С 1960-х годов НАСА и другие космические агентства отправляют на орбиту все больше и больше материалов. Между проведенными стадиями ракет, отработавших ускорителей и спутников, которые с тех пор стали неактивными, не было недостатка в искусственных объектах, плавающих там. Со временем это создало значительную (и растущую) проблему космического мусора, которая представляет серьезную угрозу для Международной космической станции (МКС), активных спутников и космических аппаратов.
В то время как крупные частицы мусора - от 5 см (2 дюймов) до 1 метра (1,09 ярда) в диаметре - регулярно отслеживаются НАСА и другими космическими агентствами, более мелкие фрагменты не обнаруживаются. В сочетании с тем, насколько распространены эти мелкие осколки, это делает объекты размером около 1 миллиметра серьезной угрозой. Для решения этой проблемы МКС использует новый прибор, известный как датчик космического мусора (SDS).
Этот калиброванный датчик удара, который установлен на внешней стороне станции, отслеживает удары, вызванные мелким космическим мусором. Датчик был включен в МКС еще в сентябре, где он будет отслеживать воздействия в течение следующих двух-трех лет. Эта информация будет использоваться для измерения и характеристики орбитальной среды космического мусора и поможет космическим агентствам разработать дополнительные контрмеры.
Измеряя около 1 квадратного метра (~ 10,76 фут²), SDS устанавливается на внешнем участке полезной нагрузки, который обращен к вектору скорости МКС. Датчик состоит из тонкого переднего слоя Kapton - полиимидной пленки, которая остается стабильной при экстремальных температурах - за ним следует второй слой, расположенный за 15 см (5,9 дюйма) позади него. Этот второй слой Kapton оборудован акустическими датчиками и сеткой резистивных проводов, за которыми следует встроенный датчик обратного упора.
Эта конфигурация позволяет датчику измерять размер, скорость, направление, время и энергию любого небольшого мусора, с которым он вступает в контакт. В то время как акустические датчики измеряют время и местоположение проникающего удара, сетка измеряет изменения в сопротивлении, чтобы обеспечить оценки размера ударного элемента. Датчики в задней части также измеряют отверстие, созданное ударником, которое используется для определения скорости ударника.
Эти данные затем изучаются учеными на испытательном стенде White Sands в Нью-Мексико и в Университете Кента в Великобритании, где испытания на гиперскорость проводятся в контролируемых условиях. Как сказал в интервью журналу Space Magazine доктор Марк Бурчелл, один из со-исследователей и сотрудников SDS из Кентского университета:
«Идея - это многослойное устройство. Вы получаете время, когда вы проходите через каждый слой. Триангулируя сигналы в слое, вы получаете положение в этом слое. Таким образом, два раза и позиции дают скорость ... Если вы знаете скорость и направление, вы можете получить орбиту пыли, и это может сказать вам, вероятно, она идет из глубокого космоса (естественная пыль) или находится на аналогичной земной орбите со спутниками, так что это, вероятно, мусор. Все это в режиме реального времени, поскольку это электронное ».
Эти данные повысят безопасность на борту МКС, позволив ученым отслеживать риски столкновений и получать более точные оценки того, как мелкий мусор существует в космосе. Как уже отмечалось, крупные частицы мусора на орбите регулярно контролируются. Они состоят из примерно 20 000 объектов размером с бейсбольный мяч и еще 50 000 объектов размером с мрамор.
Однако SDS ориентирован на объекты диаметром от 50 микрон до 1 миллиметра, число которых исчисляется миллионами. Хотя эти объекты крошечные, тот факт, что эти объекты движутся со скоростью более 28 000 км / ч (17 500 миль в час), означает, что они все еще могут нанести значительный ущерб спутникам и космическим кораблям. Будучи в состоянии понять эти объекты и то, как их население меняется в режиме реального времени, НАСА сможет определить, обостряется ли проблема орбитального мусора.
Знание того, на что похожа ситуация с обломками, также является неотъемлемой частью поиска путей ее смягчения. Это пригодится не только для операций на борту МКС, но и в ближайшие годы, когда система космического запуска (SLS) и капсула Orion выйдут в космос. Как добавил Берчелл, знание того, насколько вероятны столкновения и какие повреждения они могут нанести, поможет проинформировать конструкцию космического корабля, особенно в том, что касается экранирования.
«[Теперь] вы знаете, какую опасность вы можете скорректировать в будущих миссиях, чтобы защитить их от ударов, или вы более убедительны, когда говорите производителям спутников, что в будущем они должны создавать меньше мусора», - сказал он. «Или вы знаете, действительно ли вам нужно избавиться от старых спутников / мусора до того, как он разрушится и начнет поливать земную орбиту мелким мусором».
Д-р Джер Чи Лиу, помимо того, что он является со-следователем по SDS, также является главным научным сотрудником НАСА по изучению орбитального мусора и руководителем программы для офиса программы по наблюдению за орбитальным мусором в Космическом центре Джонсона. Как он объяснил журналу Space по электронной почте:
«Объекты орбитального мусора миллиметрового размера представляют собой высокий риск проникновения для большинства действующих космических аппаратов на низкой околоземной орбите (LEO). Миссия SDS будет служить двум целям. Во-первых, SDS будет собирать полезные данные о небольших обломках на высоте МКС. Во-вторых, миссия продемонстрирует возможности SDS и позволит НАСА искать возможности миссии для сбора данных прямых измерений обломков миллиметрового размера на более высоких высотах LEO в будущем - данных, которые будут необходимы для надежной оценки риска воздействия орбитального мусора и стоимости. -эффективные меры по смягчению для лучшей защиты будущих космических миссий в LEO ».
Результаты этого эксперимента основаны на предыдущей информации, полученной по программе «Спейс шаттл». Когда шаттлы вернулись на Землю, команды инженеров осмотрели оборудование, которое подверглось столкновениям, чтобы определить размер и скорость удара обломков. SDS также проверяет жизнеспособность технологии датчика удара для будущих миссий на больших высотах, где риски от мусора до космического корабля выше, чем на высоте МКС.
