Sensor til at overvåge orbitalt affald uden for rumstationen

Den Internationale Rumstation er ikke det eneste rumfartøj, der kredser om Jorden. Faktisk, det er ledsaget af Hubble-rumteleskopet, satellitter i jordobservationssystemet, og mere end 1, 000 andre operationelle rumfartøjer og CubeSats. Ud over rumfartøjer, stumper af kredsløbsrester - menneskeskabte genstande, der ikke længere tjener et formål i rummet - er også i kredsløb.

Med en estimeret mere end 100 millioner stykker af baneaffald, der måler mindre end en centimeter i øjeblikket i Jordens kredsløb, de kan være for små til at spore, men mange er store nok til at forårsage skade på operationelle rumfartøjer.

Rumstationen har orbitale affaldsskjolde på plads for at beskytte mod affald, der er mindre end 1,5 centimeter store. Større affaldsstykker spores af jordkontrol, og om nødvendigt, rumstationens thrustere kan bruges til sikkert at flytte stationen væk fra affaldet.

Space Debris Sensor (SDS) vil overvåge småaffaldsmiljøet omkring rumstationen i to til tre år, optagelse af forekomster af affald mellem størrelserne 0,05 mm til 0,5 mm. Objekter større end 3 mm overvåges fra jorden. Det vil starte til station i bagagerummet på en SpaceX Dragon under en genopfyldningsmission tidligst den 12. december.

Orbital-rester så små som 0,3 mm kan udgøre en fare for menneskelig rumflyvning og robotmissioner.

"Så lille affald har potentiale til at beskadige udsatte termiske beskyttelsessystemer, rumdragter, vinduer og uafskærmet følsomt udstyr, " sagde Joseph Hamilton, projektets hovedefterforsker. "På rumstationen, det kan skabe skarpe kanter på håndtag langs rumvandreres vej, hvilket også kan forårsage skade på dragterne."

Når det først er monteret på ydersiden af ​​Columbus-modulet ombord på rumstationen, sensoren vil give næsten-real-tids effektdetektering og optagelsesmuligheder.

Ved hjælp af et tre-lags akustisk system, SDS karakteriserer størrelsen, hastighed, retning og tæthed af disse små partikler. De første to lag er beregnet til at blive gennemtrængt af affaldet. Dette dobbelt-film system giver tid, affaldets placering og hastighed, mens det sidste lag - en Lexan backstop - giver objektets tæthed.

Det første og andet lag af SDS er identiske, udstyret med akustiske sensorer og 0,075 mm brede resistive linjer. Hvis et stykke affald beskadiger det første lag, den skærer gennem en eller flere af de resistive linjer, før den støder og går gennem det andet lag. Endelig, affaldet rammer tilbageløbspladen.

Selvom bagstopperen ikke vil blive brugt til at returnere nogen af ​​de indsamlede prøver, kombineret med de to første lag, det giver forskerne værdifulde data om det affald, der påvirker SDS'et, mens det er i kredsløb.

"Tilløbsspærren har sensorer til at måle, hvor hårdt den er ramt for at estimere den kinetiske energi af det stødende objekt, " sagde Hamilton. "Ved at kombinere dette med hastigheds- og størrelsesmålinger fra de første to lag, vi håber at kunne beregne tætheden af ​​objektet."

De akustiske sensorer inden for de første to lag måler anslagstiden og placeringen ved hjælp af en simpel trianguleringsalgoritme. Endelig, ved at kombinere kollisionstidspunkt og lokaliseringsdata giver stød- og retningsmålinger af affaldet.

Data indsamlet under SDS-undersøgelsen vil hjælpe forskerne med at kortlægge hele kredsløbsresterpopulationen og planlægge fremtidige sensorer ud over rumstationen og lavt kredsløb om Jorden, hvor risikoen for skade fra orbitalaffald er endnu højere for rumfartøjer.

"Det orbitale affaldsmiljø ændrer sig konstant og skal løbende overvåges, " sagde Hamilton. "Mens den øvre atmosfære får affald i lave baner til at henfalde, nye opsendelser og nye begivenheder i rummet vil øge befolkningen."