Réduire les risques de collisions dans l’espace grâce à une meilleure modélisation de la thermosphère La thermosphère connaît une activité intense, des tempêtes solaires au lancement d’un nombre toujours croissant de satellites. Pour éviter les collisions, les opérateurs doivent disposer de projections précises des orbites et de la résistance de l’air, qui est très variable. Espace © greenbutterfly, Shutterstock Notre haute atmosphère, ou thermosphère, est très ténue. Même si les densités de masse sont plus d’un milliard de fois plus faibles qu’à la surface de notre planète, il est particulièrement important pour les opérateurs de satellites de prévoir la traînée engendrée par la résistance de l’air. En orbite terrestre basse, la traînée de l’air est la principale source d’erreur, jouant un rôle central dans la planification des missions satellitaires, la prédiction de leur trajectoire et de leur rentrée dans l’atmosphère, et la planification des manœuvres d’évitement pour prévenir les collisions. C’est la raison pour laquelle la Station spatiale internationale doit être manœuvrée environ une fois par an. Sean Bruinsma, basé au Centre spatial de Toulouse (CNES) en France, est chargé de la promotion du projet SWAMI, soutenu par l’UE. Comme il l’explique: «Le principal problème aujourd’hui est l’évitement des collisions, et ce problème sera encore plus important demain car de très grandes constellations de satellites, telles que Starlink, sont en cours de construction. Il est évident que le grand nombre d’objets en orbite augmentera les risques de collision.» Un modèle de densité précis est indispensable, tout comme des prévisions fiables de l’activité solaire et géomagnétique, pour déterminer les probabilités de collision. Le seul modèle européen de la thermosphère, le Drag Temperature Model (DTM), est limité à une altitude de 120 km, ce qui impose de s’appuyer sur des modèles américains pour les calculs de rentrée à une altitude inférieure. «Grâce à la combinaison des tables numériques à moyenne mensuelle du modèle unifié calculées par le bureau météorologique du Royaume-Uni, et d’un DTM actualisé, nous disposons désormais d’un modèle d’atmosphère jusqu’à environ 1 500 km. Ce modèle, le MOWA Climatological Model (MCM), peut être utilisé pour l’exploitation des satellites, y compris pour les calculs de rentrée dans l’atmosphère», explique Sean Bruinsma. «Le MCM constitue une avancée considérable pour l’indépendance de l’Europe dans le domaine des opérations spatiales, même si la crise de la COVID-19 nous a empêchés d’être aussi précis dans la zone de rentrée que nous l’avions escompté.» Calculer l’effet du vent solaire Le projet SWAMI a également créé le nouvel indice géomagnétique Hpo, un indicateur de l’énergie que l’interaction avec le vent solaire apporte à la haute atmosphère. L’indice Hpo utilise des intervalles d’échantillonnage plus courts, 30 et 60 minutes, par rapport aux 180 minutes de l’indice Kp précédemment utilisé, et peut mieux représenter les tempêtes géomagnétiques. «La résolution temporelle plus élevée de l’indice Hpo permet une modélisation plus précise de la variabilité de la thermosphère. Dans le cadre de l’exploitation de satellites, les orbites des objets doivent être prévues sur plusieurs jours, voire plusieurs semaines. Cela nécessite des prévisions de l’activité solaire et de l’activité géomagnétique pour la même période», fait remarquer Sean Bruinsma. Pour ce faire, le projet a fait appel à l’apprentissage automatique et a appliqué un algorithme spécial afin d’optimiser la précision au cours des tempêtes géomagnétiques. Des outils d’analyse Les modèles MCM et DTM sont disponibles sur GitHub et sont gratuits pour une utilisation non commerciale, et sous licence dans le cas contraire. Ces modèles sont les outils opérationnels créés par l’équipe SWAMI destinés à être mis en œuvre dans le propre logiciel d’un utilisateur. Des instructions pour la mise en œuvre et des points de référence sont disponibles sur le site web SWAMI et sur GitHub. Mots‑clés SWAMI, espace, météo, climat, solaire, atmosphère, satellites, orbite, thermosphère
