Gearing op for at spore pladsaffald

Pladsen fyldes op med uønsket. "Det er ikke sådan, at der er en storm af metal, og hvis du begiver dig ud i rummet, bliver du klumpet, "siger professor Russell Boyce, Formand for rumteknik ved UNSW Canberra. "Men risikoen for sammenstød stiger."

US Air Force Space Command sporer mere end 20, 000 stykker affald større end 10 centimeter brede.

Efterhånden som sensorer forbedres, Boyce formoder, at antallet kan nå mere end en halv million.

Resterne af gamle satellitter og rumfartøjer, disse metalfragmenter karriere blindt i kredsløb med en blærende 7,5 kilometer i sekundet. Virkninger ved disse hypervelocitetshastigheder ville ikke kun gøre vitale rumaktiver uopretteligt beskadiget, de kunne udløse en dominoeffekt af ødelæggelse kaldet Kesslers syndrom.

I dette scenario, hver kollision ville skabe mere affald, forårsager stadig flere kollisioner, indtil rummiljøet ligner et minefelt, off grænser for menneskelig aktivitet i årtier eller længere.

For at undgå denne katastrofe, forskere rundt om i verden arbejder på at forbedre vores evner inden for rumsituationsbevidsthed (SSA). Det er, evnen til at se og præcist forudsige adfærd for objekter, der kredser om jorden.

UNSW Canberra har investeret 10 millioner dollars over fem år for at etablere grundlaget for et næste generations australske rumprogram. Boyce er dens leder og siger, at programmet allerede vender hjerneflugt i F &U -rum, der har plaget Australien i årtier.

Programmet har for nylig sikret mere end $ 562, 000 fra ACT -regeringen under finansieringsprogrammet Key Capability Area Funding for at bygge ny infrastruktur; er på vej til at underskrive en kontrakt på 10 millioner dollar med forsvarsministeriet; og udvikler hurtigt evnen til at designe, bygge og flyve små satellitter med "forstyrrende" nyttelast. Hver vil opfylde strategiske nationale prioriteter og have specifikke mål, der opfylder nationale behov - lige fra overvågning af klimaændringer til sikring af kvantekommunikation og SSA.

På trods af internationale bestræbelser på at spore affald, der er stadig betydelige huller i vores forståelse af, hvordan disse objekter opfører sig i rummet. Afhængigt af objektets størrelse eller form, sporingssystemer har muligvis kun "øjne" på det i sekunder ad gangen, siger Boyce. Jobbet er derefter at forudsige kredsløbet og generhverve objektet ned ad sporet.

"Men usikkerheden ved at forudsige banerne er signifikant. Objekter kan køre sidelæns og op og ned med kilometer hver dag, "siger han. I den sjældne atmosfære af lav jordbane - højder mellem omkring 300 og 2, 000 kilometer - rumgenstande slår ind i forskellige molekyler, atomer og ioner, med den effekt, der bygger op til at forårsage betydelige kursafvigelser.

"Det videnskabelige samfund forudsiger indflydelsen af ​​disse virkninger ganske dårligt, "siger Boyce, og resultatet er, at baner og mulige kollisioner også forudsiges dårligt. Det er når affald udgør den største risiko, da landmålere ikke er i stand til at advare satellitoperatører med nogen sikkerhed, hvis deres rumfartøjer er i skudlinjen.

Boyce og hans team vil fjerne gætterierne. De har bygget en kode til at modellere de kræfter, ladede ioner udøver på rumgenstande. "Den normale antagelse er, at ladede partikler har nøjagtig den samme effekt som neutrale partikler som atomer og molekyler ved at forårsage træk, "siger Boyce.

”Men det er slet ikke sandt.

"Vi begynder at åbne et nyt felt inden for flowfysik, og for at vise nogle af de mulige kilder til uregelmæssig adfærd, som ingen har kunnet forklare før. "Med en flåde af små rumfartøjer snart under sin kommando, teamet vil kunne få "reelle valideringsdata i kredsløb".

Ejendomsretten

Australien er kritisk afhængig af data fra rummet, for alt fra national sikkerhed og katastrofehåndtering, til miljøovervågning og ressourcekortlægning, alligevel har den ikke suverænitet over at indhente disse data, siger Boyce.

"Australien ses i stigende grad som freeloading i den internationale sektor, "siger han." Vi får alle vores data mere eller mindre gratis, og det har været en glad situation for os. Men det er langsomt ved at være slut. "

En kapacitet i hjemmet, Boyce siger, kunne åbne muligheder for Australien for at fange en del af det eksploderende rummarked, som genererede en anslået verdensomspændende omsætning på 300 milliarder dollars i 2014, ifølge en rapport fra Space Foundation.

Vågner fra en periode med relativ passivitet, forbundsregeringen - i slutningen af ​​2015 - opfordrede til en revision af lov om rumaktiviteter, og er begyndt at fjerne lovgivningsmæssige forhindringer, der forhindrede australske enheder i at opsende satellitter og operere i rummet. En af de første støttemodtagere var en STEM-uddannelse, der hedder Cuberider, medstifter af UNSW ingeniørstuderende Solange Cunin. I december, det lancerede landets første nyttelast til den internationale rumstation.

"I løbet af de sidste par år har den nationale samtale i Australien om rummet har ændret sig fuldstændigt, "siger professor Michael Frater, UNSW Canberra -rektor. "Det vi ser nu, i hele regeringen, er en forståelse af, at det er kritisk vigtigt for Australien at operere i rummet, både fra et sikkerhedsmæssigt synspunkt og økonomisk. Det tager vi lidt af æren for.

"Vi ønsker, at Australien skal have en virkelig levende rumindustri, der omfatter betydelige aktiviteter i rummet, og vi vil have en ledende rolle i at få det til at ske."

To år ind i femårsplanen, initiativet ligger forud for planen. Boyce siger:"Vi har nu den største pladskapacitet på ethvert universitet i landet, og det største rumhold ", herunder en håndfuld hjemmelavede rumforskere og ingeniører hentet tilbage fra udlandet. "Jeg vil sige, at det er den mest omfattende samling af rumtalenter i Australien til rummissioner, udvikling og drift. "

Dr. Tony Lindsay, der arbejdede med gruppen Defence Science and Technology (DST) i 28 år og nu er direktør for Lockheed Martins STELaRLab, siger Boyce og lederteamet på UNSW Canberra har demonstreret, at de forstår paradigmeskiftet i mulighederne for Australien, som frembringes ved fremkomsten af ​​små satellitter.

"Deres største dyd er, at de har været afgørende. De indså, at verden forandrede sig, at Australien havde et betydeligt niveau af latent kapacitet i området, og de har bevæget sig hurtigt for at indtage en ledende position inden for samfundet. De samarbejdede tidligt for at drage fordel af Defence's eksisterende programmer, og demonstrerede, at de kunne sammensætte et kvalitetshold på kort tid. "

Forstyrrende evner

Otte rumfartøjer er i øjeblikket planlagt gennem UNSW Canberra Space, med fem fuldt finansierede. Den første, sat til at flyve i midten af ​​2017, er en del af Buccaneer Programmet med DST Group. Ud over at forbedre SSA -mulighederne, denne lille satellit vil udføre kalibreringsforsøg for Australiens verdensførende, over-horisont Jindalee Operational Radar Network (JORN) fra lav jordbane.

Tre rumfartøjer er planlagt med Royal Australian Air Force (RAAF), og en anden med Storbritanniens RAL -rum, der vil bruge specielle lasersensorer til at detektere metanindhold i den øvre atmosfære, giver værdifulde bidrag til klimavidenskaben.

En udvikling, Boyce og hans team er meget begejstrede for, er deres køreplan for at lancere satellitter udstyret med australsk-udviklede kvante-teknologier. Disse inkluderer koldatomsensorer til ultrapræcise målinger af tid, positionering, acceleration og tyngdekraft, i udvikling ved Australian National University (ANU), og kvantekommunikationsteknologier, som videresender ultrasikker information via lys, enten mellem satellitter i rummet, eller mellem satellitter og jordstationer.

Fase et er et 'stifinderprojekt' med National University of Singapore, som allerede har pladsklar kvantehardware, siger Boyce.

"Sammen lægger vi op til at være de første til at demonstrere i kredsløb, udveksling af kvantekrypteret information fra et rumfartøj til et andet, og for at se, hvor langt fra hinanden vi kan få rumfartøjet og stadig bevare det sikre link. "Afventer den næsten færdige forundersøgelse, og derefter sikre finansiering, missionen kunne flyve i 2019.

Ud over de planlagte missioner, UNSW Canberra har lanceret to nye grader, en Master of Space Engineering og en Master i Space Operations. Det udvikler en jordstation til afsendelse og modtagelse af kvantekrypteret kommunikation, og bygger et topmoderne designfacilitet for rummissioner. Dette vil effektivisere missioner, og fungere som et uddannelsesnav for partnere fra industrien, regering og forskningsinstitutter.

"Vi vil være vært for et nationalt anlæg, i forenden af, forhåbentlig, hver rummission, Australien udfører, "siger Boyce." Det sætter UNSW i en meget strategisk position. "

Vejen til Canberra

Himlen vinkede altid til Boyce. Vokser op i Papua Ny Guinea og Sydney, han drømte om at blive en RAAF -pilot.

Da flyvende kampfly var uden for rækkevidde, Boyce tog en Bachelor of Science på ANU, tjene universitetsmedalje i fysik. Han blev ved med at færdiggøre en ph.d. i hypersonik - videnskaben om luft og rumfartøjer, der rejser betydeligt hurtigere end lyd, ved hastigheder over Mach 5.

Hans første akademiske stilling var på UNSW Canberra fra 2001, og han pressede på noget flyvetræning, komme til det punkt at flyve solo. Han siger, at oplevelsen gav ham "street cred, da han underviste i aerodynamik til ADFA's top gun cohort."

Efter næsten syv år i UNSW Canberra, Boyce tiltrådte formanden for hypersonik ved University of Queensland, hvor han til sidst ville blive direktør for SCRAMSPACE, universitetets $ 14 millioner internationale program til at bygge og testflyve en hypersonisk scramjet-motor.

Det var en banebrydende, endnu et skæbnesvangert projekt. Scramjet-nyttelasten blev lanceret fra en norsk raketbane i polarcirklen i september 2013. Næsten umiddelbart efter start, Boyce vidste, at der var noget galt. Raketten skulle transportere scramjeten i 350 kilometers højde, hvor den ville begynde sin nedstigning. Men på kun 1, 500 meter begyndte raketten at vakle voldsomt, blødning af en spiral af hvid røg.

"Da jeg kiggede op, kunne jeg kun se dette proptrækkermønster, og jeg vidste med det samme, at flyvningen var slut, "siger Boyce. Minutter senere, scramjet nyttelast tog en nosedive ned i det kolde hav, kun få kilometer fra affyringsområdet.

Teamet lærte i kølvandet på, at deres testflyvning blev kapret af en defekt motor i en af ​​raketterne. Scramjet var klar til at flyve, fremgår af de data, den indsamlede, men et slag uheld uden for holdets kontrol betød, at det aldrig var i stand til at ramme maksimal hastighed.

Et par måneder før lanceringen, Boyce havde deltaget i en workshop som formand for Australian Academy of Science National Committee for Space and Radio Science. Hovedtaleren var missionens leder for SSA med US Air Force Research Laboratory.

Han fremførte, at den uregelmæssige opførsel af rumrester var en af ​​de store udfordringer, brugen af ​​rummet står over for, og krævede, at folk "steg op" for at udtænke en "high-fidelity, fysikbaseret "løsning.

"Jeg fandt ud af, at jeg indså, at det er præcis, hvad jeg gør med hypersonik - det er bare med højere hastigheder og højere højder, "husker Boyce, som derefter ansøgte om formand for rumteknik ved UNSW Canberra og blev ansat til at starte kort efter SCRAMSPACE.

For Frater, Boyce var et oplagt valg:"At lede et program som dette, du har brug for nogen, der leder i forhold til den forskning, de laver, men er også i stand til at opbygge de netværk, der kræves for at gøre noget stort og ambitiøst, "siger Frater." Russell er den absolutte ideelle person til at lede teamet. "

En bæredygtig rumindustri

Der kører meget på Boyces skuldre, men han har kun garanteret finansiering til 2019. Udover det, han skal sikre sig, at UNSW Canberra Space er selvbærende.

10 millioner dollar fra forsvaret er opmuntrende, og flere kontrakter kan være på vej, men der er en delikat balance at finde. Mens han fokuserer på strategiske partnerskaber, Boyce ønsker ikke, at hans team fungerer som et konsulentfirma og risikerer at miste intellektuel ejendomsret.

"Vi spiller mere et langt spil, så vi kan ende med at blive mere lige partnere i rummissioner, snarere end at fodre fra resterne fra bordet, "siger han." Det her handler om mere end bare UNSW Canberra eller en hvilken som helst mission, "siger han." Det handler om at opbygge en bæredygtig indenlandsk rumkapacitet, at kunne gøre det med vores egne hænder, frem for at overlade det til andre. "

Det er på tide.

Overbevisende vision

Eksil er ikke et ord, man ofte hører i forbindelse med universitetsuddannelse, men det er præcis mærket, som rumsystemingeniør Douglas Griffin, rumfartsprogramchefen hos UNSW Canberra, fandt sig selv mærket med efter sin ph.d. i hypersonik i 1995.

Efter at have modtaget sin doktorgrad fra University of Queensland blev Dr. Griffin fortalt af sin vejleder, den fremtrædende professor Ray Stalker, at hvis han "ville blive i højteknologi, måtte han tage til udlandet".

"Han brugte faktisk udtrykket 'selvpålagt eksil'-fordi der ikke var noget for mig i Australien, "Husker Griffin. Med sine seværdigheder rettet mod rummet, han tog til Europa og tilbragte tre år i Italien på et regeringslaboratorium og privat firma, nu ejet af Thales.

I 2001 flyttede han til Rutherford Appleton Laboratory (RAL Space) i Storbritannien, hvor han ledede udviklingen af ​​kameraer til European Space Agency's største astronomiske rumteleskop, og for agenturets Solar Orbiter, som vil komme inde i banerne på Merkur og Venus for at tage nogle af de mest detaljerede billeder af Solen.

Det var noget af et "karrierespil" at vende tilbage til Australien, hvor "rummet ikke havde eksisteret", men han blev tvunget af "den vision, Boyce malede".

"Det er ikke bare legetøjsmissioner, gjort for at bygge et rumfartøj, "siger han." Det er rigtige rummissioner med interessante mål. "

"Russell er et stort billede - det han gør så godt, er at inspirere en vision og kommunikere den med mennesker, og han får dem til at købe sig ind i det. Det er en af ​​hans styrker. "