L'IA améliore les télescopes de télémétrie laser pour repérer avec précision les débris spatiaux

• Le nouveau modèle de réseau de neurones améliore la précision des télescopes laser.
• Cela permet aux scientifiques de localiser avec précision la position de petits débris en orbite terrestre, sans augmenter la sensibilité des télescopes.

Les débris spatiaux sont de défunts objets fabriqués par l'homme en orbite terrestre qui ne sont plus utiles. Ils sont générés pendant les activités spatiales et proviennent principalement de l'étage final des fusées porteuses et des matériaux indésirables des engins spatiaux se désintégrant en orbite.

En 2019, il y avait environ 20 000 objets artificiels en orbite au-dessus de la Terre, dont 2 218 satellites opérationnels. Cependant, ce sont les seuls objets assez grands pour être tracés.

Plus de 130 millions de débris mesurent moins d'un centimètre, environ 1 million de débris mesurent entre 1 et 10 centimètres et plus de 30 000 pièces mesurent plus de 10 centimètres. Ils sont tous en orbite autour de la Terre et leur existence affecte sérieusement la sécurité d'un vaisseau spatial.

À l'heure actuelle, il existe plus de 50 stations mondiales d'observation laser qui surveillent les débris spatiaux. Cependant, leur suivi est une tâche extrêmement difficile :plus l'objet est petit, plus il est difficile à détecter et à suivre.

Une nouvelle étude présente un modèle de réseau de neurones qui améliore la précision des télescopes laser, permettant aux scientifiques de localiser avec précision la position des petits débris.

Quelle est sa précision ?

Pour localiser les débris orbitaux, les scientifiques utilisent une méthode appelée imagerie laser. Cela implique de projeter des lasers à haute énergie dans l'espace et d'utiliser un télescope pour capter les signaux réfléchis par les débris en orbite. Ces signaux réfléchis sont ensuite utilisés pour évaluer à quelle distance se trouvent les débris. Le processus est similaire à la façon dont les chauves-souris utilisent l'écholocation pour suivre leurs proies.

Mais comme les débris plus petits ne réfléchissent pas beaucoup de lumière, il est difficile de les localiser avec précision. Bien que les techniques précédentes aient amélioré la détection des débris par télémétrie laser, elles ne peuvent localiser un débris qu'à un niveau de 1 km.

La nouvelle méthode, d'autre part, est capable de trouver un morceau de débris aussi petit que 1 mètre carré qui se trouve à environ 1 500 km.

Référence :Journal des applications laser | DOI : 10.2351/1.5110748 | Wikipédia 

Pour y parvenir, les recherches ont utilisé un réseau de neurones à rétropropagation, optimisé via deux algorithmes de correction :l'algorithme génétique et Levenberg-Marquardt.

Une illustration de débris spatiaux visibles depuis l'orbite terrestre haute | Wikipédia 

Le réseau de neurones a aidé les télescopes à stabiliser leurs capacités de pointage et à reconnaître les signaux faibles de petits morceaux de débris spatiaux. Tout cela se fait sans augmenter la sensibilité des télescopes ni effectuer de mise à niveau matérielle.

De plus, les télescopes peuvent désormais détecter les débris avec plus de précision dans des régions localisées de l'espace sans produire de nombreux faux positifs.

Tests

Les chercheurs ont testé leur méthode par rapport à trois modèles standard :le modèle de monture, le modèle de paramètre de base et le modèle de fonctions harmoniques sphériques. Ils ont constaté que la précision du réseau de neurones est supérieure à ces trois modèles standard et qu'il surmonte également les inconvénients de la vitesse de convergence lente.

Lire : Ce que vous devez savoir sur les déchets spatiaux

Pour démontrer la capacité du réseau neuronal, les chercheurs ont utilisé les données d'observation de 95 étoiles pour résoudre le coefficient de l'algorithme des 4 modèles. Ils ont évalué la précision de détection de 22 autres étoiles. Non seulement le nouvel algorithme s'est avéré le plus précis, mais il pouvait également être facilement utilisé avec des performances en temps réel décentes.

L'équipe prévoit d'optimiser davantage le réseau de neurones pour repérer des débris encore plus petits.