Les satellites sont en panne : Définir de manière fiable la motion appropriée
Les objets non contrôlés ou même les satellites endommagés en orbite terrestre présentent des risques massifs pour les satellites en fonctionnement. Depuis avril 2012, le satellite environnemental européen ENVISAT fait également le tour de la Terre en étant manœuvrable. L'Institut Fraunhofer de physique des hautes fréquences et de technologie radar FHR a développé des méthodes pour déterminer avec précision la rotation naturelle de ce satellite - et ainsi soutenir efficacement une "mission de désorbitation".
Les satellites endommagés ne sont pas seulement des débris spatiaux, ils représentent un grand danger pour les objets volants en circulation. L'ancien satellite environnemental ENVISAT est l'un des plus grands véhicules spatiaux jamais catapultés en orbite par l'Agence spatiale européenne (ESA). Ce satellite environnemental de 2,3 milliards d'euros et de huit tonnes a été lancé en 2002 et continuera à fournir un service fiable jusqu'en 2012 - en surveillant le climat, les océans et les zones terrestres de notre planète. Le contact avec le satellite ENVISAT sera alors perdu.
Le satellite d'observation de la Terre vole sur une orbite basse à une altitude d'environ 800 km - une région de l'orbite terrestre où la densité de population des objets spatiaux est élevée. "Les débris spatiaux sont un problème majeur dans les voyages spatiaux à proximité de la Terre. Le vol désormais incontrôlé d'ENVISAT représente un danger quotidien de collisions avec des satellites et des engins spatiaux en activité", souligne le Dr. Delphine Cerutti-Maori, porte-parole de la division Espace du Fraunhofer FHR. "En outre, il existe un risque potentiel supplémentaire, car les collisions peuvent contribuer à la création de nouveaux débris, qui à leur tour pourraient entrer en collision avec d'autres objets - un dangereux effet boule de neige".
"Désorbitation" avec méthode
Afin de faire face à la situation de la bonne manière, l'ESA recherche actuellement des solutions pour placer ENVISAT sur une orbite plus basse et lui permettre enfin de se consumer dans l'atmosphère terrestre de manière contrôlée et sûre. Cependant, ces missions dites de "désorbitation" ne peuvent réussir que si le mouvement de rotation du satellite est correctement déterminé au préalable. Ce n'est qu'alors que l'on peut déterminer la méthode de capture du satellite. "Notre radar d'observation spatiale TIRA combine un radar d'imagerie en bande Ku et un radar de poursuite de cible en bande L", explique Ludger Leushacke, chef du département Radar d'observation spatiale au Fraunhofer FHR.
"Contrairement aux systèmes optiques, notre système radar offre des avantages décisifs : Une indépendance totale par rapport aux conditions météorologiques locales, une capacité opérationnelle de jour comme de nuit et une résolution totalement indépendante de la distance de l'objet. De plus, nous pouvons déterminer la vitesse de rotation des objets à rotation rapide comme ENVISAT et des objets à rotation lente", explique le chef du département Radar du Fraunhofer FHR. Les données radar brutes d'ENVISAT enregistrées avec TIRA sont traitées à l'aide de méthodes spéciales développées au Fraunhofer FHR et sont ensuite évaluées.
Articulation des objets spatiaux
La connaissance exacte du mouvement correct des objets spatiaux est cruciale pour le soutien des missions spatiales. Il permet une assistance et des conseils avisés dans les situations d'urgence, soutient une évaluation concrète des dommages et analyse l'orientation des panneaux solaires vers le soleil afin de vérifier si l'alimentation électrique nécessaire d'un satellite est assurée. En outre, il fournit des informations précieuses et des critères décisifs pour la planification des missions de désorbitation.
Analyse à long terme de l'auto-rotation
Les images radar à haute résolution sont générées en utilisant la rotation relative de l'objet observé par rapport au système radar fixe. L'objet est éclairé sous différents angles de vue. Cependant, l'échelle transversale de l'image radar dépend de la vitesse de rotation réelle, qui elle-même ne peut être obtenue qu'à partir des données. "Pour surmonter ce problème d'acquisition d'images, notre équipe d'experts a mis au point une méthodologie adaptée qui utilise des modèles filaires des objets pour estimer correctement l'échelle croisée", explique M. Cerutti-Maori. "Pour ce faire, un modèle filaire de l'objet est projeté manuellement sur différentes images d'un passage. Le vecteur de rotation de l'objet peut alors être estimé de manière fiable à partir de l'évolution temporelle des projections sur un passage".
Pas de collision
Pour l'analyse de l'évolution à long terme du propre mouvement d'ENVISAT, les observations de la période allant de 2011, peu avant la rupture du contact, à 2016 ont été utilisées. En service régulier, ENVISAT tournait relativement lentement à environ 0,06°/s, ce qui correspondait à une révolution par révolution de la terre. Peu après la rupture du contact le 8 avril 2012, on a pu observer une augmentation de la rotation intrinsèque à près de 3°/s, soit environ 45 rotations par tour. Cette augmentation de la vitesse de rotation intrinsèque n'indique pas une collision avec d'autres objets, car l'augmentation a été progressive et non soudaine, est la conclusion des chercheurs du Fraunhofer FHR.
Depuis la mi-2013, un ralentissement de la vitesse de rotation a été observé : Elle était d'environ 1,6°/sec à la fin de 2016. "Nos enquêtes peuvent contribuer de manière significative à soutenir un retrait contrôlé de l'ENVISAT endommagé à l'avenir, si l'ESA décide de le faire", a déclaré M. Leushacke.
