Siden 1960-tallet har NASA og andre romfartsorganisasjoner sendt flere og flere ting i bane. Mellom de brukte stadiene av raketter, brukte boosters og satellitter som siden har blitt inaktive, har det ikke vært mangel på kunstige gjenstander som flyter der oppe. Over tid har dette skapt det betydelige (og voksende) problemet med romrester, som utgjør en alvorlig trussel mot den internasjonale romstasjonen (ISS), aktive satellitter og romfartøyer.
Mens de større delene av avfall - fra 5 cm (1 tommer) til 1 meter (1,09 meter) i diameter - overvåkes regelmessig av NASA og andre romfartsorganer, kan de mindre bitene ikke oppdages. Kombinert med hvor vanlige disse små bitene av rusk er, gjør dette gjenstander som måler omtrent 1 millimeter til en alvorlig trussel. For å løse dette, er ISS avhengig av et nytt instrument kjent som Space Debris Sensor (SDS).
Denne kalibrerte støtsensoren, som er montert på utsiden av stasjonen, overvåker påvirkninger forårsaket av småskala plassrester. Sensoren ble integrert i ISS allerede i september, hvor den vil overvåke påvirkningene de neste to til tre årene. Denne informasjonen vil bli brukt til å måle og karakterisere omløpsmassene og hjelpe romfartsorganer med å utvikle ytterligere mottiltak.
Målingen er ca. 1 kvadratmeter, og SDS er montert på et ekstern nyttelaststed som vender mot hastighetsvektoren til ISS. Sensoren består av et tynt frontlag av Kapton - en polyimidfilm som holder seg stabil ved ekstreme temperaturer - etterfulgt av et andre lag som ligger 15 cm (5,9 tommer) bak seg. Dette andre Kapton-laget er utstyrt med akustiske sensorer og et rutenett av motstandsdyktige ledninger, etterfulgt av en sensor-innebygd bakstopp.
Denne konfigurasjonen lar sensoren måle størrelsen, hastigheten, retningen, tiden og energien til alt lite rusk den kommer i kontakt med. Mens de akustiske sensorene måler tid og plassering av en gjennomtrengende påvirkning, måler nettet endringer i motstand for å gi størrelsesestimater av slaganordningen. Sensorene i bakstoppet måler også hullet som er opprettet av en slaganordning, som brukes til å bestemme hastigheten til støtføleren.
Disse dataene blir deretter undersøkt av forskere ved White Sands Test Facility i New Mexico og ved University of Kent i Storbritannia, der hypervelocity-tester blir utført under kontrollerte forhold. Som Dr. Mark Burchell, en av medetterforskerne og samarbeidspartnerne på SDS fra University of Kent, fortalte Space Magazine via e-post:
“Ideen er en flerlags enhet. Du får en tid når du går gjennom hvert lag. Ved å trekke sammen signaler i et lag får du posisjon i det laget. Så to ganger og posisjoner gir en hastighet ... Hvis du vet hastigheten og retningen, kan du få bane rundt støvet, og det kan fortelle deg om det sannsynligvis kommer fra dypt rom (naturlig støv) eller er i en lignende jordbane som satellitter, så sannsynligvis er rusk. Alt dette i sanntid ettersom det er elektronisk. ”
Disse dataene vil forbedre sikkerheten ombord på ISS ved å la forskere overvåke risikoen for kollisjoner og generere mer nøyaktige estimater av hvordan småskala avfall eksisterer i verdensrommet. Som nevnt overvåkes de større delene av rusk i bane regelmessig. Disse består av omtrent 20 000 objekter som er omtrent på størrelse med en baseball, og ytterligere 50 000 som er omtrent på størrelse med en marmor.
SDS er imidlertid fokusert på objekter som er mellom 50 mikrometer og 1 millimeter i diameter, som er antall i millionene. Selv om det er lite, betyr det at disse objektene beveger seg i hastigheter over 28 000 km / t (17 500 mph) at de fremdeles kan forårsake betydelig skade på satellitter og romfartøy. Ved å kunne få en følelse av disse gjenstandene og hvordan befolkningen deres endres i sanntid, vil NASA kunne avgjøre om problemet med orbital rusk blir verre.
Å vite hvordan ruskesituasjonen er der oppe, er også iboende for å finne måter å dempe det på. Dette vil ikke bare være nyttig når det gjelder operasjoner om ISS, men i de kommende årene når Space Launch System (SLS) og Orion-kapsel tar plass til verdensrommet. Som Burchell la til, vil å vite hvor sannsynlig kollisjoner vil være, og hva slags skader de kan forårsake, bidra til å informere romfartøyets utforming - spesielt når det gjelder skjerming.
"[Du] kjenner faren for at du kan justere utformingen av fremtidige oppdrag for å beskytte dem mot påvirkninger, eller du er mer overbevisende når du forteller satellittprodusenter at de må lage mindre søppel fremover," sa han. "Eller du vet om du virkelig trenger å bli kvitt gamle satellitter / søppel før det går i stykker og skyter jordomløp med små rusk i mm skala."
Dr. Jer Chyi Liou, i tillegg til å være en medetterforsker i SDS, er også NASAs hovedforsker for Orbital Debris og programleder for Orbital Debris Program Office på Johnson Space Center. Som han forklarte til Space Magazine via e-post:
“De millimeter store orbitalresterobjektene representerer høyeste penetrasjonsrisiko til flertallet av operative romfartøyer i lav jordbane (LEO). SDS-oppdraget vil tjene to formål. For det første vil SDS samle nyttige data om lite rusk i ISS-høyden. For det andre vil oppdraget demonstrere SDS-funksjonene og gjøre det mulig for NASA å søke oppdragsmuligheter for å samle direkte måledata om millimeterstor rusk i større LEO-høyder i fremtiden - data som vil være nødvendige for pålitelige orbital rusk påvirkning risikovurderinger og kostnader -effektive avbøtende tiltak for å bedre beskytte fremtidige romoppdrag i LEO. ”
Resultatene fra dette eksperimentet bygger på tidligere informasjon innhentet av Space Shuttle-programmet. Da skyttelbussen kom tilbake til jorden, inspiserte team av ingeniører maskinvare som gjennomgikk kollisjoner for å bestemme størrelsen og slaghastigheten til rusk. SDS validerer også levedyktigheten til påvirkningssensorteknologi for fremtidige oppdrag i større høyder, der risikoen fra rusk til romfartøy er større enn i ISS-høyden.
