En 2015, Elon Musk a annoncé que sa société, SpaceX, déploierait des satellites en orbite qui fourniraient un accès Internet haut débit à haut débit au monde entier. Connu sous le nom de Starlink, SpaceX a commencé à déployer cette constellation en mai 2019 avec le lancement des 60 premiers satellites. Au 22 avril, un total de 422 satellites ont été ajoutés à la constellation Starlink, et la réponse n'a pas été entièrement positive.

En plus des craintes que nous ajoutons au problème des « débris spatiaux, " il y a aussi ceux qui ont exprimé leur inquiétude que Starlink et d'autres constellations pourraient avoir un impact négatif sur l'astronomie. En réponse, SpaceX a récemment annoncé qu'il instituerait des changements dans la façon dont les satellites sont lancés, comment ils gravitent autour de la Terre, et même à quel point ils sont réfléchissants afin de minimiser l'impact qu'ils ont sur l'astronomie.

Ces changements ont fait l'objet d'une présentation faite lors de l'Enquête Décennale sur l'Astronomie et l'Astrophysique 2020 (Astro2020) organisée par la National Academy of Sciences, Ingénierie, et Médecine. Dans le cadre de la réunion sur les interférences optiques provenant des constellations de satellites qui s'est tenue lundi, 27 avril, le Starlink Panel (qui comprenait Musk) a présenté comment l'entreprise espère minimiser la pollution lumineuse causée par sa constellation.

L'apparition de ces nouveaux satellites dans le ciel a suscité son lot de controverses parmi les astronomes amateurs et la communauté astronomique. En réalité, la Société royale d'astronomie (RAS), l'American Astronomical Society (AAS), l'Union astronomique internationale (UAI), et le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) ont tous publié des déclarations officielles concernant Starlink et d'autres constellations proposées.

En particulier, ils ont exprimé leur inquiétude quant à la façon dont ces satellites pourraient perturber les relevés optiques et radio comme ceux de l'observatoire Vera C. Rubin (anciennement le Large Synoptic Survey Telescope, ou LSST), le réseau kilométrique carré (SKA), et le télescope Event Horizon (EHT), qui a récemment acquis la toute première image d'un trou noir. Comme l'a déclaré l'AIU :

"Bien que la plupart de ces reflets soient si faibles qu'ils soient difficiles à discerner à l'œil nu, ils peuvent être préjudiciables aux capacités sensibles des grands télescopes astronomiques au sol, y compris les télescopes d'arpentage à très grand angle actuellement en construction. Deuxièmement, malgré des efforts notables pour ne pas interférer avec les fréquences de radioastronomie, les signaux radio agrégés émis par les constellations de satellites peuvent toujours menacer les observations astronomiques aux longueurs d'onde radio.

Le problème fondamental est que lorsque les satellites orbitent autour de la Terre, ils captent et reflètent périodiquement la lumière du soleil, en particulier lorsqu'ils sortent de l'ombre de la Terre et entrent dans la lumière directe du soleil (ce qui a lieu pendant leur phase de « relèvement d'orbite »). C'est à ce stade que les satellites enclencheront leurs propulseurs pour augmenter leur altitude au cours de quelques semaines afin de s'assurer qu'ils ne subissent pas de désintégration orbitale.

La traînée est un problème plus important pour Starlink car ils sont déployés à des altitudes inférieures de 550 kilomètres (340 mi) pour atténuer le risque de débris spatiaux, plutôt que 1100 à 1300 km (680 et 800 mi) comme prévu initialement. Comme SpaceX l'indique dans un article de presse qui résume les points clés de la présentation :

"La conception du satellite Starlink a été motivée par le fait qu'ils volent à très basse altitude par rapport aux autres satellites de communication. Nous le faisons pour donner la priorité à la sécurité du trafic spatial et pour minimiser la latence du signal entre le satellite et les utilisateurs qui accèdent à Internet service de celui-ci. En raison de la faible altitude, la traînée est un facteur majeur dans la conception."

À ce point, Les satellites Starlink assument leur configuration de vol "à livre ouvert" lorsqu'ils entrent dans la phase de "relèvement d'orbite" de leur orbite, où leurs panneaux sont déployés à plat et devant le véhicule pour réduire la traînée atmosphérique. À cause de ce, la lumière du soleil peut se refléter à la fois sur le panneau solaire et sur le corps du satellite à ce stade.

Une fois que les satellites ont atteint leur orbite opérationnelle de 550 km (340 mi), dite phase « en station », seules certaines parties du châssis peuvent réfléchir la lumière. C'est parce que le système de contrôle d'attitude du satellite surmonte la traînée en faisant adopter au satellite son orientation « aileron de requin », où son panneau solaire est élevé à une orientation verticale.

Pour résoudre ces problèmes, SpaceX a indiqué que la société travaille en partenariat avec diverses organisations pour mettre en œuvre un certain nombre de changements. Pour commencer, ils testent actuellement un satellite expérimental moins réfléchissant que les modèles précédents, qui est nommé de manière appropriée "DarkSat". Cette classe de satellites profite d'un réseau phasé obscurci et d'antennes paraboliques pour réduire la luminosité d'environ 55 %.

Cependant, ils cherchent également à mettre en œuvre une "solution de pare-soleil" pour résoudre le problème de la chaleur, car les satellites sombres peuvent briller dans l'infrarouge car la peinture noire absorbe le rayonnement. Les antennes paraboliques (qui sont blanches et diffuses) auront également des revêtements en forme de visière pour réduire la quantité de lumière qu'elles réfléchissent. Le premier prototype VisorSat sera déployé ce mois-ci et d'ici juin, tous les futurs satellites auront une visière.

Seconde, SpaceX a l'intention de mettre en œuvre des changements dans la manière dont ses satellites passent de l'insertion au stationnement, puis en orbite en station. Actuellement, l'entreprise teste une manœuvre dans laquelle le satellite est roulé de manière à ce qu'il se trouve sur le même plan que le vecteur du soleil (dite mise en « tranchant » des satellites vers le soleil). Cela aura pour effet de réduire la surface qui reçoit la lumière, réduisant ainsi la quantité de lumière réfléchie.

Autrefois, Musk a été quelque peu désinvolte (et certes ignorant) dans sa réponse à ces préoccupations. Lorsque le premier lot de satellites Starlink a été lancé en mai 2019, il s'est adressé à Twitter pour déclarer ce qui suit :

Il y a déjà 4900 satellites en orbite, que les gens remarquent ~0% du temps. Starlink ne sera vu par personne à moins de regarder très attentivement et aura un impact d'environ 0% sur les progrès de l'astronomie. Nous devons de toute façon déplacer les télescopes en orbite. L'atténuation atmosphérique est terrible. pic.twitter.com/OuWYfNmw0D

– Elon Musk (@elonmusk) 27 mai 2019

Depuis cette époque, il est clair que Musk et la société qu'il a fondée en sont venus à prendre ces préoccupations plus au sérieux et ont élaboré un plan complet pour y répondre. Les mesures qu'ils ont proposées ont été conçues en partie grâce aux efforts de collaboration entre l'entreprise et l'AAS, le NRAO, et l'observatoire Vera C. Rubin. Comme ils l'indiquent :

"Avec AAS, nous avons amélioré notre compréhension de la communauté dans son ensemble grâce à des appels réguliers avec un groupe de travail d'astronomes au cours desquels nous discutons des détails techniques, fournir des mises à jour, et travailler sur la façon dont nous pouvons protéger les observations astronomiques à l'avenir…

Bien que la compréhension de la communauté soit essentielle à ce problème, les problèmes d'ingénierie sont difficiles à résoudre sans détails. L'observatoire Vera C. Rubin a été signalé à plusieurs reprises comme le cas le plus difficile à résoudre, nous avons donc passé les derniers mois à travailler en étroite collaboration avec une équipe technique là-bas pour faire exactement cela. Entre autres réflexions et discussions utiles, l'équipe de Vera Rubin a fourni une réduction de luminosité cible que nous utilisons pour guider nos efforts d'ingénierie alors que nous itérons sur des solutions de luminosité.

SpaceX a également indiqué que des informations sur les orbites et les trajectoires de leurs satellites sont disponibles sur space-track.org et celestrak.com afin que les astronomes puissent chronométrer leurs observations pour éviter les traînées de satellites. A la demande des astronomes, la société a également commencé à publier des données prédictives avant les lancements pour permettre aux observatoires de programmer des relevés dans les premières heures de déploiement, lorsque les satellites seront les plus visibles.

Pour lire la déclaration complète de SpaceX sur la manière dont ils atténuent la pollution lumineuse avec leur constellation, Cliquez ici. La réunion a été menée et enregistrée via Zoom, puisque l'événement était une discussion virtuelle (en raison de la pandémie de coronavirus). Les documents relatifs à la présentation de SpaceX lors de la réunion peuvent être consultés sur le site Web des académies nationales ici.