Un récent article répond à la question intrigante de l’impact d’un avion en papier lancé depuis la Station Spatiale Internationale. Les données recueillies pourraient se révéler précieuses pour des missions spatiales à faible coût, tout en soulignant les enjeux liés aux débris en orbite proche de la Terre.
Le redoutable syndrome de Kessler
La question de ce qui se passerait si un avion en papier était lancé depuis la Station Spatiale Internationale (ISS) a été traitée dans un nouvel article.
L’espace autour de notre planète devient de plus en plus encombré. En tant qu’espèce, nous avons tendance à négliger l’ordre, et l’orbite terrestre n’échappe pas à cette tendance.
Une des préoccupations majeures est que les débris peuvent provoquer l’“Effet Kessler”. En résumé, cet effet survient lorsqu’un événement unique (comme la destruction d’un satellite) entraîne une chaîne de collisions, détruisant d’autres objets en orbite.
Si cela se produit, les débris pourront continuer à entrer en collision avec d’autres objets, ce qui pourrait entraîner des problèmes de communication et rendre certaines zones de l’espace inaccessibles pour les engins spatiaux.
Dans le scénario le plus pessimiste, on pourrait se retrouver bloqués sur Terre, ne pouvant pas quitter notre planète.
Les voyages orbitaux à « bord d’un avion en papier »
Alors que des efforts sont en cours pour nettoyer les débris et les satellites hors service en orbite terrestre, certains chercheurs explorent comment rendre les engins spatiaux et les satellites plus durables avant même leur lancement.
Une des pistes de recherche explore l’utilisation de matériaux organiques comme alternative aux métaux traditionnels, pour diminuer l’impact environnemental des engins lors de leur rentrée atmosphérique.
Une autre approche se concentre sur des voiles de traînée repliables, qui accélèrent la descente des satellites en fin de vie en orbite basse (LEO) et contribuent à éliminer les débris spatiaux. Un avion spatial en origami, qui représente une fusion des deux axes de recherche, pourrait ouvrir de nouvelles avenues pour une exploration spatiale plus respectueuse de l’environnement.
C’est ce que la recherche établit.
Pour examiner cette possibilité, l’équipe a tenté de simuler le comportement d’un avion en papier fabriqué à partir d’une seule feuille A4 s’il était lancé d’une altitude de 400 kilomètres, celle de la Station Spatiale Internationale.
La rentrée atmosphérique et la pirólise
Dans l’étude, les chercheurs ont modélisé la vitesse de décrochage orbital de l’avion, son orientation par rapport à la direction de vol, et le niveau de chauffage que la structure subirait en traversant l’atmosphère terrestre.
Ayant réalisé des simulations et des tests dans un tunnel à vent avec un aéronef légèrement modifié (combinant aluminium et papier pour cette expérience), l’équipe a découvert que l’avion pouvait effectivement voler plutôt efficacement, du moins au début.
L’avion spatial montre une stabilité statique par rapport au flux (axe X aligné avec le flux incident), tant en roulis qu’en lacet.
Cela laisse penser qu’il pourra maintenir passivement son alignement avec la direction orbitale pendant sa traversée de l’atmosphère rarefaction.
Affirme l’équipe.
D’après les travaux, l’orbite de l’avion chutera rapidement après le lancement, pénétrant l’atmosphère terrestre en environ 3,5 jours. Les tests en tunnel à vent ont montré que l’avion subirait seulement de légères déformations lors de son passage à travers l’atmosphère, insuffisantes pour garantir sa survie.
Sur la base des tests hypersoniques en tunnel à vent et des simulations, on estime que les forces de surface sur l’avion lors de sa réentrée atmosphérique ne causeraient pas de déformations majeures.
Cependant, l’avion en papier connaîtra un échauffement aérodynamique intense, pouvant atteindre 105 W/m² (ou 10 W/cm²) pendant plusieurs minutes, rendant probable la combustion ou la pirólise lors de la réentrée.
Précise l’équipe.
Bien que l’idée d’envoyer un avion en papier brûler dans notre atmosphère puisse sembler inutile, la valeur de sa nature jetable est ce que recherche l’équipe.
La forte sensibilité de l’avion spatial en papier à la résistance aérodynamique dans l’atmosphère rarefaction [atmosphère terrestre basse] suggère qu’il pourrait servir de sonde passive pour mesurer la densité atmosphérique.
Conclut l’équipe.
La densité de l’air peut être soumise à une ingénierie inverse à partir de son mouvement orbital. Étant donné la courte durée de l’entrée dans l’atmosphère, les données peuvent être recueillies rapidement. Grâce au coût extrêmement bas d’un avion spatial en papier, plusieurs unités peuvent être utilisées simultanément et répétées à intervalles réguliers, permettant d’obtenir des mesures étendues.
L’équipe propose que des avions en papier pourraient être utilisés pour d’autres missions peu coûteuses en orbite basse, par exemple, équipés de systèmes d’imagerie à film mince.