Le Workshop « AeroThermoDynamics and Design for Demise » (ATD3) piloté par l’ESA et le CNES se tiendra à Bordeaux du 27 au 28 octobre 2022. HyFAR-ARA est en charge localement de l’organisation du Workshop.

Les informations sur cette page sont régulièrement mises à jour. La présente version a été mise en ligne le 26 juin 2022 (lien pour le paiement du dîner du 27 octobre)

Contexte

Depuis le lancement du premier Spoutnik en 1957, plus de 6 000 fusées ont mis en orbite près de 13 000 satellites, dont environ 8 000 sont encore présents (actifs ou inertes).

A ces objets s’ajoutent une multitude de débris [1] : plus de 600 satellites détruits (explosions, collisions…), des étages de lanceurs et divers débris (éléments de lanceurs, outils…). Au total, environ 36 000 objets de plus de 10 cm, représentant près de 10 000 tonnes, circulent aujourd’hui sur des orbites autour de la Terre.

La création récente de constellations de satellites de plusieurs milliers d’objets (Starlink…) a fait exploser ces chiffres (voir figure), avec le risque d’une saturation rapide des orbites utiles ainsi qu’une augmentation des risques de collisions et de production de débris.

Cette vidéo de l’ESA présente les différentes situations rencontrées lors de la prise en compte d’une exploitation durable de l’espace, ainsi que les différentes stratégies appliquées dans chaque cas.

En résumé, les différents cas présentés dans la vidéo sont les suivants :

1.       Les objets spatiaux interstellaires tels que Pioneer 10 ne posent aucun problème création de débris ou de saturation des orbites.

2.       Les sondes spatiales à destination des planètes du système solaire les plus lointaines  (Saturne, Jupiter), à environ 600 000 000 km de la Terre, pourraient constituer un risque de contamination par des formes de vie terrestres. Pour l’éviter, elles sont éliminées en toute sécurité

3.      La plupart des satellites qui ont été lancés depuis le début de l’exploration spatiale a été affectée aux planètes telluriques du système solaire : Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Une grande majorité d’entre eux est utilisée en orbite terrestre. Mars arrive en deuxième position (80 000 000 km).

Les sondes actives en orbite autour de Mars peuvent être suivies et surveillées. En revanche, les positions de sondes plus anciennes et désormais inactives sont mal connues, et constituent de ce fait un risque potentiel pour les autres.

Visualisation temps réel 3D de trajectoires de satellites
(credit emone.space)

4.       Parce qu’ils sont les plus nombreux et qu’ils circulent dans un espace restreint, les satellites et débris en orbite terrestre sont les plus critiques. En partant des orbites les plus lointaines vers les plus proches, les stratégies de maîtrise de ces objets adoptées par l’ESA sont les suivantes:

    • Les satellites situés aux points de Lagrange du système Terre-Soleil (distance à la Terre d’environ 1 200 000 km) ne posent pas de difficultés particulières, bien qu’ils se trouvent dans une zone de l’Espace dont la demande croit: à la fin de leur vie, il est en effet possible de libérer cette zone en les déplaçant vers une orbite solaire à partir de laquelle le risque de retour à la Terre est presque nul (voir diapositives).
    • Satellites sur des orbites très excentriques (jusqu’à plus de 100 000 km d’apogée) : des manœuvres orbitales sont appliquées pour que les satellites en fin de vie rentrent dans l’atmosphère à des latitudes sûres environ deux décennies plus tard.
    • Plus près de la Terre (36 000 km), les satellites géostationnaires sont situés sur des orbites très encombrées. Les manœuvres pour faire rentrer ces satellites dans l’atmosphère terrestre à la fin de leur vie seraient trop coûteuses. Ils sont donc déplacés sur des orbites « parking » pour libérer de l’espace et éviter les risques de collisions avec des satellites actifs. La même stratégie est appliquée aux étages supérieurs des lanceurs. La durabilité de cette stratégie soulève cependant des questions assez similaires à celles qui se posent pour les orbites basses (voir ci-dessous)
    • Les constellations de satellites pour la navigation terrestre (environ 20 000 km – 25 000 km) se trouvent à des altitudes qui rendent très difficile leur déplacement vers des orbites parking. Heureusement, à ce jour (2011) aucun incident (collision ou explosion) n’a jamais perturbé l’utilisation de cette catégorie d’orbites
    • Les orbites terrestres basses (1000 km à quelques milliers de km) sont celles où tant l’encombrement des satellites en circulation que l’accumulation de débris et de fragments de lanceurs sont les plus critiques : elles concentrent deux tiers des objets lancés dans l’espace depuis la Terre. La situation est d’autant plus grave que c’est sur ces orbites que s’accumulent depuis peu les méga-constellations de satellites telles que Starlink

Pour assurer la durabilité des opérations sur ces orbites basses, le contrôle des débris et/ou des satellites inactifs est de la plus haute importance.

Différentes actions sont possibles :

  1. Lorsque les satellites sont actifs, surveiller leur environnement et effectuer les manœuvres nécessaires pour éviter les collisions avec des débris à la dérive ou d’autres satellites
  2. Passivation des étages des lanceurs : épuisement du combustible résiduel, purge des réservoirs sous pression et décharge des batteries.
  3. Réduction du nombre de satellites inactifs pour éviter les collisions en cascade qui pourraient entraver l’utilisation de ces orbites. À cette fin, une durée inférieure à 25 ans en orbite après la fin de la mission est recommandée.

A ces altitudes, la solution la plus efficace pour réduire le nombre de satellites inactifs est de les déplacer vers des orbites plus basses où l’augmentation de la densité de l’atmosphère les ralentira progressivement, et les entraînera dans une rentrée atmosphérique au cours de laquelle ils seront détruits.

Cette dernière phase est critique car la plupart du temps le moment et la position du début de la rentrée ne sont pas contrôlées. Il est alors nécessaire de maîtriser suffisamment bien les phénomènes physiques de la rentrée, et les mécanismes de destruction des satellites et de leurs composants, afin de garantir l’absence de risque pour les populations avec une probabilité extrêmement élevée.

Le workshop ATD3 se concentre sur les questions qui doivent être abordées pour apporter cette garantie:

  • la maîtrise de l’environnement spatial dans lequel évoluent les objets en orbite,
  • la modélisation physique et numérique de la rentrée atmosphérique d’objets spatiaux (satellites, lanceurs…),
  • conception de satellites permettant de maitriser le processus de destruction lors de la rentrée dans l’atmosphère.

Références

[1]  https://www.esa.int/Safety_Security/Space_Debris/Space_debris_by_the_numbers , version du 4 April 2022

[2] : ESA’S ANNUAL SPACE ENVIRONMENT REPORT – GEN-DB-LOG-00288-OPS-SD – 22 avril 2022 https://www.sdo.esoc.esa.int/environment_report/Space_Environment_Report_latest.pdf

Design for Demise

Le workshop ATD3 est dédié à la problématique « design for demise »

A multi-fidelity simulation framework  for atmospheric re-entering bodies
Morgado, F., Peddakotla, S., Fossati, M.
02.12.2021  – ATD3 2021 Workshop

S’agissant des satellites rentrant dans l’atmosphère terrestre, l’obligation de se conformer à l’exigence de risques extrêmement faibles pour les populations soulève les questions suivantes :

  • maîtriser l’environnement spatial dans lequel évoluent les objets en orbite,
  • modéliser  la rentrée atmosphérique des satellites et autres objets en orbite (modélisation physique et numérique),
  • conception de satellites permettant de contrôler le processus de destruction lors de la rentrée dans l’atmosphère.

Le dernier point ci-dessus recouvre ce que l’on nomme  « design for demise » (conception pour la destruction) et constitue le sujet central du workshop ATD3.

Concevoir des objets spatiaux en vue de leur destruction signifie :

  1. développer des méthodes et des caractéristiques de conception qui tiennent compte de l’exigence d’un faible risque au sol après la rentrée dans l’atmosphère
  2. développer les outils (expériences ou simulations numériques) pour démontrer l’efficacité de la conception.

Les principales étapes pour atteindre cet objectif sont [3] :

  • l’identification des composants de satellites qui sont critiques du point de vue rentrée atmosphérique,
  • identifier les techniques pour le « design for demise » applicables à ces éléments critiques,
  • valider les techniques proposées dans le cadre de scénarios de missions représentatifs,
  • pour les techniques les plus prometteuses, définir une feuille de route technologique permettant une mise au point rapide et efficace.

De nombreuses propriétés peuvent rendre la survie en rentrée d’un composant de satellite plus probable:

  • Etre fabriqué dans un matériau particulièrement difficile à détruire, i.e. ayant par exemple une forte capacité calorifique, une très haute température de fusion…
  • Etre lourd et de grandes dimensions
  • Etre protégé des flux de chaleurs en rentrée par d’autres parties du satellite (au moins pendant un temps)
  • Etre « thermiquement fin », i.e. capable d’atteindre très rapidement une température où le rayonnement thermique compense les flux thermiques convectifs, température en-dessous de la température de fusion

Le « design for demise » concerne l’utilisation de principes de conception minimisant ces effets.

Au cœur de la méthodologie employée sont la représentativité et la validité des outils de simulation avec lesquels sont d’une part définies les techniques de conception ,  d’autre part  apportées les preuves de leur efficacité.

Références

[3] Design for demise techniques to reduce the re-entry casualty risks
David Riley, Irene Pontijas Fuentes, Cristina Parigini, Jan-Christian Meyer, Pénélope Leyland, Gwenael Hannema, Enrique Guzman, Christian Kanesan
66  International Astronautical Congress, Jerusalem, Israel. – 2015

[4] ESA – Design For Demise – A First Look

Le workshop en

quelques mots

Aperçu du workshop

Le workshop est organisé par le groupe de travail « ATD3 » géré par l’ESA et le CNES à travers la Direction de la Technologie de l’ESA et la Direction de la Recherche et de la Technologie du CNES.

Le groupe de travail ATD3 est un forum régulier au niveau européen destiné à faciliter les discussions (au niveau technique et scientifique), à collecter et diffuser des informations, à proposer de nouveaux sujets/activités et à planifier (définition de la feuille de route et coordination).

L’édition 2022 est le premier atelier présentiel depuis l’édition 2018 en Allemagne (2 vidéoconférences ont eu lieu depuis : 16 septembre 2020 et 2 décembre 2021, cette dernière ayant enregistré plus de 150 participants).

Les principaux objectifs du groupe de travail sont :

  • La mise en place d’un cadre de travail permettant la vérification, la validation et la comparaison de méthodes numériques pour les outils de simulation de rentrée d’objets spatiaux.
  • La diffusion des résultats récents au sein de la communauté ATD3. Les membres du groupe de travail comprennent des universitaires (en particulier des doctorants) et des experts de l’industrie.
  • La coordination des activités futures. L’objectif est d’obtenir l’avis d’experts du secteur universitaire et de l’industrie concernant les activités futures dans le domaine de l’aérothermodynamique et le « design for demise ».

Le workshop est constitué d’une série de présentations orales d’environ 20 minutes, suivies chacune d’une courte session questions/réponses.

Sujets abordés

Simulation MISTRAL instationnaire

Le workshop aborde les questions que soulève la maitrise de la désintégration des satellites et de la transformation des débris lorsqu’ils entrent dans l’atmosphère terrestre, le but ultime étant de prévoir leur survie ou leur disparition totale avant d’atteindre le sol.

L’autre question est de déterminer à quelle vitesse et de quelle taille seront les débris restants (s’il y en a) à leur arrivée au sol, afin d’évaluer le danger pour les populations.

Dans le cas où le résultat serait un risque inacceptable pour le public, les preuves expérimentales et numériques aideront à améliorer la conception de l’engin spatial évalué.

L’atelier se concentre sur les données expérimentales, les techniques expérimentales, la caractérisation des composants de satellites , les simulations numériques et les modèles physiques qui sont utilisés dans ce processus.

Ci-dessous quelques exemples des sujets abordés par le workshop :

  • Diagnostic en soufflerie et dans les moyens « jets de plasma »
  • Développement et évaluation expérimentale de nouvelles installations d’essais au sol
  • Étude et développement de systèmes de fusibles pour amorcer la désintégration en rentrée d’un vaisseau spatial.
  • Reconstruction de la rentrée réelle d’un vaisseau spatial et comparaison avec les observations.
  • Évaluation comparative des outils de simulation
  • Essais en moyen « jet plasma » sur des composants de vaisseaux spatiaux (roues de réaction, optiques, structures…)
  • Développement de modèles physiques et leur implémentation numérique, vérifications sur des résultats expérimentaux : aérothermodynamique, mécanique du vol, mécanique des structures, comportement thermique, etc…
  • Bases de données de matériaux
  • Expériences de désintégration au sol

Agenda

Agenda provisoire

Cet agenda est fourni à titre indicatif. Il sera mis à jour au fur et à mesure de la réception des propositions de présentations (dernière mise à jour : 31 mai 2022)

Pour avoir la version la plus récente, suivez le lien ci-dessous :
ESA timetable

Informations pratiques

Participation aux frais

L’association HyFAR-ARA et les sponsors du workshop prennent en charge la majorité du budget de l’évènement.

Les reste à charge pour les participants est constitué par :

  • le trajet A/R depuis leur lieu de travail
  • les déjeûners : une liste d’adresses sera proposée ici avant le début du workshop
  • Le dîner du 27 octobre au Café Maritime pour les personnes intéressées (40€ : pour l’inscription aller à  cette section )
  • Hébergement (voir cette autre section )

Lieu de réunion

Plusieurs options sont actuellement en cours de sélection. Le lieu sera choisi à la fin du mois de juin 2022.

Les hébergements proposés dans la section suivante ont tous été choisis pour être compatibles avec l’option qui sera retenue.

Le comité d’organisation recommande les hôtels figurant sur la liste des hébergements ci-contre. Pey Berland est mentionné car il s’agit de l’emplacement du lieu de réunion qui figure en tête de la liste actuelle.

Cap Science est un lieu permanent d’expositions scientifiques à proximité du Café Maritime où un dîner commun est proposé à la fin du premier jour.(voir sur cette page les informations concernant ce dîner).

Toutes les adresses sont facilement accessibles depuis le centre de Bordeaux. Nous vous recommandons de réserver le plus tôt possible.

Si vous préférez réserver un autre hôtel, nous vous recommandons de choisir un hébergement qui ne soit pas à plus de 15 à 20 minutes de la station  » Pey Berland « .

De plus amples informations seront fournies une fois que le lieu de la conférence sera définitivement choisi.

Pour d’autres informations sur les transports publics et les sites touristiques, veuillez consulter ce lien vers une section dédiée de la présente page

Dîner du 27 octobre @ Café Maritime

Pour ceux qui seraient intéressés, une pré-réservation a été faite au restaurant Café Maritime. Pour vous y rendre, prenez la ligne B du tramway et descendez à la station La Cité du Vin. Le Café Maritime est à 5 minutes à pied de cette station.

Le prix du dîner est de 40€ par personne. Si vous souhaitez y participer, veuillez avoir l’amabilité de vous inscrire rapidement (toutes les informations sont disponibles dans cette section de la présente page). Cela facilitera la tâche du Comité d’Organisation qui vous en remercie par avance.

Avertissement important : la date limite d’inscription est fixée au 16 septembre. 

Lieux touristiques & plan des transports publics

Plan du tram & points d’intérêt

Survolez les cercles verts avec la souris pour faire apparaitre des informations sur les destinations touristiques.

Faire un clic droit pour agrandir la carte

téléchargez la carte complète (773k) lien vers le site des transports publics de Bordeaux
1

1 : Grand Théâtre

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Grand-Théâtre (crédit Steve Le Clech Photos)

2

2 : Miroir d’eau

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Miroir d’eau (Crédit Christophe Bouthé (2)-Vent d’Antan)

3

3 : Place des Quinconces

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03-Place des Quinconces : monument aux Girondins (crédit-Vincent Bengold)

4

4 : Jardin public

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04- Jardin public (©Cyril Cosson – Droniryc)

5

5 : Porte Cailhau

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05-Porte-Cailhau (© Deepix)

6

6 : Cathédrale St André et Tour Pey Berland

hotspot-06: Cathédrale St André et tour Pey Berland


06-Cathédrale Saint-André (Crédit : Teddy Verneuil – @lezbroz)

7

7 : Place de la Victoire

07- Place de la Victoire

07- Place de la Victoire (©Nicolas-Duffaure)

8

8 : Basilique Saint Michel

08-Basilique Saint Michel

08-Basilique Saint Michel (©Cyril Cosson-Droniryc)

9

9 : Les Hangars – Quai des Marques

09 – Les Hangars – Quai des Marques

09- Quai des Marques (crédit Bordeaux Metropole – Didier Doustin)

10

10 : Place Stalingrad – Le Lion bleu de Veilhan

Place Stalingrad – Le lion bleu de Veilhan

10- Place Stalingrad – Le lion bleu de Veilhan

11

11 : Jardin botanique

11- Jardin Botanique

11-Jardin Botanique-(Crédit Sophie Duboscq)

12

12 : La Grosse Cloche

12 – La Grosse Cloche

12-La Grosse Cloche (©picsol)

13

13 : CAPC (Musée d’art contemporain)

13-CAPC (musée d’art contemporain)

13- CAPC (Musée d’art contemporain)

14

14 : Musée des Beaux Arts

14- Musée des Beaux Arts

14- Musée des Beaux Arts (crédit musba)

15

15 : Musée des Arts Décoratifs

15- Musée des Arts Décoratifs

15-Musée des Arts Décoratifs (©madd-bordeaux – I. Gaspar Ibeas)

16

16 : Espace Darwin

16- Espace Darwin

16- Darwin Caserne Niel (crédit Nicolas-Duffaure)

17

17 : Cap Sciences (Hangar 20)

17- Cap Sciences

17-Cap-Sciences (© Cap Sciences, expo Odyssee-2015)

18

18 : Musée national des douanes

18- Musée National des Douanes

18- Musée National des Douanes

19

19 : Musée du vin et du négoce

19- Musée du Vin et du Négoce

19- Musée du Vin et du Négoce (© C.Pamelard)

20

20 : Musée d’Aquitaine

20- Musée d’Aquitaine

20- Musée d’Aquitaine (crédit Mélanie Tammeveski)

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21 : Cité du Vin

21- Cité du Vin

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21- Cité du Vin (© Cyril Cosson-Droniryc ; XTU architects)

22

22 : Map ressources

Contacts & inscriptions

 

Inscription au workshop

lien vers la page d’inscription sur le site de l’ESA : ESA /CNES ATD3 2022 Workshop

Inscription au dîner du 27 octobre

Si vous souhaitez participer au dîner du 27 octobre 2022, veuillez s’il vous plait cliquer sur le bouton ci-dessous (nécessaire avant le 16 septembre 2022 pour confirmer votre participation)

Contacts avec le Comité d’Organisation local

Si vous avez besoin d’entrer en contact avec le comité d’organisation, utilisez le formulaire ci-dessous pour entrer en contact avec le comité d’organisation. Nous vous répondrons au plus vite.

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