Rumstationen får en ny gadget til at opdage rumaffald

Siden 1960'erne, NASA og andre rumbureauer har sendt flere og flere ting i kredsløb. Mellem de brugte stadier af raketter, brugte boostere, og satellitter, der siden er blevet inaktive, der har ikke været mangel på kunstige genstande, der flyder deroppe. Over tid, dette har skabt det betydelige (og voksende) problem med rumaffald, som udgør en alvorlig trussel mod den internationale rumstation (ISS), aktive satellitter og rumfartøjer.

Mens de større stykker affald – lige fra 5 cm (2 tommer) til 1 meter (1,09 yards) i diameter – overvåges regelmæssigt af NASA og andre rumbureauer, de mindre stykker er uopdagelige. Kombineret med hvor almindelige disse små stykker affald er, dette gør objekter, der måler omkring 1 millimeter i størrelse, til en alvorlig trussel. For at løse dette, ISS er afhængig af et nyt instrument kendt som Space Debris Sensor (SDS).

Denne kalibrerede stødsensor, som er monteret på ydersiden af ​​stationen, overvåger påvirkninger forårsaget af småskala rumaffald. Sensoren blev indbygget i ISS tilbage i september, hvor den vil overvåge virkningerne i de næste to til tre år. Disse oplysninger vil blive brugt til at måle og karakterisere det orbitale affaldsmiljø og hjælpe rumorganisationer med at udvikle yderligere modforanstaltninger.

Måler omkring 1 kvadratmeter (~10,76 ft²), SDS'en er monteret på et eksternt nyttelaststed, som vender mod ISS'ens hastighedsvektor. Sensoren består af et tyndt forreste lag af Kapton - en polyimidfilm, der forbliver stabil ved ekstreme temperaturer - efterfulgt af et andet lag placeret 15 cm (5,9 tommer) bag den. Dette andet Kapton-lag er udstyret med akustiske sensorer og et gitter af resistive ledninger, efterfulgt af en sensor-indlejret tilbageløbsspærre.

Denne konfiguration gør det muligt for sensoren at måle størrelsen, hastighed, retning, tid, og energien af ​​småt affald, det kommer i kontakt med. Mens de akustiske sensorer måler tid og sted for et gennemtrængende stød, gitteret måler ændringer i modstand for at give størrelsesestimater af slaglegemet. Sensorerne i tilbageløbsspærren måler også hullet skabt af en slaganordning, som bruges til at bestemme slaglegemets hastighed.

Disse data undersøges derefter af forskere ved White Sands Test Facility i New Mexico og ved University of Kent i Storbritannien, hvor hyperhastighedstest udføres under kontrollerede forhold. Som Dr. Mark Burchell, en af ​​medforskerne og samarbejdspartnerne på SDS fra University of Kent, fortalte Universe Today via e-mail:

"Ideen er en flerlags enhed. Du får en tid, når du passerer gennem hvert lag. Ved at triangulere signaler i et lag får du position i det lag. Så to tider og positioner giver en hastighed... Hvis du kender hastigheden og retningen du kan få støvets kredsløb, og det kan fortælle dig, om det sandsynligvis kommer fra det dybe rum (naturligt støv) eller er i en lignende kredsløb om jorden som satellitter, så er det sandsynligvis affald. Alt dette i realtid, da det er elektronisk."

Disse data vil forbedre sikkerheden ombord på ISS ved at give videnskabsfolk mulighed for at overvåge risikoen for kollisioner og generere mere nøjagtige estimater af, hvordan småskala affald findes i rummet. Som nævnt, de større stykker affald i kredsløb overvåges regelmæssigt. Disse består af de omkring 20, 000 genstande, der er omtrent på størrelse med en baseball, og yderligere 50, 000, der er på størrelse med en marmor.

Imidlertid, SDS er fokuseret på objekter, der er mellem 50 mikron og 1 millimeter i diameter, som tæller i millioner. Skønt lille, det faktum, at disse objekter bevæger sig med hastigheder på over 28, 000 km/t (17, 500 mph) betyder, at de stadig kan forårsage betydelig skade på satellitter og rumfartøjer. Ved at være i stand til at få en fornemmelse af disse objekter og hvordan deres befolkning ændrer sig i realtid, NASA vil være i stand til at afgøre, om problemet med orbitalaffald bliver værre.

At vide, hvordan affaldssituationen er deroppe, er også iboende for at finde måder at afbøde den på. Dette vil ikke kun være nyttigt, når det kommer til operationer på ISS, men i de kommende år, når Space Launch System (SLS) og Orion-kapslen tager til rummet. Som Burchell tilføjede, at vide, hvor sandsynlige kollisioner vil være, og hvilken slags skade de kan forårsage, vil hjælpe med at informere rumfartøjsdesign - især når det drejer sig om afskærmning.

"[Når du kender faren, kan du justere designet af fremtidige missioner for at beskytte dem mod påvirkninger, eller du er mere overbevisende, når du fortæller satellitproducenter, at de skal skabe mindre affald i fremtiden, " sagde han. "Eller du ved, om du virkelig har brug for at komme af med gamle satellitter/skrammel, før det går i stykker og bruser i kredsløb om jorden med små mm-skala affald."

Dr. Jer Chyi Liou, ud over at være medundersøger på SDS, er også NASA Chief Scientist for Orbital Debris og Program Manager for Orbital Debris Program Office på Johnson Space Center. Som han forklarede til Universe Today via e-mail:

"De millimeterstore orbitale affaldsobjekter repræsenterer den højeste penetrationsrisiko for størstedelen af ​​operationelle rumfartøjer i lav kredsløb om jorden (LEO). SDS-missionen vil tjene to formål. For det første, SDS vil indsamle nyttige data om små snavs i ISS højden. Sekund, Missionen vil demonstrere SDS'ens muligheder og gøre det muligt for NASA at søge missionsmuligheder for at indsamle direkte måledata om millimeterstore affald i højere LEO-højder i fremtiden – data, der vil være nødvendige for pålidelige risikovurderinger af orbitale affaldspåvirkninger og omkostningseffektive afbødende foranstaltninger for bedre at beskytte fremtidige rummissioner i LEO."

Resultaterne fra dette eksperiment bygger på tidligere information opnået af rumfærgeprogrammet. Da skyttelerne vendte tilbage til Jorden, teams af ingeniører inspicerede hardware, der gennemgik kollisioner for at bestemme størrelsen og anslagshastigheden af ​​affald. SDS validerer også levedygtigheden af ​​effektsensorteknologi til fremtidige missioner i større højder, hvor risici fra affald til rumfartøjer er større end i ISS-højden.