son orbite
est déterminée par ce radar.
13 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11,
caractérisé en ce que le débris est reconnu par un LIDAR et son orbite
est déterminée par ce LIDAR.
14 Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le laser qui émet le faisceau laser de volatilisation du matériau est
utilisé en tant que source de rayonnement LIDAR.
15 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le rayonnement de volatilisation du matériau du
débris est fourni par l'énergie solaire.
16 Dispositif destiné à des véhicules spatiaux pour éloigner un débris se déplaçant dans l'espace sur une orbite terrestre en étant animé d'une vitesse de rotation, et notamment pour la mise en oeuvre du
procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé
en ce que le dispositif ( 10) comprend une source de rayonnement ( 22) pour produire le rayonnement de volatilisation ( 50) du matériau du débris et en ce qu'il est prévu un dispositif de visée ( 70) au moyen duquel le rayonnement ( 50) peut être envoyé sur le débris ( 14) qui se
déplace sur l'orbite terrestre ( 12).
17 Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que le rayonnement ( 50) peut être focalisé sur le débris ( 14) au moyen d'une
optique de focalisation ( 40).
18 Dispositif selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que le dispositif de visée ( 70) comprend une optique d'orientation de rayonnement ( 40) poursuivant le débris ( 14) sur son orbite terrestre
( 12).
19 Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que le dispositif de visée ( 70) comprend un système automatique de poursuite 17 -
de cible ( 60) commandant l'optique d'orientation de rayonnement ( 40).
Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que le système de poursuite de cible ( 60) fonctionne avec des éléments
optiques non linéaires.
21 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 16 à 20,
caractérisé en ce que le dispositif de visée ( 70) comprend un télescope
à miroir ( 40).
22 Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que le télescope à miroir ( 40) peut être pivoté par rapport à la source de
rayonnement ( 22).
23 Dispositif selon la revendication 21 ou 22, caractérisé en ce que le télescope à miroir ( 40) peut être focalisé en étant commandé
par la dispositif de visée ( 70, 44).
24 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 16 à 23,
caractérisé en ce que le dispositif de visée ( 70) comprend un
dispositif de reconnaissance de débris ( 53).
Dispositif selon la revendication 24, caractérisé en ce que le
dispositif de reconnaissance de débris fonctionne avec un LIDAR.
26 Dispositif selon la revendication 25, caractérisé en ce que le LIDAR fonctionne avec le rayonnement de vaporisation du matériau du
débris ( 24, 50).
27 Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que le LIDAR fonctionne avec le rayonnement de vaporisation du matériau du
débris défocalisé ( 50).
28 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 16 à 27,
caractérisé en ce que la source de rayonnement est un laser ( 22).
29 Dispositif selon la revendication 28, caractérisé en ce que le
laser est un laser à corps solide.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 16 à 29,
caractérisé en ce que le dispositif ( 10) est alimenté par des cellules
solaires ( 72).
31 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 16 à 30,
caractérisé en ce que le dispositif ( 10) comprend un accumulateur d'énergie, notamment sous la forme d'une batterie de condensateurs
( 74).
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