Svagt baneaffald, der truer satellitter, der ikke overvåges nøje nok, advare astronomer

University of Warwick astronomer advarer om, at kredsløbsaffald, der udgør en trussel mod operationelle satellitter, ikke bliver overvåget nøje nok, da de udgiver en ny undersøgelse, der viser, at over 75 % af det baneaffald, de opdagede, ikke kunne matches med kendte objekter i offentlige satellitkataloger.

Astronomerne efterlyser mere regelmæssige dybe undersøgelser af kredsløbsaffald i stor højde for at hjælpe med at karakterisere de fastboende objekter og bedre bestemme risiciene for de aktive satellitter, som vi er afhængige af til væsentlige tjenester, herunder kommunikation, vejrovervågning og navigation.

Forskningen er en del af DebrisWatch, et igangværende samarbejde mellem University of Warwick og Defense Science and Technology Laboratory (UK) med det formål at give et nyt bud på undersøgelser af den geosynkrone region, der er blevet udført tidligere. Resultaterne er rapporteret i journalen Fremskridt inden for rumforskning . Forskningen blev delfinansieret af Science and Technology Facilities Council (STFC), del af UK Research and Innovation, og blev støttet af Royal Society.

Denne undersøgelse er optimeret til at søge efter svagt affald, genstande, der er for små eller dårligt reflekterende til regelmæssigt at blive overvåget og optaget i offentligt tilgængelige kataloger. US Strategic Command (USSTRATCOM) vedligeholder det mest komplette offentlige katalog over rumobjekter, ved hjælp af sit globale Space Surveillance Network (SSN) bestående af over 30 jordbaserede radarer og optiske teleskoper, sammen med seks satellitter i kredsløb. SSN er i stand til at overvåge objekter i høj højde ned til omkring 1 meter i diameter. Selvom visse beboere i den geosynkrone region ofte omtales som stationære, kollisioner kan stadig forekomme med relative hastigheder på kilometer i sekundet. Med det i tankerne, selv små genstande kan forårsage meget skade på en aktiv satellit.

Billeder fra undersøgelsen blev analyseret ved hjælp af en tilpasset softwarepipeline designet til at udvælge kandidataffaldsobjekter og undersøge deres lysstyrke over tid. De resulterende lyskurver indeholder et væld af information om selve objekterne, inklusive deres form, overfladeegenskaber og holdning, men påvirkes også af andre faktorer som synsgeometri og atmosfærisk interferens. At skille disse komponenter ad er stadig en meget vanskelig opgave, og store mængder data af høj kvalitet vil være nøglen til at udvikle og forfine de nødvendige teknikker.

Astronomerne fokuserede deres undersøgelse på det geosynkrone område, ligger omkring 36, 000 kilometer over ækvator, hvor satellitter kredser med en periode, der matcher jordens rotation. Langt over det yderste lag af Jordens atmosfære, der er ingen naturlige mekanismer (såsom atmosfærisk modstand) til at inducere orbital henfald, så affald genereret i nærheden af ​​det geosynkrone område vil faktisk forblive der i meget lang tid.

For at hjælpe dem med at afdække svagt affald, astronomerne brugte Isaac Newton-teleskopet på den kanariske ø La Palma, som har en stor 2,54 m blænde, lader den opsamle fotoner af lys over et stort område. De brugte en optimeret strategi for at sikre, at sollyset, der reflekteres fra kandidatobjekter, falder inden for de samme pixels i kameraet, for at øge deres chancer for at blive opdaget. Himmelstrimler blev scannet ovenover, langs og under det geostationære bælte, hvor de fleste af de operationelle geosynkrone satellitter befinder sig.

Størstedelen af ​​de orbitale spor, som astronomerne opdagede, havde lysstyrker svarende til omkring 1 meter eller mindre. Helt sikkert, over 95 % af disse svage detektioner kunne ikke matche et kendt objekt i det offentligt tilgængelige USSTRATCOM-katalog, da de er for svage til at blive overvåget regelmæssigt og pålideligt af SSN. Da forskerne inkluderede alle deres detektioner - inklusive dem over og under 1 m - lykkedes det ikke for over 75 % at matche.

Hovedforfatter James Blake, en ph.d. studerende ved University of Warwick Department of Physics, sagde:"Lyskurverne udtaget fra vores undersøgelsesbilleder viser, hvor varierede disse objekter kan være, både med hensyn til deres fysiske natur og deres holdning eller adfærd i kredsløb. Mange af de svage, ukatalogiseret affald ser ud til at vælte, viser signifikant lysstyrkevariation hen over observationsvinduet. Disse slags funktioner kan fortælle os meget om de forstyrrende kræfter, der virker på beboere i det geosynkrone område, men fremhæver også, at vi skal være mere forsigtige, når vi laver antagelser om disse objekters egenskaber. Vi er nødt til at undersøge den svage affaldspopulation yderligere og indhente flere data for at få en bedre forståelse af, hvad der er derude.

"Det er vigtigt, at vi fortsætter med at observere det geosynkrone område med store teleskoper, hvor det er muligt, 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, fra University of Warwick Department of Physics, 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."