Literatura académica sobre el tema "Débris spatiaux – Environnement"

Une des composantes de l'environnement spatial à prendre en compte lors de la préparation d’une mission est la composante solide qui se décline en particules naturelles - les météoroïdes - et les débris. L'objectif de cette thèse est de mieux appréhender cette composante en orbite basse ainsi que son évolution au cours du temps dans le but d'améliorer les modèles environnementaux existants. Un intérêt particulier a été porté à la population de débris orbitaux. L'analyse, après exposition à l'espace, des panneaux solaires télescope spatial Hubble (Hubble Space Télescope ou HST) récupérés en 2002, est une source unique de données. En effet, d’une part, les techniques d'analyses permettant de remonter à l'origine de la particule à partir d’un impact sont actuellement très efficaces et de nouvelles clefs peuvent être envisagées suite à ce travail de thèse. D’autre part, une analyse a déjà été menée en 1993 sur un des panneaux précédents nous procurant ainsi une opportunité unique d’étude de l'évolution des flux de particules solides sur une décade. En outre, grâce à la moisson de données importante fournie, une meilleure compréhension de la physique de l’impact et de la génération de débris est possible. Cependant, la détection passive telle qu’elle est envisagée pour les matériaux récupérés sur HST, présente des limites et d’autres moyens d’étude ont alors été envisagés et explorés afin de proposer de nouvelles orientations.

L'objectif de cette thèse est de préciser la contribution des débris secondaires au flux de particules solides en orbite basse terrestre, dans la gamme de taille allant du micron au millimètre. Les débris secondaires sont créés lors de l'impact hypervitesse d'un débris ou d'un micrométéoroïde sur un satellite en orbite. Une étude bibliographique poussée, associée à l'analyse d'échantillons provenant d'expériences au sol ou embarquées, a permis de mettre en évidence les différents phénomènes responsables de la formation et de l'éjection de particules secondaires lors d'un impact hypervitesse. Les matériaux fragiles, en particulier les cellules solaires, génèrent un nombre important de petits fragments éjectés à grande vitesse, auxquels s'ajoutent des éclats de grande taille libérés à faible vitesse. Un modèle est proposé qui, à partir des caractéristiques du projectile primaire et de la vitesse d'impact, donne la distribution en taille, vitesse et direction d'éjection des particules secondaires émises lors du choc. L'application de ce modèle permet de quantifier les flux secondaires induits dans l'environnement proche du satellite sur lequel a eu lieu l'impact primaire. Les résultats montrent que le flux des éjecta sur une surface en regard de l'impact primaire peut être très largement supérieur au flux primaire. Cette pollution locale fausse les mesures de flux sur les détecteurs embarqués et peut nuire à l'efficacité de surfaces sensibles. Les éjecta qui ne sont pas stoppés par une surface en regard s'éloignent du stellite parent et suivent leur propre orbite. Le modèle d'éjecta, couplé à un module d'extrapolation d'orbite, permet de simuler l'évolution orbitale des particules secondaires générées sur les panneaux solaires d'un satellite en orbite soumis au flux primaire. Les résultats montrent que les plus gros fragments secondaires ont une durée de vie de plusieurs années et polluent à la fois l'altitude du satellite parent et les altitudes inférieures. Ils induisent une pollution à long terme de l'environnement orbital et constituent une source prmanente de débris de petite taille.

L’objectif de cette thèse est l'amélioration de la connaissance des micrométéoroïdes et débris spatiaux en orbite basse terrestre, en mettant en évidence l'intérêt des expériences embarquées. Des échantillons exposés à l'espace sur LDEF et Mir ont été étudiés en vue de décrire la morphologie des cratères et perforations provoqués par impact. La taille, la profondeur, la circularité des cratères et la présence des résidus ont été examinés. L’analyse chimique EDX des résidus fournit la nature et l'origine de ces particules. L’influence de l'épaisseur de la cible, de la forme du projectile, de la vitesse et de l'angle d'impact du projectile sur la morphologie du cratère ont fait l'objet d'une étude expérimentale, utilisant un accélérateur électrostatique et des canons à gaz léger. Les flux mesurés sur les surfaces de LDEF et de Mir sont comparés aux valeurs obtenues par une modélisation incorporant le modèle de débris de Kessler et le modèle de meteoroïdes de Grün. La répartition de l'énergie lors de l'impact est modélisée, au moyen du modèle de Gault et Heitowit, afin de calculer les pressions d'impact et les états de la particule à des vitesses différentes. L’hydrocode HULL est évalué pour sa capacité de modélisation du processus de cratérisation. Les dégradations subies par des couvertures thermiques, des polymères et des verres exposés à l'espace sont dues à la synergie entre les impacts, le cyclage thermique et le rayonnement UV. Ceci montre l'importance de la protection des satellites contre l'environnement spatial.

L’analyse de cycle de vie environnementale (ACV), d’après l’ISO 14040/44, a été identifiée par l’agence spatiale Européenne, ArianeGroup et plusieurs acteurs de l’industrie spatiale européenne comme la méthodologie la mieux adaptée pour réaliser l’évaluation environnementale des missions spatiales. Cependant, le secteur spatial est un domaine d’activité dont la particularité est de s’étendre au-delà des limites de l’environnement terrestre. Ainsi, s’il est possible d’évaluer les impacts sur l’environnement classique via la méthodologie ACV, les impacts générés sur l’environnement orbital ne sont aujourd’hui pas considérés dans son cadre de référence.Par conséquent, il s’agit ici d’étendre le champ des études ACV dans le domaine du spatial afin de caractériser les étapes du cycle de vie ayant lieu en orbite, c’est-à-dire la phase d’usage pendant la mission spatiale et la phase de fin de vie (ou Post-Mission Disposal). L’anticipation de cette dernière est devenue une étape cruciale dans la conception des missions spatiales du fait des règlementations visant à limiter la prolifération des débris spatiaux. En effet, seulement 6% de la population en orbite autour de la Terre sont des satellites actifs, le reste étant considéré comme des débris, résultat des missions et activités spatiales passées. Etant donné cet enjeu de durabilité majeur pour l'industrie spatiale, les études environnementales se doivent de mettre en évidence les transferts de pollution potentiels non seulement entre les impacts environnementaux classiques tels que Changement Climatique ou la Toxicité mais aussi ceux relatifs à l’environnement orbital, au premier rang desquels figurent les débris spatiaux.Afin de caractériser cet impact sur l’environnement orbital, nous proposons de définir une nouvelle catégorie d’impact en ACV dénommée ‘Orbital Space Use’. La conformité avec le cadre de référence de l’ACV est assurée au travers de la construction de chaines de cause-à-effet (ou impact pathways) reliant les flux élémentaires du système d’étude aux mécanismes environnementaux (indicateur midpoint) et au dommage final (indicateur endpoint) au sein de l’Aire de Protection ‘Ressources Naturelles’. En effet, les orbites proches de la Terre qui supportent les activités spatiales sont considérées à ce titre comme une ressource pouvant être impactée par des ‘stresseurs’. Les débris spatiaux sont aujourd’hui identifiés comme les principaux ‘stresseurs’ vis-à-vis de l’accès et de la pleine utilisation de la ressource orbitale. Ainsi, le développement d’un modèle de caractérisation a été entrepris. Il permet d’évaluer l’impact potentiel d’une mission spatiale sur la population des débris déjà présente en orbite. Les facteurs de caractérisation obtenus sont appliqués à un cas d’étude comparant trois scénarios de fin de vie différents dans le but de prouver l’applicabilité du modèle. En outre, une première approche s’intéressant à la quantification des externalités économiques négatives engendrées par la prolifération des débris est développée. Elle constitue une étape préliminaire en vue d’un développement d’une catégorie de dommage dite ‘endpoint’. Enfin, les challenges méthodologiques restants et les potentiels développements complémentaires sont abordés<br>Several actors of or related to the European space industry, such as ArianeGroup and the European Space Agency (ESA), have identified life cycle assessment (according to ISO14040/44) as the most appropriate methodology to measure and minimise their environmental impact. Nevertheless, space systems deal with a strong particularity which adds new aspects considering the scope of the LCA framework. Space missions are the only human activity that crosses all segments of the atmosphere and stays “out” of the natural environment and ecosystems. Regarding space systems with a holistic approach, environmental impacts could occur not only in the conventional ecosphere but also in the outer space (i.e. the orbital environment).Consequently, the current scope of LCA studies should be broadened to take into account the on-orbit lifetime as well as the end-of-life disposal of the spacecraft. Yet, it is becoming a crucial point of the space mission design due to the future increase of the orbital population composed in a major part by space debris. In this way, LCA studies of space missions could indicate trade-offs not only between typical impact categories (toxicity and climate change for example) but also with regard to impacts generated in the orbital environment with a particular focus on space debris related impacts.Hence, the priority has been given to the integration of a new impact category called orbital space use in the life cycle impact assessment framework. To address the environmental burdens comprehensively in this new category, impact pathways linking elementary flows to environmental mechanisms (midpoint) and damages (endpoint) are developed within the Area-of-Protection ‘Natural resources’. Space debris is identified as the main stressor of the orbital environment. Thus, ‘characterisation factors’ are defined and calculated at midpoint level to assess the potential impact of a space mission on the orbital environment. The methodology is applied to a case study to prove its applicability: the potential impact of a theoretical space mission is addressed through the comparison of three disposal scenarios. Also, a first attempt regarding the characterisation of the endpoint damage is provided taking into account the economic externalities caused by space debris. Finally, remaining methodological challenges and perspectives for future work are provided

Avant d'approvisionner des lots de composants pour la fabrication de systèmes orbitaux, les grandes agences du spatial (CNES, ESA, NASA, JAXA…) ainsi que les industriels du spatial (EADS, Thales,…) doivent s'assurer de la fiabilité des lots proposés par les fabricants de circuits intégrés. Dans le but d'assurer la fiabilité des composants, des tests sont réalisés suivant des recommandations afin de sélectionner et trier les composants suivant leur tenue à différents modes de défaillance. Parmi tous ces tests, certains sont typiques des applications spatiales : les tests de tenue à la dose. Cette spécificité des tests de tenue à la dose de composants destinés à des applications spatiales est due au fait que l'environnement spatial est un environnement radiatif qui provoque une ionisation dans les matériaux constituant le satellite. Suite à cette ionisation des charges sont créées dans la matière et induisent des modifications au sein des matériaux qui composent les circuits intégrés, ce qui peut provoquer des dérives de leurs caractéristiques électriques. Ces dérives des paramètres électriques en environnement spatial peuvent être perçues comme un vieillissement accéléré des composants électroniques, et des tests sont donc dédiés à prédire et s'assurer du bon fonctionnement des composants même après ce vieillissement accéléré provoqué par la dose. Dans ce travail de thèse nous nous intéressons à l'applicabilité d'une technique de test accéléré des composants bipolaires développée à l'UM2: 'La technique des Débits Commutés'. Une étude de l'effet de la polarisation pendant irradiation a été mené au cours de ce travail de thèse, afin d'appréhender l'impact de la polarisation des composants bipolaires sur les estimations obtenues de façon accélérée grâce à cette technique<br>Before supplying lots of components for the manufacture of orbital systems, large space agencies (CNES, ESA, NASA, JAXA ...) and the Industrial Space (EADS, Thales, ...) should ensure the reliability lots offered by manufacturers of integrated circuits. In order to ensure reliability of components, tests are performed following recommendations to select and sort the components according to their resistance to different failure modes. Of all these tests, some are typical for space applications: tests held in the dose. The specificity of the tests held at the dose of components for space applications due to the fact that the environment is a space radiation environment which causes ionization in the materials of the satellite. Following this ionization charges are created in the material and induce changes in the materials that comprise integrated circuits, which can cause drift of their electrical characteristics. These abuses of the electrical parameters in a space environment can be viewed as accelerated aging of electronic components, and tests are dedicated to predict and verify the correct operation of the components even after the accelerated aging caused by dose. In this thesis we investigate the applicability of a technique for accelerated testing of components developed in bipolar UM2: 'The technique of Switched Flows'. A study of the effect of the polarization during irradiation was conducted during this thesis, to understand the impact of the polarization of the bipolar components on the estimates obtained in an accelerated manner using this technique

L’analyse de cycle de vie environnementale (ACV), d’après l’ISO 14040/44, a été identifiée par l’agence spatiale Européenne, ArianeGroup et plusieurs acteurs de l’industrie spatiale européenne comme la méthodologie la mieux adaptée pour réaliser l’évaluation environnementale des missions spatiales. Cependant, le secteur spatial est un domaine d’activité dont la particularité est de s’étendre au-delà des limites de l’environnement terrestre. Ainsi, s’il est possible d’évaluer les impacts sur l’environnement classique via la méthodologie ACV, les impacts générés sur l’environnement orbital ne sont aujourd’hui pas considérés dans son cadre de référence.Par conséquent, il s’agit ici d’étendre le champ des études ACV dans le domaine du spatial afin de caractériser les étapes du cycle de vie ayant lieu en orbite, c’est-à-dire la phase d’usage pendant la mission spatiale et la phase de fin de vie (ou Post-Mission Disposal). L’anticipation de cette dernière est devenue une étape cruciale dans la conception des missions spatiales du fait des règlementations visant à limiter la prolifération des débris spatiaux. En effet, seulement 6% de la population en orbite autour de la Terre sont des satellites actifs, le reste étant considéré comme des débris, résultat des missions et activités spatiales passées. Etant donné cet enjeu de durabilité majeur pour l'industrie spatiale, les études environnementales se doivent de mettre en évidence les transferts de pollution potentiels non seulement entre les impacts environnementaux classiques tels que Changement Climatique ou la Toxicité mais aussi ceux relatifs à l’environnement orbital, au premier rang desquels figurent les débris spatiaux.Afin de caractériser cet impact sur l’environnement orbital, nous proposons de définir une nouvelle catégorie d’impact en ACV dénommée ‘Orbital Space Use’. La conformité avec le cadre de référence de l’ACV est assurée au travers de la construction de chaines de cause-à-effet (ou impact pathways) reliant les flux élémentaires du système d’étude aux mécanismes environnementaux (indicateur midpoint) et au dommage final (indicateur endpoint) au sein de l’Aire de Protection ‘Ressources Naturelles’. En effet, les orbites proches de la Terre qui supportent les activités spatiales sont considérées à ce titre comme une ressource pouvant être impactée par des ‘stresseurs’. Les débris spatiaux sont aujourd’hui identifiés comme les principaux ‘stresseurs’ vis-à-vis de l’accès et de la pleine utilisation de la ressource orbitale. Ainsi, le développement d’un modèle de caractérisation a été entrepris. Il permet d’évaluer l’impact potentiel d’une mission spatiale sur la population des débris déjà présente en orbite. Les facteurs de caractérisation obtenus sont appliqués à un cas d’étude comparant trois scénarios de fin de vie différents dans le but de prouver l’applicabilité du modèle. En outre, une première approche s’intéressant à la quantification des externalités économiques négatives engendrées par la prolifération des débris est développée. Elle constitue une étape préliminaire en vue d’un développement d’une catégorie de dommage dite ‘endpoint’. Enfin, les challenges méthodologiques restants et les potentiels développements complémentaires sont abordés<br>Several actors of or related to the European space industry, such as ArianeGroup and the European Space Agency (ESA), have identified life cycle assessment (according to ISO14040/44) as the most appropriate methodology to measure and minimise their environmental impact. Nevertheless, space systems deal with a strong particularity which adds new aspects considering the scope of the LCA framework. Space missions are the only human activity that crosses all segments of the atmosphere and stays “out” of the natural environment and ecosystems. Regarding space systems with a holistic approach, environmental impacts could occur not only in the conventional ecosphere but also in the outer space (i.e. the orbital environment).Consequently, the current scope of LCA studies should be broadened to take into account the on-orbit lifetime as well as the end-of-life disposal of the spacecraft. Yet, it is becoming a crucial point of the space mission design due to the future increase of the orbital population composed in a major part by space debris. In this way, LCA studies of space missions could indicate trade-offs not only between typical impact categories (toxicity and climate change for example) but also with regard to impacts generated in the orbital environment with a particular focus on space debris related impacts.Hence, the priority has been given to the integration of a new impact category called orbital space use in the life cycle impact assessment framework. To address the environmental burdens comprehensively in this new category, impact pathways linking elementary flows to environmental mechanisms (midpoint) and damages (endpoint) are developed within the Area-of-Protection ‘Natural resources’. Space debris is identified as the main stressor of the orbital environment. Thus, ‘characterisation factors’ are defined and calculated at midpoint level to assess the potential impact of a space mission on the orbital environment. The methodology is applied to a case study to prove its applicability: the potential impact of a theoretical space mission is addressed through the comparison of three disposal scenarios. Also, a first attempt regarding the characterisation of the endpoint damage is provided taking into account the economic externalities caused by space debris. Finally, remaining methodological challenges and perspectives for future work are provided

Les technologies bipolaires jouent des rôles primordiaux dans les systèmes spatiaux soumis à des conditions radiatives. Dans un environnement ionisant, le courant de base des transistors bipolaires augmente et le gain en courant diminue. L'augmentation de la recombinaison dans la région de déplétion base-émetteur est le mécanisme principal responsable de l'accroissement du courant de base. Pour une même dose totale, de nombreuses technologies bipolaires se dégradent plus à faible débit de dose qu'à fort débit ce qui soulève un problème au niveau du durcissement. Des méthodes de prédiction de la réponse faible débit de dose, utilisant les moyens disponibles en laboratoires, telle que les irradiations en températures, ont données des résultats prometteurs pour l'identification de technologies montrant une augmentation de la dégradation à faible débit de dose. Cependant, aucun test s'appliquant à toutes les technologies bipolaires n'a été identifié. C'est dans ce cadre que s'inscrit notre travail de thèse. Ce travail consiste à étudier et à améliorer les méthodes de test actuelles dans le but d'établir un unique test applicable à toutes les technologies bipolaires. En se basant sur un travail expérimental, une explication physique des phénomènes se produisant au cours d'irradiations à températures élevées a été donnée et un modèle de dégradation a été développé. A partir de l'observation des résultats obtenus, une nouvelle approche du test de composants est proposée. Cette approche est basée sur la commutation d'un fort débit de dose vers un faible débit<br>Bipolar technologies play a variety of important roles in space systems where they are exposed to radiation. In an ionizing environment, the base current of bipolar transistors increases and the current gain decreases. Increased recombination in the emitter-base depletion region is the main mechanism responsible for the increased base current. Many bipolar technologies degrade more at low dose rates than at high dose rates for a given total dose what is a difficult hardness assurance challenge. Methods of predicting the low-dose-rate response using laboratory dose rates, including irradiation at high temperature, have been reasonably successful at identifying technologies that suffer from ELDRS, but it is still difficult to identify a single test for all bipolar technologies. The aim of this work is then to investigate and improve the present methods in order to establish a sigle test for all bipolar technologies. Based on experimental results, physical explanation of phenomena occurring during elevated temperature irradiations has been proposed and a model of degradation has been expanded. From the observation of all the obtained results, a new approach of the device testing, based on the switching from high dose rate to low dose rate has been proposed

Reproduire les dégradations accrues des technologies bipolaires/BiCMOS, dues aux faibles débits de dose de radiations ionisantes propres à l'environnement spatial, est un problème non encore résolu. Plusieurs démarches expérimentals, faisant appel à des facteurs tels la température et la polarisation des composants et circuits, ont été explorées. Elles ont permis de s'approcher d'un niveau de dégradation réaliste. Grâce aux résultats obtenus, les principes d'une adaptation des méthodes de test actuelles ont pu être proposés. Des analyses technologiques de composants sont venues compléter ce travail afin d'améliorer la compréhension des phénomènes mis en jeu et d'affiner la recherche de solutions.