Les objets volants incontrôlables en orbite représentent un risque énorme pour les voyages spatiaux modernes, et, en raison de notre dépendance aux satellites aujourd'hui, c'est aussi un risque pour l'économie mondiale. Une équipe de recherche de l'Institut Fraunhofer d'optique appliquée et d'ingénierie de précision IOF à Iéna, Allemagne, a maintenant spécialement développé un laser à fibre qui détermine de manière fiable la position et la direction du mouvement des débris spatiaux pour atténuer ces risques.

Les débris spatiaux sont un problème majeur dans les vols spatiaux en orbite terrestre basse. Satellites déclassés ou endommagés, des fragments de stations spatiales et d'autres vestiges de missions spatiales représentent chaque jour une menace potentielle de collisions avec des satellites et des engins spatiaux actifs. En plus de leur force destructrice, les collisions créent également un risque supplémentaire en créant des milliers de nouveaux débris, qui à son tour pourrait entrer en collision avec d'autres objets - un effet boule de neige dangereux.

Aujourd'hui, l'économie mondiale dépend dans une large mesure des satellites et de leurs fonctions - ces applications sont, par exemple, utilisé dans les télécommunications, la transmission de signaux TV, la navigation, prévisions météorologiques et recherche sur le climat. L'endommagement ou la destruction de tels satellites par une collision avec des satellites en orbite ou des restes de fusées peut causer des dommages immenses et durables. Par conséquent, les débris spatiaux dangereux doivent être suivis et enregistrés de manière fiable avant que des mesures de récupération ou d'autres contre-mesures puissent être envisagées. Les experts de Fraunhofer IOF à Iéna ont développé un système laser parfaitement adapté à cette tâche.

Enregistrement fiable de la position et du mouvement des objets en orbite terrestre

"Avec notre système robuste et efficace, nous pouvons déterminer de manière fiable et précise la position exacte des objets et la direction du mouvement en orbite, " explique le Dr Thomas Schreiber du groupe des lasers à fibre de Fraunhofer IOF. " Les systèmes laser comme le nôtre doivent être exceptionnellement puissants pour résister aux conditions extrêmes de l'espace. En particulier, la forte sollicitation physique de la fusée porteuse lors du lancement, où la technologie est soumise à de très fortes vibrations. "Dans l'orbite terrestre basse, le niveau élevé d'exposition aux rayonnements, les variations extrêmes de température et le faible approvisionnement en énergie sont tout autant d'obstacles à surmonter. Cela a nécessité un nouveau développement par l'équipe de recherche d'Iéna, car les technologies laser courantes ne sont pas en mesure de relever ces défis.

De plus, il est également nécessaire d'analyser les débris spatiaux sur des distances relativement longues. Dans ce but, l'impulsion laser se propage à travers un amplificateur à base de fibre de verre et est envoyée sur son voyage de plusieurs kilomètres.

Mesures avec des dizaines de milliers d'impulsions laser par seconde

"Impulsions laser très courtes, qui ne durent que quelques milliardièmes de seconde, sont tirés à différentes positions dans l'espace pour déterminer la vitesse, direction du mouvement et le mouvement de rotation des objets, " explique le Dr. Oliver de Vries. "Avec notre système laser, il est possible de tirer des milliers d'impulsions par seconde. Si un objet est effectivement à l'une des positions examinées, une partie du rayonnement est réfléchie vers un scanner spécial, qui est directement intégré au système. Même si le faisceau laser est très rapide, il faut un certain temps pour que la lumière émise atteigne l'objet et revienne. Ce soi-disant « temps de vol » peut ensuite être converti en une distance et en une vraie coordonnée 3D en conséquence." Les capteurs sophistiqués du système, qui captent les reflets de la lumière réfléchie, peut détecter même des milliardièmes de la lumière réfléchie.

Le principe – développé à l'origine par les deux chercheurs du Fraunhofer IOF pour Jena-Optronik et le Centre aérospatial allemand (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR) - a déjà été testé avec succès lors de la manœuvre d'amarrage d'un transporteur spatial à la Station spatiale internationale ISS. Précédemment, le système laser avait été installé dans un capteur de la société aérospatiale de Thuringe Jena-Optronik GmbH et a été lancé en 2016 avec le transporteur d'approvisionnement autonome ATV-5. Le système de Jena Optronik excelle également en termes d'efficacité énergétique :le laser à fibre fonctionne à une puissance totale inférieure à 10 watts, ce qui est nettement inférieur à celui d'un ordinateur portable commercial, par exemple.