Siden 1960'erne har NASA og andre rumfartsbureauer sendt flere og flere ting i kredsløb. Mellem de brugte faser af raketter, brugt boosters og satellitter, der siden er blevet inaktive, var der ingen mangel på kunstige genstande, der flyder derop. Over tid har dette skabt det betydelige (og voksende) problem med pladsrester, som udgør en alvorlig trussel mod Den Internationale Rumstation (ISS), aktive satellitter og rumfartøjer.
Mens de større stykker affald - lige fra 5 cm (2 tommer) til 1 meter (1,09 yards) i diameter - overvåges regelmæssigt af NASA og andre rumfartsbureauer, kan de mindre stykker ikke påvises. Kombineret med hvor almindelige disse små stykker affald er, gør dette genstande, der måler cirka 1 millimeter i størrelse, til en alvorlig trussel. For at løse dette er ISS afhængige af et nyt instrument, der kaldes Space Debris Sensor (SDS).
Denne kalibrerede slagføler, der er monteret på ydersiden af stationen, overvåger påvirkninger forårsaget af små rumskrater. Sensoren blev integreret i ISS tilbage i september, hvor den vil overvåge påvirkningerne i de næste to til tre år. Denne information vil blive brugt til at måle og karakterisere orbital affaldsmiljøet og hjælpe rumfartsbureauer med at udvikle yderligere modforanstaltninger.
Målingen er ca. 1 kvadratmeter (~ 10,76 ft²), og SDS'et er monteret på et eksternt nyttelaststed, der vender mod hastighedsvektoren på ISS. Sensoren består af et tyndt forlag af Kapton - en polyimidfilm, der forbliver stabil ved ekstreme temperaturer - efterfulgt af et andet lag placeret 15 cm (5,9 tommer) bag sig. Dette andet Kapton-lag er udstyret med akustiske sensorer og et gitter med modstandsdygtige ledninger, efterfulgt af en sensor-indlejret backstop.
Denne konfiguration gør det muligt for sensoren at måle størrelse, hastighed, retning, tid og energi på ethvert lille snavs, den kommer i kontakt med. Mens de akustiske sensorer måler tiden og placeringen af en gennemtrængende påvirkning, måler gitteret ændringer i modstand for at give størrelsesestimater af slaggen. Sensorerne i bagstoppet måler også det hul, der er oprettet af en slagor, der bruges til at bestemme slagernes hastighed.
Disse data undersøges derefter af forskere ved White Sands Test Facility i New Mexico og på University of Kent i Storbritannien, hvor hypervelocity-tests udføres under kontrollerede forhold. Som Dr. Mark Burchell, en af medundersøgere og samarbejdspartnere på SDS fra University of Kent, fortalte Space Magazine via e-mail:
”Ideen er en flerlags enhed. Du får en tid, når du passerer gennem hvert lag. Ved at triangulere signaler i et lag får du position i det lag. Så to gange og positioner giver en hastighed ... Hvis du kender hastigheden og retningen, kan du få støvets bane, og det kan fortælle dig, om det sandsynligvis kommer fra det dybe rum (naturligt støv) eller er i en lignende jordbane til satellitter, så det er sandsynligvis affald. Alt dette i realtid, da det er elektronisk. ”
Disse data vil forbedre sikkerheden ombord på ISS ved at give forskere mulighed for at overvåge risikoen for kollisioner og generere mere nøjagtige skøn over, hvordan småskaligt affald findes i rummet. Som bemærket overvåges de større stykker affald i kredsløb regelmæssigt. Disse består af de ca. 20.000 objekter, der er på størrelse med en baseball, og yderligere 50.000, der er på størrelse med en marmor.
SDS'et er dog fokuseret på genstande, der er mellem 50 mikron og 1 millimeter i diameter, hvilket tal i millioner. Selvom det er lille, betyder det faktum, at disse objekter bevæger sig med en hastighed på over 28.000 km / t (17.500 km / h), at de stadig kan forårsage betydelig skade på satellitter og rumfartøjer. Ved at være i stand til at få en fornemmelse af disse objekter og hvordan deres befolkning ændrer sig i realtid, vil NASA være i stand til at afgøre, om problemet med orbitalt affald bliver værre.
At vide, hvordan affaldssituationen er derude, er også iboende for at finde måder at dæmpe det på. Dette vil ikke kun være praktisk, når det kommer til operationer på ISS, men i de kommende år, når Space Launch System (SLS) og Orion-kapsel tager plads. Som Burchell tilføjede, vil det at informere om, hvor sandsynligt kollisioner vil være, og hvilke slags skader de kan forårsage, hjælpe med at informere rumfartøjsdesign - især hvad angår afskærmning.
”Du kender faren for, at du kan justere designet til fremtidige missioner for at beskytte dem mod påvirkninger, eller du er mere overbevisende, når du fortæller satellitproducenter, at de skal skabe mindre affald i fremtiden,” sagde han. ”Eller du ved, om du virkelig har brug for at slippe af med gamle satellitter / junk, før det bryder sammen og bruser jordbanen med små mm-skalaer.”
Dr. Jer Chyi Liou er, udover at være en co-efterforsker på SDS, også NASAs hovedforsker for Orbital Debris og programleder for Orbital Debris Program Office i Johnson Space Center. Som han forklarede til Space Magazine via e-mail:
”De objekter, der er i orden, i millimeterstørrelse, repræsenterer højeste penetrationsrisiko til størstedelen af det operationelle rumfartøj i lav jordskredsløb (LEO). SDS-missionen tjener to formål. Først vil SDS indsamle nyttige data om små affald i ISS-højden. For det andet vil missionen demonstrere SDS-kapaciteterne og sætte NASA i stand til at søge missionmuligheder for at indsamle direkte måledata om millimeterstort affald i højere LEO-højder i fremtiden - data, der er nødvendige for pålidelige orbitalrester konsekvensanalyser og omkostninger -effektive afbødningstiltag for bedre at beskytte fremtidige rummissioner i LEO. ”
Resultaterne fra dette eksperiment bygger på tidligere oplysninger, der er opnået af Space Shuttle-programmet. Da skytteltykkerne vendte tilbage til Jorden, inspicerede team af ingeniører hardware, der gennemgik kollisioner for at bestemme størrelsen og slaghastigheden af affald. SDS validerer også levedygtigheden af påvirkningssensorteknologi til fremtidige missioner i højere højder, hvor risiciene fra affald til rumfartøjer er større end i ISS-højden.
