Ingen satellit förblir densamma när den väl har skjutits upp i rymden. Hur mycket det förändras kan gå obemärkt förbi - tills något dåligt händer.

Carolin Frueh är bland endast en handfull forskare som har envisats med att använda en komplex teknik som kan diagnostisera ett problem på tusentals kilometers avstånd baserat på hur satelliten reflekterar solljus.

"Medan du kör bil, du kan inte gå ur bilen för att kontrollera om något har ramlat av eller blivit skadat. Men du vet att det kan finnas ett problem, " sa Frueh (uttalas "fri"), en biträdande professor vid Purdue Universitys School of Aeronautics and Astronautics.

"En operatör kanske märker att en satellit är instabil eller inte laddas ordentligt. Ett yttre perspektiv kan avgöra om det beror på att något gick sönder, eller om en panel eller antenn inte är korrekt orienterad, till exempel."

Att inte diagnostisera problemet ökar chanserna att förlora eller inte kunna återupprätta kommunikationen med satelliten. När kommunikationen tappas, en satellit kan bli skräpbitar som stannar i rymden i hundratals år eller på obestämd tid om de inte aktivt tas bort.

Detta "rymdskräp" utgör en fara för andra rymdfarkoster. Det finns cirka 100, 000 bitar av skräp större än en krona som kretsar runt jorden, enligt en databas från U.S. Strategic Command.

Rymden är ett vakuum som omedelbart sätter stress på en satellit. Konstanta övergångar mellan den djupa kylan från jordens skugga och solens extrema värme tar också hårt på sig med tiden.

"Du vet allt om en satellit när den är på marken. Men den konfigurationen ändras eftersom, för att bära upp satelliten, delar av den måste vikas in. Väl i rymden, du vill ha panelerna utvikta, stabilt orienterad mot solen och antennen pekade mot jorden, sa Frueh.

"Ju längre en satellit är där ute, ju mindre du vet om det."

Satelliter är nästan alltid upplysta av solen, förutom korta övergångar till jordens skugga. Ljuset som en satellit reflekterar kan hjälpa till att avslöja lösningen på ett strukturellt fel.

Metoden kräver att man använder teleskop på jorden för att samla in ljuset som reflekteras av en satellit eller en av dess delar. Eftersom satelliter är långt borta, dessa objekt kan helt enkelt visas som vita prickar även på en teleskopbild, liknar stjärnor på en natthimmel.

Förändringar i ljusstyrkan för en "prick" över tiden registreras som ljuskurvor. Dessa ljuskurvor bearbetas sedan och används för att extrahera information om ett objekts utseende eller rotationstillstånd.

Ljuskurvor kan vara ett billigare och mer praktiskt sätt att identifiera satellitproblem jämfört med radar. Medan radarn kan få en mer detaljerad bild av en satellit om förhållandena är gynnsamma och satelliten är på låg höjd, ljuskurvor kan ge information oavsett hur långt borta satelliten är från jordens yta. Ljuskurvor förlitar sig också passivt på solljus, medan radar aktivt belyser ett föremål för att göra det synligt.

Ju mer komplext ett objekt är, desto svårare är det att uppskatta eller lösa hur objektet ser ut med hjälp av ljuskurvor. Resultaten kan också vara tvetydiga; vad händer om en satellitkomponent bara ser trasig ut för att den kastar en skugga på sig själv?

Att identifiera och karakterisera mänskligt skapade föremål med ljuskurvor är så matematiskt komplext att fler forskare, istället, använda tekniken för att studera asteroider. Som naturliga kroppar, asteroider har mindre olika material på ytan och färre skarpa kanter, gör matematiken något enklare.

Men även partiella svar från ljuskurvor skulle kunna ge värdefull information om en satellit.

2015, Fruehs labb observerade ett mysterium som helt enkelt kallas "WT1190F" med hjälp av Purdue Optical Ground Station-teleskop. Hon och hennes medarbetare upptäckte från ljuskurvor och tillhörande modellering att föremålet nästan säkert var mänskligt gjort och en trolig kandidat för ett stycke "Snoopy, " en saknad Apollo 10-månmodul. Uppdraget var en del av en testkörning inför Apollo 11-landningen 1969, när Neil Armstrong gick på månen.

Ett team av astronomer bekräftade att fynden antydde att föremålet kom från Snoopy. Framgångar som dessa visar att det kan vara värt ansträngningen att förbättra identifieringen av rymdobjekt med ljuskurvor. (Upptäckten citeras till och med i Wikipedia-inlägget för WT1190F.)

"Det spelar roll när vi med 80% säkerhet kan säga vad ett objekt är, även om det kan vara extremt svårt att få det svaret. Det skulle vara mycket mindre användbart, men lättare, att ge hundra olika svar på vad ett föremål är, allt med cirka 1% sannolikhet, sa Frueh.

Fruehs labb arbetar med att förbättra sannolikheten för att en ljuskurva framgångsrikt identifierar och karakteriserar både enkla och komplexa rymdobjekt.

Målet är att om fem till tio år tekniken kunde inte bara på ett tillförlitligt sätt hjälpa en satellitoperatör, men ger också fullforms- och rotationsmodeller även när ingen information eller gissningar om objektet finns tillgängliga. Dessa modeller skulle tydligare visa de olika ytmaterialen och skarpa kanterna på satelliter, gör dem lättare att identifiera.

Med finansiering från Air Force Office of Scientific Research, Frueh utvecklar sätt att använda ljuskurvor för att öka kunskapen om mänskligt skapade objekt i avsaknad av information från en satellitoperatör.

Information som ljuskurvor ger om satelliter kan också förbättra hur de är utformade i framtiden. Fruehs labb har identifierat objekt som kretsar runt jorden som verkar vara guldfolien från satelliter som flagnar av med tiden. Dessa flingor kan farligt skapa små föremål som är svåra att spåra.

"Hela idén är att förbättra rymdsituationsmedvetenheten, sa Frueh.