Brug af sollys til at redde satellitter fra rumskrots skæbne

Ingen satellit forbliver den samme, når den først er blevet sendt ud i rummet. Hvor meget det ændrer sig, kan gå ubemærket hen - indtil der sker noget slemt.

Carolin Frueh er blandt kun en håndfuld forskere, der har holdt fast ved at bruge en kompleks teknik, der kan diagnosticere et problem på tusindvis af kilometers afstand baseret på, hvordan satellitten reflekterer sollys.

"Mens du kører bil, du kan ikke komme ud af bilen for at tjekke, om noget er faldet af eller taget skade. Men du ved, at der kan være et problem, " sagde Frueh (udtales "fri"), en assisterende professor ved Purdue University's School of Aeronautics and Astronautics.

"En operatør bemærker måske, at en satellit er ustabil eller ikke lader ordentligt. Et udefrakommende perspektiv kan fortælle, om det er fordi noget gik i stykker, eller hvis et panel eller en antenne ikke er korrekt orienteret, for eksempel."

Ikke at diagnosticere problemet øger chancerne for at miste eller ikke være i stand til at genetablere kommunikationen med satellitten. Når kommunikationen går tabt, en satellit kan blive til snavs, der bliver i rummet i hundreder af år eller på ubestemt tid, medmindre de aktivt fjernes.

Dette "rumskrot" udgør en fare for andre rumfartøjer. Der er omkring 100, 000 stykker affald større end en krone, der kredser om Jorden, ifølge en amerikansk strategisk kommandodatabase.

Rummet er et vakuum, der øjeblikkeligt belaster en satellit. Konstante overgange mellem den dybe kulde fra Jordens skygge og den ekstreme varme fra solen tager også en vejafgift over tid.

"Du ved alt om en satellit, når den er på jorden. Men den konfiguration ændrer sig, fordi at bære satellitten op, dele af den skal foldes ind. En gang i rummet, du vil have panelerne udfoldet, stabilt orienteret mod solen og antennen pegede mod Jorden, " sagde Frueh.

"Jo længere en satellit er derude, jo mindre du ved om det."

Satellitter er næsten altid oplyst af solen, bortset fra korte overgange til Jordens skygge. Det lys, som en satellit reflekterer, kan hjælpe med at afsløre løsningen på en strukturel funktionsfejl.

Metoden kræver, at man bruger teleskoper på Jorden til at indsamle det lys, der reflekteres af en satellit eller en af ​​dens dele. Fordi satellitter er langt væk, disse objekter kan simpelthen vises som hvide prikker selv på et teleskopbillede, ligner stjerner på en nattehimmel.

Ændringer i lysstyrken af ​​en "prik" over tid registreres som lyskurver. Disse lyskurver behandles derefter og bruges til at udtrække information om et objekts udseende eller rotationstilstand.

Lyskurver kunne være en billigere og mere praktisk måde at identificere satellitproblemer på sammenlignet med radar. Mens radar kan få et mere detaljeret billede af en satellit, hvis forholdene er gunstige, og satellitten er i lav højde, lyskurver kan give information, uanset hvor langt væk satellitten er fra Jordens overflade. Lyskurver er også passivt afhængige af sollys, hvorimod radar aktivt belyser et objekt for at gøre det synligt.

Jo mere kompleks et objekt er, jo sværere er det at estimere eller løse, hvordan objektet ser ud ved hjælp af lyskurver. Resultaterne kan også være tvetydige; hvad hvis en satellitkomponent bare ser ødelagt ud, fordi den kaster en skygge på sig selv?

At identificere og karakterisere menneskeskabte objekter med lyskurver er så matematisk komplekst, at flere forskere, i stedet, bruge teknikken til at studere asteroider. Som naturlige kroppe, asteroider har mindre forskellige materialer på overfladen og færre skarpe kanter, gør matematikken noget enklere.

Men selv delvise svar fra lyskurver kunne give værdifuld information om en satellit.

I 2015 Fruehs laboratorium observerede et mystisk objekt kendt som "WT1190F" ved hjælp af Purdue Optical Ground Station-teleskop. Hun og hendes samarbejdspartnere opdagede ud fra lyskurver og tilhørende modellering, at objektet næsten helt sikkert var menneskeskabt og en sandsynlig kandidat til et stykke "Snoopy, "et manglende Apollo 10 månemodul. Missionen var en del af en testkørsel forud for Apollo 11-landingen i 1969, da Neil Armstrong gik på månen.

Et hold af astronomer bekræftede, at resultaterne tydede på, at objektet kom fra Snoopy. Succeser som disse viser, at forbedring af rumobjektidentifikation med lyskurver kan være kampen værd. (Opdagelsen er endda citeret i Wikipedia-indlægget for WT1190F.)

"Det betyder noget, når vi med 80% sikkerhed kan sige, hvad et objekt er, selvom det kan være ekstremt svært at få det svar. Det ville være langt mindre nyttigt, men nemmere, at give hundrede forskellige svar på, hvad en genstand er, alle med omkring 1% sandsynlighed, " sagde Frueh.

Fruehs laboratorium arbejder på at forbedre sandsynligheden for, at en lyskurve med succes identificerer og karakteriserer både simple og komplekse rumobjekter.

Målet er, at om fem til 10 år, Teknikken kunne ikke kun pålideligt hjælpe en satellitoperatør, men giver også modeller i fuld form og rotation, selv når der ikke er nogen information eller gæt om objektet tilgængelig. Disse modeller ville tydeligere vise de forskellige overfladematerialer og skarpe kanter af satellitter, gør dem nemmere at identificere.

Med finansiering fra Air Force Office of Scientific Research, Frueh udvikler måder at bruge lyskurver til at øge viden om menneskeskabte objekter i mangel af information fra en satellitoperatør.

Information, som lyskurver giver om satellitter, kan også forbedre, hvordan de er designet i fremtiden. Fruehs laboratorium har identificeret objekter, der kredser om Jorden, og som ser ud til at være guldfolien af ​​satellitter, der flager af over tid. Disse flager kan farligt skabe små genstande, som er svære at spore.

"Hele ideen er at forbedre rummets situationsbevidsthed, " sagde Frueh.