De nouvelles simulations sur superordinateur démontrent que maintenir des orbites stables des satellites entre la Terre et la Lune est bien plus difficile qu’on ne le pensait auparavant. Sur un million d’engins spatiaux simulés, moins de 10 % sont restés viables sur une période de six ans, mettant en évidence les obstacles importants à l’expansion des infrastructures orbitales au-delà de l’orbite terrestre basse (LEO).
Le défi cislunaire : au-delà de l’orbite terrestre basse
La montée en puissance de méga-constellations comme Starlink de SpaceX et Thousand Sails de Chine a rapidement augmenté le nombre de satellites en orbite basse. Alors que LEO approche de la saturation – avec des estimations suggérant une capacité maximale d’environ 100 000 satellites avant que les risques de collision ne s’intensifient – l’attention se tourne vers l’espace cislunaire – la région située entre la Terre et la Lune – comme prochaine frontière pour le déploiement de satellites.
Cependant, les orbites cislunaires sont intrinsèquement instables. Contrairement à LEO, où les forces gravitationnelles sont relativement prévisibles, les engins spatiaux de cette région sont tirés par la Terre, la Lune et le Soleil dans le cadre d’interactions complexes. L’absence de protection magnétique sur Terre expose également les satellites à un rayonnement solaire déstabilisant.
Modélisation de superordinateur : une tâche de 1,6 million d’heures CPU
Pour cartographier la stabilité orbitale cislunaire, les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont utilisé les supercalculateurs Quartz et Ruby pour simuler les trajectoires d’environ un million d’objets. Les simulations, nécessitant 1,6 million d’heures CPU (l’équivalent de 182 ans sur un seul ordinateur), ont été réalisées en seulement trois jours.
Les résultats sont frappants : environ 54 % des orbites simulées sont restées stables pendant au moins un an, mais seulement 9,7 % ont survécu à la période de simulation complète de six ans. Cela souligne que la stabilité à long terme dans l’espace cislunaire est nettement inférieure à ce qui était prévu précédemment.
Les imperfections de la Terre : un facteur subtil mais crucial
Une découverte surprenante a été l’impact du champ gravitationnel inégal de la Terre. Les simulations ont révélé que la répartition de la masse sur Terre n’est pas uniforme ; la gravité varie subtilement en raison des caractéristiques géographiques (gravité plus faible au Canada, par exemple). Cette « blobbiness » affecte subtilement les trajectoires orbitales, ajoutant une autre couche de complexité.
Implications et exploration future
Malgré le faible taux de survie, les simulations identifient toujours environ 97 000 orbites potentiellement stables dans l’espace cislunaire. Plus important encore, l’ensemble de données fournit des informations inestimables sur pourquoi certaines orbites échouent, permettant aux ingénieurs d’affiner les conceptions futures. Selon Travis Yeager, responsable de l’étude, « apprendre quelles orbites n’ont pas fonctionné est tout aussi précieux que savoir lesquelles ont fonctionné ».
L’espace cislunaire deviendra une région critique pour les futures infrastructures, notamment les colonies lunaires et les réseaux de communication étendus. Comprendre l’instabilité orbitale est la première étape pour rendre cette expansion viable.
