Depuis les années 1960, La NASA et d'autres agences spatiales envoient de plus en plus de choses en orbite. Entre les étages épuisés des fusées, boosters dépensés, et des satellites devenus inactifs depuis, il n'y a pas eu de pénurie d'objets artificiels flottant là-haut. Heures supplémentaires, cela a créé le problème important (et croissant) des débris spatiaux, qui constitue une menace sérieuse pour la Station spatiale internationale (ISS), satellites et engins spatiaux actifs.

Alors que les plus gros débris – allant de 5 cm (2 pouces) à 1 mètre (1,09 yard) de diamètre – sont régulièrement surveillés par la NASA et d'autres agences spatiales, les plus petits morceaux sont indétectables. Combiné à la fréquence de ces petits débris, cela fait des objets qui mesurent environ 1 millimètre une menace sérieuse. Pour remédier à ce, l'ISS s'appuie sur un nouvel instrument connu sous le nom de Space Debris Sensor (SDS).

Ce capteur d'impact calibré, qui est monté à l'extérieur de la station, surveille les impacts causés par les débris spatiaux à petite échelle. Le capteur a été intégré à l'ISS en septembre, où il surveillera les impacts pour les deux à trois prochaines années. Ces informations seront utilisées pour mesurer et caractériser l'environnement des débris orbitaux et aider les agences spatiales à développer des contre-mesures supplémentaires.

Mesurant environ 1 mètre carré (~10,76 pi²), le SDS est monté sur un site de charge utile externe qui fait face au vecteur vitesse de l'ISS. Le capteur se compose d'une fine couche avant de Kapton - un film de polyimide qui reste stable à des températures extrêmes - suivie d'une deuxième couche située à 15 cm (5,9 pouces) derrière elle. Cette seconde couche de Kapton est équipée de capteurs acoustiques et d'une grille de fils résistifs, suivi d'un antidévireur intégré à un capteur.

Cette configuration permet au capteur de mesurer la taille, la vitesse, direction, temps, et l'énergie de tout petit débris avec lequel il entre en contact. Alors que les capteurs acoustiques mesurent le temps et l'emplacement d'un impact pénétrant, la grille mesure les changements de résistance pour fournir des estimations de la taille de l'impacteur. Les capteurs de l'antidévireur mesurent également le trou créé par un impacteur, qui est utilisé pour déterminer la vitesse de l'impacteur.

Ces données sont ensuite examinées par des scientifiques du White Sands Test Facility au Nouveau-Mexique et de l'Université du Kent au Royaume-Uni, où les tests d'hypervitesse sont effectués dans des conditions contrôlées. Comme le Dr Mark Burchell, l'un des co-investigateurs et collaborateurs de la FDS de l'Université de Kent, a déclaré à Universe Today par e-mail :

"L'idée est un appareil multicouche. Vous obtenez un temps lorsque vous traversez chaque couche. En triangulant les signaux dans une couche, vous obtenez une position dans cette couche. Donc, deux temps et positions donnent une vitesse… Si vous connaissez la vitesse et la direction que vous peut obtenir l'orbite de la poussière et cela peut vous dire si elle vient probablement de l'espace lointain (poussière naturelle) ou si elle se trouve sur une orbite terrestre similaire à celle des satellites, de même que des débris. Tout cela en temps réel car c'est électronique. "

Ces données amélioreront la sécurité à bord de l'ISS en permettant aux scientifiques de surveiller les risques de collisions et de générer des estimations plus précises de la présence de débris à petite échelle dans l'espace. Comme indiqué, les plus gros débris en orbite sont surveillés régulièrement. Il s'agit d'environ 20, 000 objets de la taille d'une balle de baseball, et 50 autres, 000 qui ont à peu près la taille d'une bille.

Cependant, le SDS se concentre sur des objets qui font entre 50 microns et 1 millimètre de diamètre, qui se comptent par millions. Bien que minuscule, le fait que ces objets se déplacent à des vitesses supérieures à 28, 000 km/h (17, 500 mph) signifie qu'ils peuvent toujours causer des dommages importants aux satellites et aux engins spatiaux. En étant capable d'avoir une idée de ces objets et de l'évolution de leur population en temps réel, La NASA sera en mesure de déterminer si le problème des débris orbitaux s'aggrave.

Connaître la situation des débris là-haut est également intrinsèque pour trouver des moyens de l'atténuer. Cela ne sera pas seulement utile pour les opérations à bord de l'ISS, mais dans les années à venir, lorsque le Space Launch System (SLS) et la capsule Orion s'envoleront dans l'espace. Comme Burchell l'a ajouté, connaître la probabilité des collisions, et quels types de dommages ils peuvent causer, contribuera à éclairer la conception des engins spatiaux, en particulier en ce qui concerne le blindage.

« [O]une fois que vous connaissez l'aléa, vous pouvez ajuster la conception des futures missions pour les protéger des impacts, ou vous êtes plus persuasif lorsque vous dites aux fabricants de satellites qu'ils doivent créer moins de débris à l'avenir, " a-t-il dit. " Ou vous savez si vous avez vraiment besoin de vous débarrasser des vieux satellites / déchets avant qu'ils ne se brisent et n'éclaboussent l'orbite terrestre de débris à petite échelle. "

Dr Jer Chyi Liou, en plus d'être co-investigateur sur la FDS, est également scientifique en chef de la NASA pour les débris orbitaux et gestionnaire de programme pour le bureau du programme sur les débris orbitaux au Johnson Space Center. Comme il l'a expliqué à Universe Today par e-mail :

"Les débris orbitaux de taille millimétrique représentent le risque de pénétration le plus élevé pour la majorité des engins spatiaux opérationnels en orbite terrestre basse (LEO). La mission SDS aura deux objectifs. Premièrement, le SDS collectera des données utiles sur les petits débris à l'altitude de l'ISS. Seconde, la mission démontrera les capacités du SDS et permettra à la NASA de rechercher des opportunités de mission pour collecter des données de mesure directe sur les débris de taille millimétrique à des altitudes LEO plus élevées à l'avenir - des données qui seront nécessaires pour des évaluations fiables des risques d'impact des débris orbitaux et rentables mesures d'atténuation pour mieux protéger les futures missions spatiales en LEO."

Les résultats de cette expérience s'appuient sur des informations antérieures obtenues par le programme de la navette spatiale. Lorsque les navettes sont revenues sur Terre, des équipes d'ingénieurs ont inspecté le matériel qui a subi des collisions pour déterminer la taille et la vitesse d'impact des débris. Le SDS valide également la viabilité de la technologie des capteurs d'impact pour les futures missions à des altitudes plus élevées, où les risques liés aux débris vers les engins spatiaux sont plus importants qu'à l'altitude de l'ISS.