Από τη δεκαετία του 1960, η NASA και άλλες διαστημικές υπηρεσίες στέλνουν όλο και περισσότερα πράγματα σε τροχιά. Μεταξύ των αναλωμένων σταδίων των πυραύλων, των χρησιμοποιημένων ενισχυτών και των δορυφόρων που έκτοτε έχουν γίνει ανενεργοί, δεν υπάρχει έλλειψη τεχνητών αντικειμένων που επιπλέουν εκεί ψηλά. Με την πάροδο του χρόνου, αυτό έχει δημιουργήσει το σημαντικό (και αυξανόμενο) πρόβλημα των διαστημικών απορριμμάτων, το οποίο αποτελεί σοβαρή απειλή για την Διεθνής Διαστημικός Σταθμός (ISS), ενεργοί δορυφόροι και διαστημόπλοια.
Ενώ τα μεγαλύτερα κομμάτια συντριμμιών – που κυμαίνονται από 5 εκατοστά (2 ίντσες) έως 1 μέτρο (1,09 γιάρδες) σε διάμετρο – παρακολουθούνται τακτικά από τη NASA και άλλες διαστημικές υπηρεσίες, τα μικρότερα κομμάτια είναι μη ανιχνεύσιμα. Σε συνδυασμό με το πόσο συνηθισμένα είναι αυτά τα μικρά κομμάτια συντριμμιών, αυτό καθιστά τα αντικείμενα με μέγεθος περίπου 1 χιλιοστού μια σοβαρή απειλή. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, ο ISS βασίζεται σε ένα νέο όργανο γνωστό ως το Αισθητήρας διαστημικών συντριμμιών (SDS).
Αυτός ο βαθμονομημένος αισθητήρας πρόσκρουσης, ο οποίος είναι τοποθετημένος στο εξωτερικό του σταθμού, παρακολουθεί τις κρούσεις που προκαλούνται από μικρής κλίμακας διαστημικά σκουπίδια. Ο αισθητήρας ενσωματώθηκε στον ISS τον Σεπτέμβριο, όπου θα παρακολουθεί τις επιπτώσεις για τα επόμενα δύο έως τρία χρόνια. Αυτές οι πληροφορίες θα χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση και τον χαρακτηρισμό του περιβάλλοντος των τροχιακών συντριμμιών και θα βοηθήσουν τις διαστημικές υπηρεσίες να αναπτύξουν πρόσθετα αντίμετρα.
Ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός (ISS), που φαίνεται εδώ με φόντο τη Γη. Πίστωση: NASA
Με μέγεθος περίπου 1 τετραγωνικό μέτρο (~10,76 ft²), το SDS είναι τοποθετημένο σε μια εξωτερική θέση ωφέλιμου φορτίου που βλέπει προς το διάνυσμα ταχύτητας του ISS. Ο αισθητήρας αποτελείται από ένα λεπτό μπροστινό στρώμα Kapton – ένα φιλμ πολυιμιδίου που παραμένει σταθερό σε ακραίες θερμοκρασίες – ακολουθούμενο από ένα δεύτερο στρώμα που βρίσκεται 15 cm (5,9 ίντσες) πίσω του. Αυτό το δεύτερο στρώμα Kapton είναι εξοπλισμένο με ακουστικούς αισθητήρες και ένα πλέγμα συρμάτων αντίστασης, ακολουθούμενο από ένα ενσωματωμένο με αισθητήρα backstop.
Αυτή η διαμόρφωση επιτρέπει στον αισθητήρα να μετρήσει το μέγεθος, την ταχύτητα, την κατεύθυνση, τον χρόνο και την ενέργεια οποιωνδήποτε μικρών συντριμμιών έρχεται σε επαφή. Ενώ οι ακουστικοί αισθητήρες μετρούν τον χρόνο και τη θέση μιας διεισδυτικής κρούσης, το πλέγμα μετρά τις αλλαγές στην αντίσταση για να παρέχει εκτιμήσεις μεγέθους του κρουστικού εκκρεμούς. Οι αισθητήρες στο πίσω στοπ μετρούν επίσης την οπή που δημιουργείται από ένα κρουστικό εκκρεμές, το οποίο χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της ταχύτητας του κρουστικού εκκρεμούς.
Αυτά τα δεδομένα εξετάζονται στη συνέχεια από επιστήμονες στο White Sands Test Facility στο Νέο Μεξικό και στο Πανεπιστήμιο του Kent στο Ηνωμένο Βασίλειο, όπου οι δοκιμές υπερταχύτητας διεξάγονται υπό ελεγχόμενες συνθήκες. Όπως είπε ο Δρ Mark Burchell, ένας από τους συν-ερευνητές και συνεργάτες του SDS από το Πανεπιστήμιο του Κεντ, στο Universe Today μέσω email:
«Η ιδέα είναι μια συσκευή πολλαπλών επιπέδων. Λαμβάνετε ένα χρόνο καθώς περνάτε από κάθε στρώμα. Τριγωνοποιώντας τα σήματα σε ένα στρώμα, λαμβάνετε θέση σε αυτό το στρώμα. Έτσι, δύο φορές και οι θέσεις δίνουν μια ταχύτητα…Εάν γνωρίζετε την ταχύτητα και την κατεύθυνση, μπορείτε να δείτε την τροχιά της σκόνης και αυτό μπορεί να σας πει εάν πιθανότατα προέρχεται από το βαθύ διάστημα (φυσική σκόνη) ή είναι σε παρόμοια γήινη τροχιά με τους δορυφόρους, έτσι είναι πιθανό τα συντρίμμια. Όλα αυτά σε πραγματικό χρόνο καθώς είναι ηλεκτρονικό».
Το τσιπ στο παράθυρο του θόλου του ISS, φωτογραφημένο από τον αστροναύτη Tim Peake. Πίστωση: ESA/NASA/Tim Peake
Αυτά τα δεδομένα θα βελτιώσουν την ασφάλεια στο ISS επιτρέποντας στους επιστήμονες να παρακολουθούν τους κινδύνους συγκρούσεων και να δημιουργούν ακριβέστερες εκτιμήσεις για το πώς υπάρχουν συντρίμμια μικρής κλίμακας στο διάστημα. Όπως σημειώθηκε, τα μεγαλύτερα κομμάτια συντριμμιών σε τροχιά παρακολουθούνται τακτικά. Αυτά αποτελούνται από τα περίπου 20.000 αντικείμενα που έχουν περίπου το μέγεθος ενός μπέιζμπολ και άλλα 50.000 που έχουν περίπου το μέγεθος ενός μαρμάρου.
Ωστόσο, το SDS εστιάζει σε αντικείμενα με διάμετρο μεταξύ 50 μικρομέτρων και 1 χιλιοστού, τα οποία ανέρχονται σε εκατομμύρια. Αν και μικροσκοπικά, το γεγονός ότι αυτά τα αντικείμενα κινούνται με ταχύτητες άνω των 28.000 km/h (17.500 mph) σημαίνει ότι μπορούν ακόμα να προκαλέσουν σημαντική ζημιά σε δορυφόρους και διαστημόπλοια. Με τη δυνατότητα να αποκτήσει μια αίσθηση αυτών των αντικειμένων και του τρόπου με τον οποίο αλλάζει ο πληθυσμός τους σε πραγματικό χρόνο, η NASA θα είναι σε θέση να προσδιορίσει εάν το πρόβλημα των τροχιακών υπολειμμάτων επιδεινώνεται.
Η γνώση της κατάστασης των συντριμμιών εκεί ψηλά είναι επίσης εγγενής στην εύρεση τρόπων για τον μετριασμό τους. Αυτό δεν θα είναι χρήσιμο μόνο όταν πρόκειται για λειτουργίες στον ISS, αλλά τα επόμενα χρόνια όταν το Space Launch System (SLS) και η κάψουλα Orion θα φτάσουν στο διάστημα. Όπως πρόσθεσε ο Burchell, το να γνωρίζουμε πόσο πιθανές θα είναι οι συγκρούσεις και τι είδους ζημιές μπορεί να προκαλέσουν, θα βοηθήσει στην ενημέρωση του σχεδιασμού του διαστημικού σκάφους – ιδιαίτερα όταν πρόκειται για θωράκιση.
«Αφού γνωρίζετε τον κίνδυνο, μπορείτε να προσαρμόσετε τον σχεδιασμό των μελλοντικών αποστολών για να τις προστατέψετε από κρούσεις ή είστε πιο πειστικοί όταν λέτε στους κατασκευαστές δορυφόρων ότι πρέπει να δημιουργήσουν λιγότερα συντρίμμια στο μέλλον», είπε. «Ή ξέρετε αν χρειάζεται πραγματικά να απαλλαγείτε από παλιούς δορυφόρους/σκουπίδια προτού διαλυθούν και βρέξει τη γήινη τροχιά με συντρίμμια μικρής κλίμακας χιλιοστών».
Το εσωτερικό της βαλλιστικής περιοχής Hypervelocity στο Ερευνητικό Κέντρο Ames της NASA. Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για την προσομοίωση του τι συμβαίνει όταν ένα κομμάτι τροχιακών θραυσμάτων χτυπά ένα διαστημόπλοιο σε τροχιά. Πίστωση: NASA/Ames
Ο Δρ. Jer Chyi Liou, εκτός από συν-ερευνητής στο SDS, είναι επίσης ο επικεφαλής επιστήμονας της NASA για τα τροχιακά συντρίμμια και ο διευθυντής προγράμματος για το Γραφείο προγράμματος Orbital Debris στο Διαστημικό Κέντρο Τζόνσον. Όπως εξήγησε στο Universe Today μέσω email:
«Τα αντικείμενα τροχιακών συντριμμιών μεγέθους χιλιοστού αντιπροσωπεύουν τον υψηλότερο κίνδυνο διείσδυσης για την πλειονότητα των επιχειρησιακών διαστημικών σκαφών σε χαμηλή τροχιά της Γης (LEO). Η αποστολή SDS θα εξυπηρετεί δύο σκοπούς. Πρώτον, το SDS θα συλλέξει χρήσιμα δεδομένα για μικρά συντρίμμια στο υψόμετρο του ISS. Δεύτερον, η αποστολή θα επιδείξει τις ικανότητες του SDS και θα επιτρέψει στη NASA να αναζητήσει ευκαιρίες αποστολής για τη συλλογή δεδομένων άμεσων μετρήσεων για συντρίμμια μεγέθους χιλιοστού σε μεγαλύτερα υψόμετρα LEO στο μέλλον – δεδομένα που θα χρειαστούν για αξιόπιστες εκτιμήσεις κινδύνου αντίκτυπου τροχιακών συντριμμιών και κόστους -αποτελεσματικά μέτρα μετριασμού για την καλύτερη προστασία των μελλοντικών διαστημικών αποστολών στο LEO.»
Τα αποτελέσματα από αυτό το πείραμα βασίζονται σε προηγούμενες πληροφορίες που ελήφθησαν από το πρόγραμμα Space Shuttle. Όταν τα λεωφορεία επέστρεψαν στη Γη, ομάδες μηχανικών επιθεώρησαν το υλικό που υπέστη συγκρούσεις για να καθορίσουν το μέγεθος και την ταχύτητα πρόσκρουσης των συντριμμιών. Το SDS επικυρώνει επίσης τη βιωσιμότητα της τεχνολογίας αισθητήρων πρόσκρουσης για μελλοντικές αποστολές σε υψηλότερα υψόμετρα, όπου οι κίνδυνοι από τα συντρίμμια στο διαστημόπλοιο είναι μεγαλύτεροι από ό,τι στο υψόμετρο του ISS.
Περαιτέρω ανάγνωση: NASA