Les astronomes de l'Université de Warwick avertissent que les débris orbitaux constituant une menace pour les satellites opérationnels ne sont pas surveillés d'assez près, alors qu'ils publient une nouvelle enquête concluant que plus de 75% des débris orbitaux qu'ils ont détectés ne pouvaient pas être comparés à des objets connus dans les catalogues de satellites publics.

Les astronomes demandent des relevés en profondeur plus réguliers des débris orbitaux à haute altitude pour aider à caractériser les objets résidents et mieux déterminer les risques posés aux satellites actifs sur lesquels nous comptons pour les services essentiels, y compris les communications, surveillance météorologique et navigation.

La recherche fait partie de DebrisWatch, une collaboration en cours entre l'Université de Warwick et le Defence Science and Technology Laboratory (Royaume-Uni) visant à apporter un nouveau regard sur les études de la région géosynchrone qui ont été menées dans le passé. Les résultats sont publiés dans le journal Avancées de la recherche spatiale . La recherche a été en partie financée par le Science and Technology Facilities Council (STFC), une partie de la recherche et de l'innovation du Royaume-Uni, et a été soutenu par la Royal Society.

Cette enquête a été optimisée pour rechercher des débris légers, des objets trop petits ou peu réfléchissants pour être régulièrement surveillés et enregistrés dans des catalogues accessibles au public. L'US Strategic Command (USSRATCOM) tient à jour le catalogue public le plus complet d'objets spatiaux, en utilisant son réseau mondial de surveillance spatiale (SSN) comprenant plus de 30 radars et télescopes optiques au sol, aux côtés de six satellites en orbite. Le SSN est capable de surveiller des objets à haute altitude jusqu'à environ 1 mètre de diamètre. Bien que certains habitants de la région géosynchrone soient souvent qualifiés de stationnaires, des collisions peuvent encore se produire avec des vitesses relatives de kilomètres par seconde. Avec ça en tête, même de petits objets pourraient causer beaucoup de dommages à un satellite actif.

Les images de l'enquête ont été analysées à l'aide d'un pipeline logiciel personnalisé conçu pour sélectionner des objets de débris candidats et étudier leur luminosité au fil du temps. Les courbes de lumière qui en résultent contiennent une mine d'informations sur les objets eux-mêmes, y compris leur forme, propriétés de surface et attitude, mais sont également affectés par d'autres facteurs tels que la géométrie de visualisation et les interférences atmosphériques. Le démêlage de ces composants reste une tâche très difficile, et de grandes quantités de données de haute qualité seront essentielles pour développer et affiner les techniques nécessaires.

Les astronomes ont concentré leur étude sur la région géosynchrone, situé à environ 36, 000 kilomètres au-dessus de l'équateur, où les satellites orbitent avec une période qui correspond à la rotation de la Terre. Loin au-dessus de la couche la plus externe de l'atmosphère terrestre, il n'y a pas de mécanismes naturels (comme la traînée atmosphérique) pour induire la désintégration orbitale, les débris générés au voisinage de la région géosynchrone y resteront donc très longtemps.

Pour les aider à découvrir les débris légers, les astronomes ont utilisé le télescope Isaac Newton sur l'île canarienne de La Palma, qui a une grande ouverture de 2,54 m, lui permettant de collecter des photons de lumière sur une grande surface. Ils ont utilisé une stratégie optimisée pour s'assurer que la lumière du soleil se reflétant sur les objets candidats tomberait dans les mêmes pixels de la caméra, pour augmenter leurs chances d'être détectés. Des bandes de ciel ont été scannées au-dessus, le long et en dessous de la ceinture géostationnaire, où résident la plupart des satellites géosynchrones opérationnels.

La majorité des traces orbitales détectées par les astronomes avaient des luminosités correspondant à environ 1 mètre ou moins. Assez sur, plus de 95 % de ces détections faibles ne correspondaient pas à un objet connu dans le catalogue USSRATCOM accessible au public, car ils sont trop faibles pour être surveillés régulièrement et de manière fiable par le SSN. Lorsque les chercheurs ont inclus toutes leurs détections, y compris celles au-dessus et en dessous de 1 m, plus de 75 % ne correspondaient pas.

Auteur principal James Blake, un doctorat étudiant au département de physique de l'Université de Warwick, a déclaré : « Les courbes de lumière extraites de nos images d'enquête montrent à quel point ces objets peuvent être variés, à la fois en termes de leur nature physique et de leur attitude ou comportement en orbite. Beaucoup de faibles, des débris non catalogués semblent tomber, montrant une variation de luminosité significative à travers la fenêtre d'observation. Ces types de caractéristiques peuvent nous en dire beaucoup sur les forces perturbatrices agissant sur les habitants de la région géosynchrone, but also highlight that we need to be more careful when making assumptions about the properties of these objects. We need to probe the faint debris population further and obtain more data to gain a better understanding of what's out there.

"It's important that we continue to observe the geosynchronous region with large telescopes wherever possible, to start to build up a more complete feel for the faint debris environment. With this survey, we've probed deeper than ever before, and still the population appears to be climbing as our sensitivity limit is reached. While we're dealing with small number statistics here, it's unsurprising that we see many more small, faint objects than large, bright ones."

Artificial debris orbiting the Earth can originate for a number of reasons:the satellites themselves become debris when they reach the end of their mission lifetime; rocket bodies abandoned after successfully launching their payloads can explode or break-up after many years in orbit; collisions can occur between orbiting bodies, sometimes resulting in thousands of new fragments; the harsh environment of space can deteriorate satellites over time, shedding bits of insulating blanket and paint flakes.

The astronomers are now investigating ways to extract even more information from the survey data, using simultaneous observations that were taken with a second, smaller instrument. They aim to foster new collaborations to ensure this survey can act as a gateway to an enduring activity.

Co-author Professor Don Pollacco, du Département de physique de l'Université de Warwick, said:"This kind of data will be key in the development of algorithms to characterize objects in the geosynchronous region. Remember that we're not dealing with close-up photographs here, even the big satellites appear as non-resolved blobs of light in our images. Light curves offer a great opportunity to learn more about the way these objects behave and what they might be. The more high-quality data we take, the better chance we have of developing these tools."