Les scientifiques recherchent cette stratégie de dernière minute pour sauver la planète d’une catastrophe d’astéroïde

Le 26 septembreEn 2022, le test de redirection double d’astéroïdes (DART) de la NASA est entré dans l’histoire lorsqu’il a rencontré l’astéroïde Didymos et a été impacté par le tournesol Dimorph.

L’objectif était de tester la méthode Kinetic Impact, une défense contre les astéroïdes potentiellement dangereux (PHA). Selon les observations, le test a été un succès car DART a réussi à raccourcir l’orbite de Dimorphos de 22 minutes. Le coup a également fait pousser une queue visible au tournesol !

Cependant, comme Hollywood aime nous le rappeler, il existe des scénarios où un astéroïde tueur de planètes s’approche trop près de la Terre avant que nous puissions faire quoi que ce soit pour l’arrêter. Et les astéroïdes géocroiseurs (NEA) qui pourraient un jour devenir une menace potentielle ne manquent pas.

Vidéo des derniers instants avant l’impact de DART avec l’astéroïde Dimorphos.NASA/Johns Hopkins APL

C’est pourquoi les agences spatiales du monde entier prennent l’habitude de les suivre et de savoir à quelle distance elles se rapprochent de la Terre. Selon une nouvelle étude réalisée par un groupe d’experts en satellites, il serait possible de construire une mission d’impacteur cinétique à réponse rapide qui pourrait rencontrer et rediriger le PHA peu de temps avant qu’il n’entre en collision avec la Terre.

Une étude récente Acta Astronautique, Elle a été menée par Adalberto Domínguez, Víctor M. Moreno et Francisco Cabral – trois chercheurs associés au développeur de satellites espagnol GMV. Cette société est spécialisée dans les systèmes de guidage, de navigation et de contrôle (GNC) et de contrôle d’orbite d’attitude (AOCS) avec des applications commerciales, militaires, de recherche et d’exploration spatiale. L’équipe de recherche a présenté ses travaux récents sur le système GNC pour la mission Kinetic Impact de GMV.

Comment rediriger un astéroïde

Ces dernières années, les agences spatiales ont exploré de nombreuses stratégies pour rediriger les astéroïdes qui menacent d’entrer en collision avec la Terre. Comme l’explique Domínguez L’univers aujourd’hui par e-mail, trois sont considérés comme les plus prometteurs – la stabilité nucléaire, le tracteur à gravité et l’impacteur cinétique.

Alors que la variante nucléaire consiste à faire exploser un engin nucléaire près d’un astéroïde, le tracteur à gravité consiste à dévier un vaisseau en orbite autour de l’astéroïde. Selon Dominguez, seul un impacteur cinétique est possible pour diriger les PHA :

“L’application de la confrontation nucléaire reste à démontrer, et leur cible sera des astéroïdes de plusieurs kilomètres de diamètre. Ces astéroïdes ne sont pas actuellement une menace car la grande majorité sont observables. En outre, Traité sur l’espace extra-atmosphérique de 1967 interdit les explosions nucléaires dans l’espace. Le tracteur gravitationnel cible les astéroïdes les plus intéressants à des centaines de mètres. Il y a un grand nombre d’astéroïdes de cette taille à découvrir, et un impact pourrait entraîner la destruction d’une ville entière. “Cependant, il faudra plusieurs années au tracteur gravitationnel pour se déplacer au-delà de cet astéroïde.”

Pour leurs recherches, Dominguez et ses collègues se sont concentrés sur le développement d’un système GNC pour un impacteur cinétique. Ceci est essentiel pour toute mission robotique, en particulier lorsque l’autonomie est requise. L’un des aspects les plus avancés de la mission DART était le système de guidage autonome qu’il a testé, connu sous le nom de Small Body Maneuvering Autonomous Real-Time Navigation (SMART Nav). Ce système a guidé DART lors de son approche finale de Dimorphos, car les contrôleurs de mission n’ont pas été en mesure d’émettre des corrections de cap à ce stade.

Une mission KI conçue pour dévier un astéroïde à la dernière minute nécessiterait également de l’autonomie, en grande partie à cause de la vitesse à laquelle il se déplacerait. Lorsqu’il frappe l’astéroïde, le vaisseau spatial a besoin d’une vitesse relative comprise entre 3 et 10 km/s – 10 800 km/h et 36 000 (6 710 et 22 370 mph). Dominguez a dit :

“Un autre défi supplémentaire est que nous ne savons presque rien de l’astéroïde que nous ciblons. Cela oblige le GNC à s’adapter à toute éventualité. De plus, les tailles des astéroïdes en question créent des difficultés de navigation, puisqu’il s’agit d’objets d’une taille d’une centaine de mètres. Imaginez les défis d’impacter un objet avec une dynamique et une forme inconnues à une vitesse de km/s et sans la possibilité d’apporter des corrections depuis le sol.”

Image du vaisseau spatial DART s’approchant de la paire d’astéroïdes Didymos et Dimorphos.Crédit : NASA

Cela fait du GNC l’élément le plus critique du sous-système, dit Dominguez, car il est responsable du ciblage de l’astéroïde et de l’application des corrections de trajectoire de dernière seconde. Calculer et effectuer ces corrections in situ pose un défi supplémentaire, car la mission évolue rapidement. Pour s’assurer que leur conception GNC pouvait effectuer de tels calculs, l’équipe a examiné les algorithmes couramment utilisés par les engins spatiaux (navigation, traitement d’image, etc.) dans leur analyse et testé leurs performances. Selon Dominguez, la première est de deux types :

« Les algorithmes de guidage peuvent être divisés en deux groupes principaux : la navigation proportionnelle et la rétroaction prédictive. Les algorithmes de navigation proportionnelle utilisent la connaissance de la position actuelle de la cible et de l’impacteur pour calculer la manœuvre nécessaire pour obtenir l’impact. La navigation proportionnelle équivaut au guidage utilisé par une fusée, effectuant des ajustements toutes les secondes pour corriger la trajectoire de l’engin spatial (manœuvres continues).

Pendant ce temps, le guidage par rétroaction prédictive s’appuie sur des données passées et présentes pour prédire l’état futur de l’engin spatial et de l’impacteur. Dans ce cas, les corrections ne sont appliquées qu’à certains moments de la mission, par exemple lorsque l’engin spatial n’est qu’à une heure d’effectuer la manœuvre d’impact.

Bonne chance tôt

Des techniciens se préparent à déplacer le vaisseau spatial DART (Double Asteroid Redirection Test) de la NASA d’un conteneur d’expédition vers un poste de travail à la Vandenberg Space Force Base en Californie le 4 octobre 2021.30e Escadre spatiale de l’USSF/Aaron Taubm

Enfin, ils ont identifié deux problèmes majeurs avec les algorithmes proportionnels, ce qui les a amenés à intégrer des algorithmes prédictifs dans leur concept.

“Premièrement, cela oblige les régulateurs à postuler directement”, a déclaré Dominguez. “Le second nécessite un système permettant des manœuvres constantes. Ces deux faits signifient généralement une économie de carburant et des performances médiocres. Le stress du système peut être considérablement réduit en utilisant un schéma de guidage prédictif. De plus, la plupart de l’art existant n’utilise que la navigation proportionnelle. DART a utilisé ce type de système de navigation. Nous voulions montrer que d’autres approches peuvent avoir d’excellents résultats et peuvent être utilisées.”

Après avoir simulé comment ces facteurs affecteraient la mission KI, l’équipe a constaté que leur vaisseau spatial était très précis avec une erreur d’impact de seulement 40 mètres (131 pieds). Selon les moniteurs d’astéroïdes, un objet d’un diamètre de 35 mètres (~ 115 pieds) ou plus est considéré comme une menace potentielle pour une ville ou un village. Pendant ce temps, les plus grands PHA régulièrement surveillés par la NASA, l’ESA et d’autres organisations de défense de la Terre mesurent entre 2 et 7 km (1,25 et 4,35 mi). Pour le système de guidage seul, leurs simulations ont atteint une erreur de moins d’un mètre (~ 3,3 pieds).

« C’est un excellent résultat pour la phase de développement de notre concept GNC, car nous envisageons des erreurs plus importantes que celles présentes dans un véritable impacteur cinétique, et la navigation peut être considérablement optimisée en améliorant le traitement et le filtrage des images. Pour augmenter les chances d’un impact réussi », conclut Dominguez. “Notre schéma proposé ouvre la porte au développement de missions à impact cinétique.”

À l’avenir, lui et ses collègues espèrent optimiser les variables de l’impacteur cinétique et comparer ses performances et son application à d’autres concepts. En fin de compte, tout est une question de préparation, de planification et de savoir que nous avons les méthodes disponibles en cas de scénario du pire.

Alors que la surveillance régulière des astéroïdes géocroiseurs est la partie la plus importante de la défense planétaire, il est bon d’avoir des plans d’urgence. À un moment donné, les missions à impact cinétique conçues pour les interceptions à longue portée et de dernière minute peuvent faire la différence entre la survie de la Terre et un événement de niveau d’extinction.

Cet article a été initialement publié L’univers aujourd’hui par MATT WILLIAMS. Lisez l’article original ici.

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