Depuis les années 1960, la NASA et d'autres agences spatiales envoient de plus en plus de choses en orbite. Entre les étages passés de fusées, les boosters usés et les satellites qui sont depuis devenus inactifs, il n'y a pas de pénurie d'objets artificiels flottant là-haut. Au fil du temps, cela a créé le problème important (et croissant) des débris spatiaux, qui constitue une menace sérieuse pour la Station spatiale internationale (ISS), les satellites actifs et les engins spatiaux.
Alors que les gros morceaux de débris - allant de 5 cm (2 pouces) à 1 mètre (1,09 mètre) 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 résoudre ce problème, l'ISS s'appuie sur un nouvel instrument connu sous le nom de capteur de débris spatiaux (SDS).
Ce capteur d'impact calibré, qui est monté à l'extérieur de la station, surveille les impacts causés par des débris spatiaux à petite échelle. Le capteur a été intégré à l'ISS en septembre, où il surveillera les impacts au cours des 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. Cette deuxième couche de Kapton est équipée de capteurs acoustiques et d'une grille de fils résistifs, suivis d'un filet de sécurité intégré.
Cette configuration permet au capteur de mesurer la taille, la vitesse, la direction, le 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 taille de l'impacteur. Les capteurs situés dans le filet de sécurité 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 des tests d'hypervitesse sont effectués dans des conditions contrôlées. Comme le Dr Mark Burchell, l'un des co-chercheurs et collaborateurs sur la FDS de l'Université de Kent, a déclaré à Space Magazine par e-mail:
«L'idée est un appareil multicouche. Vous obtenez un temps lorsque vous passez à travers chaque couche. En triangulant les signaux dans un calque, vous obtenez une position dans ce calque. Donc deux temps et positions donnent une vitesse… Si vous connaissez la vitesse et la direction, vous pouvez obtenir l'orbite de la poussière et cela peut vous dire si elle provient probablement de l'espace lointain (poussière naturelle) ou se trouve sur une orbite terrestre similaire aux satellites, de même que les débris. Tout cela en temps réel car il 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 façon dont les débris à petite échelle existent dans l'espace. Comme indiqué, les gros débris en orbite sont surveillés régulièrement. Ceux-ci se composent d'environ 20 000 objets qui ont à peu près la taille d'une balle de baseball et de 50 000 objets supplémentaires qui ont à peu près la taille d'un marbre.
Cependant, la SDS se concentre sur les objets d'un diamètre compris entre 50 microns et 1 millimètre, qui se comptent par millions. Bien que minuscules, le fait que ces objets se déplacent à des vitesses supérieures à 28 000 km / h (17 500 mi / h) signifie qu'ils peuvent toujours causer des dommages importants aux satellites et aux engins spatiaux. En étant en mesure de se faire une idée de ces objets et de l'évolution de leur population en temps réel, la NASA pourra déterminer si le problème des débris orbitaux s'aggrave.
Savoir à quoi ressemble la situation des débris là-haut est également intrinsèque à 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 prendront place dans l'espace. Comme l'a ajouté Burchell, la connaissance des probabilités de collisions et des types de dommages qu'elles peuvent causer aidera à éclairer la conception des engins spatiaux, en particulier en ce qui concerne le blindage.
«[O] ns vous connaissez le danger que 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 déclaré. "Ou vous savez si vous avez vraiment besoin de vous débarrasser des vieux satellites / débris avant qu'ils ne se brisent et ne plongent l'orbite de la terre avec des débris de petite taille."
Le Dr Jer Chyi Liou, en plus d'être co-chercheur sur la FDS, est également le scientifique en chef de la NASA pour les débris orbitaux et le gestionnaire de programme pour le bureau du programme des débris orbitaux au Johnson Space Center. Comme il l'a expliqué à Space Magazine par e-mail:
«Les débris orbitaux de taille millimétrique représentent les risque de pénétration le plus élevé à 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. Deuxièmement, la mission démontrera les capacités de la FDS et permettra à la NASA de rechercher des opportunités de mission pour collecter des données de mesure directes sur des débris de taille millimétrique à des altitudes LEO plus élevées à l'avenir - données qui seront nécessaires pour des évaluations fiables des risques d'impact sur les débris orbitaux et des coûts. -des mesures d'atténuation efficaces pour mieux protéger les futures missions spatiales dans 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 de débris vers les engins spatiaux sont plus importants qu'à l'altitude de l'ISS.
