Les opérateurs de satellites et d’engins spatiaux pourraient enfin détecter de petits débris en orbite autour de la Terre grâce à une approche proposée par des chercheurs de l’Université du Michigan.
« À l’heure actuelle, nous détectons les débris spatiaux en recherchant des objets qui réfléchissent la lumière ou les signaux radar », a déclaré Nilton Renno, chercheur principal de l’équipe de l’Université du Michigan et professeur de sciences et d’ingénierie climatiques et spatiales et d’ingénierie aérospatiale. « Plus les objets sont petits, plus il devient difficile d’obtenir des signaux solaires ou radar suffisamment puissants pour les détecter depuis le sol. »
Aujourd’hui, les objets plus gros qu’une balle de softball sont les seuls éléments traçables de ces « déchets spatiaux », qui représentent moins de 1 % des près de 170 millions de déchets laissés par les lancements de fusées, les sorties dans l’espace et les satellites disparus. La nouvelle méthode peut détecter des débris d’un diamètre inférieur à un millimètre, similaire à l’épaisseur d’une mine de crayon.
Renno présentera les résultats au Deuxième conférence internationale sur les débris orbitaux Le 5 décembre avec Yun Zhang, chercheur postdoctoral en sciences et ingénierie du climat et de l’espace. Les résultats sont parmi les premiers à provenir d’un projet collaboratif plus vaste, le programme d’identification et de suivi des débris spatiaux de l’activité Intelligence Advanced Research Projects. Le projet est dirigé par l’entrepreneur militaire Blue Halo et inclut l’Université d’Alaska Fairbanks.
Les déchets dans l’espace sont plus que disgracieux : ils sont dangereux. À une vitesse orbitale typique de 22 000 milles par heure, un débris spatial de la taille d’une prune peut heurter un autre objet avec la même énergie qu’un accident de voiture sur l’autoroute, mettant potentiellement un satellite hors service. Même des pièces plus petites peuvent endommager les engins spatiaux, leur suivi est donc essentiel pour les satellites et les engins spatiaux qui doivent prendre des mesures d’évitement.
L’orbite terrestre est de plus en plus encombrée, ce qui rend la protection des satellites encore plus difficile. Les morceaux de débris spatiaux entrent souvent en collision les uns avec les autres, fragmentant ainsi les plus gros morceaux en petits morceaux indétectables. Certains experts craignent que la quantité de débris spatiaux puisse augmenter de façon exponentielle à mesure que les éléments individuels continuent d’entrer en collision, ce qui finirait par causer des ravages dans l’infrastructure sur laquelle nous comptons pour le GPS, les données des téléphones portables, la surveillance météorologique, etc.
Bien que potentiellement désastreuses, les collisions entre débris spatiaux pourraient s’avérer être le meilleur moyen de traquer de minuscules débris spatiaux. Lorsque de petits débris spatiaux entrent en collision, ils explosent en minuscules fragments, dont certains se vaporisent en un gaz chargé en raison de la chaleur générée par l’impact.
« Lorsque le nuage de fragments de gaz chargés et de débris se dilate, il crée des explosions d’énergie semblables à des éclairs, semblables aux signaux produits par des étincelles statiques qui apparaissent après avoir frotté une couverture fraîchement lavée », a déclaré Mojtaba Akhavan-Tafti, chercheur adjoint en climat et sciences et ingénierie spatiales, et scientifique principal du projet.
Après cette explosion d’énergie initiale, des fragments de débris solides chargés peuvent créer des impulsions de champ électrique chaque fois qu’ils sont suffisamment proches les uns des autres, produisant des explosions supplémentaires semblables à des éclairs. Ces signaux électriques ne durent qu’une fraction de seconde, mais ils pourraient aider à suivre les morceaux de débris spatiaux et les nuages de fragments microscopiques qui se forment lorsque des débris entrent en collision.
Lorsque deux morceaux d’aluminium entrent en collision à des vitesses orbitales typiques, ils émettent une explosion électrique suffisamment puissante pour qu’une antenne parabolique de 26 mètres dotée d’un récepteur radio de haute qualité puisse la détecter depuis le sol, selon les simulations informatiques les plus récentes de l’équipe. Les impulsions du champ électrique devraient également être détectables avec des réseaux radio plus sensibles, tels que le Deep Space Network de la NASA.
Il reste encore beaucoup à régler. La fréquence des signaux électriques peut varier en fonction de la vitesse de la collision et de la composition des débris, ce qui pourrait compliquer la détection. Pour voir les signaux électriques, ils doivent être plus forts que les signaux de fond de l’instrument au sol et traverser la haute atmosphère terrestre.
L’équipe prévoit d’affiner son approche avec des simulations informatiques supplémentaires en mesurant des signaux réels avec le Deep Space Network de la NASA et en analysant les données d’expériences à hypervitesse au Naval Research Laboratory et au Ames Research Center de la NASA. Grâce aux lasers des installations, l’équipe peut lancer différents types de débris sur des cibles sur une gamme de vitesses orbitales et mesurer les caractéristiques des émissions électriques résultant de l’impact.
Si de telles expériences révèlent un moyen de détecter une large gamme de signaux électriques générés lors de collisions de débris spatiaux, elles pourraient déterminer non seulement où se trouvent les débris spatiaux, mais aussi à quoi ils ressemblent et de quoi ils sont constitués.
« Nous voulons savoir si un objet est dur ou mou, car cela aura un impact sur son orbite et sur ses dommages », a déclaré Akhavan-Tafti.
Plus d’information:
Étude : « L’émission de rayonnements électromagnétiques non thermiques par des débris spatiaux en collision » (Séance du CIO à SINTRA le 5 décembre à 15h CST)