От 60-те години НАСА и други космически агенции изпращат все повече и повече неща в орбита. Между отработените етапи на ракети, отработени бустери и сателити, които оттогава стават неактивни, не е имало недостиг на изкуствени предмети, плаващи там. С течение на времето това създаде значителния (и нарастващ) проблем с космическите отломки, който представлява сериозна заплаха за Международната космическа станция (МКС), активните спътници и космически кораби.
Докато по-големите парчета отломки - с диаметър от 5 см (1 инча) до 1 метър (1,09 ярда) - редовно се наблюдават от НАСА и други космически агенции, по-малките парчета не могат да бъдат открити. В комбинация с това колко често са тези малки парченца отломки, това прави предметите с размери около 1 милиметър сериозна заплаха. За да се справи с това, МКС разчита на нов инструмент, известен като сензор за космически отломки (SDS).
Този калибриран сензор за удар, който е монтиран от външната страна на станцията, следи въздействията, причинени от дребни космически отломки. Сензорът беше включен в МКС още през септември, където ще следи въздействията през следващите две до три години. Тази информация ще бъде използвана за измерване и охарактеризиране на орбиталната среда за отломки и за подпомагане на космическите агенции да разработят допълнителни мерки за противодействие.
Измервайки около 1 квадратен метър (~ 10,76 ft²), SDS е монтиран на външна площадка за полезен товар, която е изправена пред вектора на скоростта на МКС. Сензорът се състои от тънък преден слой от Kapton - полиимиден филм, който остава стабилен при екстремни температури - последван от втори слой, разположен на 15 см (5,9 инча) зад него. Този втори слой Kapton е оборудван с акустични сензори и мрежа от резистивни проводници, последван от сензорно вграден заден стоп.
Тази конфигурация позволява на сензора да измерва размера, скоростта, посоката, времето и енергията на всички малки отломки, с които влиза в контакт. Докато акустичните сензори измерват времето и мястото на проникващо въздействие, решетката измерва промените в съпротивлението, за да предостави оценка на размера на удрящия елемент. Сензорите в задната спирка също измерват отвора, създаден от удар, който се използва за определяне на скоростта на удрящия елемент.
След това тези данни се изследват от учени в тестовата база "Бели пясъци" в Ню Мексико и в Университета в Кент във Великобритания, където тестовете за хипервластност се провеждат при контролирани условия. Както каза д-р Марк Бърчъл, един от съ-изследователите и сътрудниците на SDS от университета в Кент, казва пред сп. Space Magazine по имейл:
„Идеята е многослойно устройство. Получавате време, докато преминавате през всеки слой. Чрез триъгълни сигнали в слой получавате позиция в този слой. И така два пъти и позициите дават скорост ... Ако знаете скоростта и посоката, можете да получите орбитата на праха и това може да ви каже дали вероятно идва от космоса (естествен прах) или е на подобна земна орбита като сателити, така че вероятно е отломки. Всичко това в реално време, тъй като е електронно. “
Тези данни ще подобрят безопасността на борда на МКС, като позволяват на учените да наблюдават рисковете от сблъсъци и да генерират по-точни оценки за съществуването на дребномащабни отпадъци в космоса. Както бе отбелязано, по-големите парчета отломки в орбита се наблюдават редовно. Те се състоят от приблизително 20 000 обекта, които са с размерите на бейзбол, и допълнителни 50 000, които са с размерите на мрамор.
Въпреки това, SDS е фокусиран върху обекти с диаметър между 50 микрона и 1 милиметър, които се числят в милиони. Макар и мъничък, фактът, че тези обекти се движат със скорост над 28 000 км / ч (17 500 мили / ч), означава, че те все още могат да причинят значителни щети на спътниците и космическите кораби. Като може да придобие представа за тези обекти и как се променя популацията им в реално време, НАСА ще може да определи дали проблемът с орбиталните отломки се задълбочава.
Знаейки каква е ситуацията с остатъците, там също е присъщо да се намерят начини за нейното смекчаване. Това ще бъде полезно не само когато става въпрос за операции на МКС, но и през следващите години, когато системата за изстрелване на космически кораби (SLS) и капсулата Орион излязат в космоса. Както добави Бърчъл, знанието колко вероятни ще бъдат сблъсъците и какви видове щети могат да причинят, ще помогне за информирането на дизайна на космическите кораби - особено когато става въпрос за екраниране.
„[O] тъй като знаете каква опасност можете да коригирате дизайна на бъдещите мисии, за да ги предпазите от въздействия, или сте по-убеждаващи, когато казвате на производителите на сателити, че в бъдеще трябва да създават по-малко отломки“, каза той. „Или знаете дали наистина трябва да се отървете от стари спътници / боклуци, преди да се разпадне и да покаже земна орбита с малки развалини от мащаб.“
Д-р Джер Chyi Liou, освен че е съ-изследовател на SDS, е и главният учен на НАСА за орбитални отломки и програмен мениджър за програмния офис за орбитални отломки в космическия център на Джонсън. Както той обясни пред Space Magazine по имейл:
„Предметът на орбиталните отломки с милиметър представлява най-висок риск от проникване до голяма част от експлоатационните космически кораби в ниска земна орбита (LEO). Мисията на SDS ще служи на две цели. Първо, SDS ще събира полезни данни за малки отломки на височината на МКС. Второ, мисията ще демонстрира възможностите на SDS и ще позволи на НАСА да потърси възможности за мисия за събиране на данни за директни измервания на отломки с милиметър на по-големи височини на LEO в бъдеще - данни, които ще са необходими за надеждни оценки на риска от въздействия на орбитални отпадъци и разходи -ефективни мерки за смекчаване за по-добра защита на бъдещите космически мисии в LEO. “
Резултатите от този експеримент се основават на предишна информация, получена от програмата Space Shuttle. Когато совалките се върнаха на Земята, екипи от инженери провериха хардуер, който претърпя сблъсък, за да определи размера и скоростта на удара на отломки. SDS също така утвърждава жизнеспособността на технологията на сензорите за удар за бъдещи мисии на по-голяма надморска височина, където рисковете от отломки за космически кораби са по-големи, отколкото на височината на МКС.
