1960-luvulta lähtien NASA ja muut avaruusjärjestöt ovat lähettäneet yhä enemmän tavaroita kiertoradalle. Rakettien käytetyn vaiheen, käytetyn tehostimen ja satelliittien välillä, jotka ovat sittemmin muuttuneet passiivisiksi, siellä kelluvista keinotekoisista esineistä ei ole ollut pulaa. Ajan myötä tämä on luonut merkittävän (ja kasvavan) avaruusjätteen ongelman, joka aiheuttaa vakavan uhan kansainväliselle avaruusasemalle (ISS), aktiivisille satelliiteille ja avaruusaluksille.
Vaikka NASA ja muut avaruusjärjestöt tarkkailevat säännöllisesti suurempia roskia - halkaisijaltaan 5 cm (1 tuumaa) - metriin (1,09 jaardia), pienempiä kappaleita ei voida havaita. Yhdistettynä siihen, kuinka yleisiä nämä pienet roskat ovat, tämä tekee esineistä, joiden koko on noin 1 millimetri, vakavan uhan. Tämän ratkaisemiseksi ISS luottaa uuteen instrumenttiin, joka tunnetaan nimellä Space Debris Sensor (SDS).
Tämä kalibroitu törmäysanturi, joka on asennettu aseman ulkopuolelle, tarkkailee pienimuotoisen avaruusjätteen aiheuttamia vaikutuksia. Anturi otettiin osaksi ISS: ää syyskuussa, jolloin se seuraa seuraavien kahden tai kolmen vuoden vaikutuksia. Tätä tietoa käytetään mittaamaan ja karakterisoimaan kiertoradan roskaympäristöä ja auttamaan avaruusjärjestöjä kehittämään ylimääräisiä vastatoimenpiteitä.
SDS on mitattu noin 1 neliömetriltä (~ 10,76 ft²) ulkoiselle hyötykuormapaikalle, joka on kohti ISS: n nopeusvektoria. Anturi koostuu ohuesta Kapton-etukerroksesta - polyimidikalvosta, joka pysyy vakaana äärimmäisissä lämpötiloissa -, jota seuraa toinen kerros, joka sijaitsee sen takana 15 cm (5,9 tuumaa). Tämä toinen Kapton-kerros on varustettu akustisilla antureilla ja resistiivisten johtimien ristikolla, jota seuraa sensoreilla upotettu takaosa.
Tämän kokoonpanon avulla anturi voi mitata pienten roskien koon, nopeuden, suunnan, ajan ja energian, joiden kanssa se joutuu kosketukseen. Vaikka akustiset anturit mittaavat läpäisevän iskun ajan ja sijainnin, ruudukko mittaa vastusmuutokset antaakseen iskulaitteen koon arvioita. Takaosassa olevat anturit mittaavat myös iskulaitteen luomaa reikää, jota käytetään määrittämään iskulaitteen nopeus.
Tämän jälkeen tutkijat tutkivat tutkijat White Sands -testauslaitoksessa New Mexico ja Kentin yliopistossa Yhdistyneessä kuningaskunnassa, missä hyperkehityskokeet suoritetaan valvotuissa olosuhteissa. Kuten Kentin yliopiston SDS-tutkimuksen tutkijoita ja yhteistyökumppaneita tohtori Mark Burchell kertoi Space Magazinelle sähköpostitse:
”Idea on monikerroksinen laite. Saat ajan, kun kuljet kunkin kerroksen läpi. Trianguleimalla signaaleja kerroksessa saat sijainnin kerroksessa. Joten kaksi kertaa ja sijainnit antavat nopeuden ... Jos tiedät nopeuden ja suunnan, voit saada pölyn kiertoradan ja se voi kertoa, tuleeko se todennäköisesti syvästä avaruudesta (luonnollinen pöly) vai onko se samankaltaisella maan kiertoradalla kuin satelliitit, joten on todennäköistä roskaa. Kaikki tämä reaaliajassa, koska se on sähköistä. ”
Nämä tiedot parantavat turvallisuutta ISS: ssä antamalla tutkijoille mahdollisuuden seurata törmäysriskejä ja tuottaa tarkempia arvioita pienimuotoisten roskien esiintymisestä avaruudessa. Kuten huomautettiin, kiertoradalla olevia suurempia roskien kappaleita tarkkaillaan säännöllisesti. Ne koostuvat noin 20 000 esineestä, jotka ovat suunnilleen baseball-kokoisia, ja lisäksi 50 000 esineestä, jotka ovat suunnilleen marmorin kokoisia.
SDS on kuitenkin keskittynyt esineisiin, joiden halkaisija on välillä 50 mikronia - 1 millimetri ja joita on miljoonia. Vaikka nämä esineet liikkuvat pieninä, niiden liikkuminen yli 28 000 km / h (17 500 mph) nopeudella tarkoittaa, että ne voivat silti aiheuttaa merkittäviä vahinkoja satelliiteille ja avaruusaluksille. Saatuaan käsityksen näistä esineistä ja siitä, kuinka niiden väestö muuttuu reaaliajassa, NASA pystyy selvittämään, onko kiertoradan ongelma paheneva.
Tietäminen, millainen roskitilanne on, on myös luonnollista löytää keinoja lieventää sitä. Tämä ei ole hyödyllistä vain ISS: n ylläpitämisen yhteydessä, vaan tulevina vuosina, kun Space Launch System (SLS) ja Orion-kapseli vievät avaruuteen. Kuten Burchell lisäsi, tieto siitä, kuinka törmäykset todennäköisesti tapahtuvat ja millaisia vaurioita ne voivat aiheuttaa, auttaa tietoon avaruusalusten suunnittelussa - etenkin suojauksen suhteen.
"Jos tiedät vaaran, voit säätää tulevien operaatioiden suunnitelmaa suojataksesi niitä iskuilta tai olet vakuuttavampi, kun sanot satelliittivalmistajille, että heidän on tulevaisuudessa luotava vähemmän roskia", hän sanoi. "Tai tiedätkö, onko sinun todellakin päästävä eroon vanhoista satelliiteista / roskasta ennen kuin se hajoaa ja suihkuttaa maan kiertorataa pienillä mm: n mittaisilla roskilla."
Tohtori Jer Chyi Liou on SDS: n tutkijan lisäksi myös NASA: n päätutkija orbitaalijäämiä varten ja Johnson-avaruuskeskuksen kiertoradan ohjelmatoimiston ohjelmapäällikkö. Kuten hän selitti Space Magazinelle sähköpostitse:
”Millimetrikokoiset kiertoradan esineet edustavat suurin levinneisyysriski suurimmalle osalle operatiivisista avaruusaluksista matalan maan kiertoradalla (LEO). SDS-tehtävä palvelee kahta tarkoitusta. Ensinnäkin SDS kerää hyödyllistä tietoa pienistä roskista ISS-korkeudessa. Toiseksi operaatio osoittaa SDS: n kyvyt ja antaa NASA: lle mahdollisuuden etsiä operaatiomahdollisuuksia kerätä suoraa mittaustietoa millimetrikokoisista roskista LEO: n korkeammilla korkeuksilla tulevaisuudessa - tietoja, joita tarvitaan luotettavien kiertoradan roskien vaikutusten arviointiin ja kustannuksiin -tehokkaat lieventämistoimenpiteet tulevien avaruustehtävien suojelemiseksi paremmin LEO: ssa. "
Tämän kokeen tulokset perustuvat aiempaan tietoon, joka on saatu Space Shuttle -ohjelmasta. Kun sukkulat palasivat Maahan, insinööriryhmät tarkastivat törmäyksessä läpikäyneitä laitteita roskien koon ja iskunopeuden määrittämiseksi. SDS vahvistaa myös iskutunnistustekniikan toteuttamiskelpoisuuden tulevissa operaatioissa korkeammissa korkeuksissa, joissa roskista avaruusaluksiin kohdistuvat riskit ovat suuremmat kuin ISS: n korkeudessa.
