Az 1960-as évek óta a NASA és más űrügynökségek egyre több anyagot küldtek pályára. A rakéták, az elfojtók és a műholdak elhasznált szakaszai között, amelyek azóta inaktívvá váltak, nem volt hiány a fent lebegő mesterséges tárgyakról. Az idő múlásával ez felvette az űrlapok jelentős (és egyre növekvő) problémáját, amely súlyos fenyegetést jelent a Nemzetközi Űrállomás (ISS), az aktív műholdak és az űrhajók számára.
Míg a NASA és más űrügynökségek rendszeresen ellenőrzik a nagyobb törmeléket - átmérője 5 cm (2 hüvelyk) és 1 méter (1,09 yard között) -, a kisebb darabokat nem lehet észlelni. A kis törmelékdarabok gyakoriságával kombinálva ez komoly veszélyt jelent az kb. 1 mm méretű tárgyakra. Ennek megoldására az ISS egy új eszközre támaszkodik, amelyet az Űrhasználat-érzékelőnek (SDS) hívnak.
Ez az állomás külsejére szerelt kalibrált ütközés-érzékelő figyeli a kis léptékű űrhajók által okozott ütéseket. Az érzékelőt vissza szeptemberben építették be az ISS-be, ahol a következő két-három évben figyelemmel kíséri a hatásokat. Ezt az információt használják az orbitális törmelékkörnyezet mérésére és jellemzésére, és segítik az űrügynökségeket további ellenintézkedések kidolgozásában.
Körülbelül 1 négyzetméter (~ 10,76 ft²) méréssel az SDS-t egy külső hasznos tehergépkocsi-helyre szerelik, amely az ISS sebességvektorával szemben áll. Az érzékelő vékony Kapton első rétegből áll - egy poliimid fólia, amely szélsőséges hőmérsékleten stabil -, majd egy második réteg mögött 15 cm-re helyezkedik el. Ez a második Kapton-réteg akusztikus érzékelőkkel és ellenállásvezetékek rácsával van felszerelve, amelyet érzékelővel ellátott beágyazott háttámla követ.
Ez a konfiguráció lehetővé teszi az érzékelő számára, hogy megmérje minden apró törmelék méretét, sebességét, irányát, idejét és energiáját. Míg az akusztikus érzékelők meghatározzák a behatoló ütközés idejét és helyét, a rács az ellenállás változásait méri, hogy becsülje meg az ütközésmérőt. A hátsó helyzetben lévő érzékelők mérik az ütközésmérő által létrehozott lyukat is, amelyet az ütközésmérő sebességének meghatározására használnak.
Ezeket az adatokat az új mexikói White Sands tesztüzem és az Egyesült Királyság Kent Egyeteme kutatói vizsgálják meg, ahol a hiperképesség-teszteket ellenőrzött körülmények között végzik. Ahogy Dr. Mark Burchell, a Kent Egyetemen az SDS egyik kutatója és együttműködője, elmondta a Space Magazine-nak e-mailben:
„Az ötlet egy többrétegű eszköz. Kapsz egy időt, amikor áthalad az egyes rétegeken. A jelek háromszögelésével egy rétegben helyet kap az adott rétegben. Tehát kétszer és pozícióval adunk sebességet ... Ha tudja a sebességet és az irányt, akkor megkaphatja a por pályáját, és ez megmondhatja, valószínűleg mély űrből származik (természetes por), vagy a műholdakhoz hasonló földi pályán van-e, tehát valószínűleg törmelék. Mindezt valós időben, mivel elektronikus. ”
Ezek az adatok javítják az ISS fedélzetén a biztonságot azáltal, hogy lehetővé teszik a tudósok számára, hogy figyelemmel kísérjék az ütközések kockázatát, és pontosabb becsléseket készítsenek arról, hogy léteznek kis méretű törmelékek az űrben. Mint már megjegyeztük, a pályán lévő nagyobb törmelékeket rendszeresen ellenőrzik. Ezek körülbelül 20 000 tárgyból állnak, amelyek körülbelül egy baseball méretűek, és további 50 000 tárgyból állnak, amelyek körülbelül egy márvány méretűek.
Az SDS azonban az objektumokra összpontosít, amelyek átmérője 50 mikron és 1 milliméter között van, és amelyek milliósok. Bár apró, az a tény, hogy ezek a tárgyak 28 000 km / h-nál (17 500 mph) meghaladják a sebességet, azt jelenti, hogy továbbra is jelentős károkat okozhatnak a műholdakban és az űrhajókban. Azáltal, hogy megérti ezeket a tárgyakat és azt, hogy a népesség hogyan változik valós időben, a NASA képes lesz meghatározni, hogy az orbitális törmelék problémája súlyosbodik-e.
Annak ismerete is, hogy mi az a törmelékhelyzet, felfelé járulhat annak enyhítésére is. Ez nemcsak hasznos lesz az ISS-t felfutó műveletek során, hanem az elkövetkező években, amikor az Űrindító Rendszer (SLS) és az Orion kapszula az űrbe kerül. Mint Burchell hozzátette, annak ismerete, hogy az ütközések valószínűleg milyenek és milyen károkat okozhatnak, segíti az űrhajók tervezését - különösen az árnyékolás szempontjából.
"Ha már ismeri a veszélyt, akkor módosíthatja a jövőbeni küldetések tervét, hogy megvédje őket az ütésektől, vagy meggyőzőbb, amikor azt mondja, hogy a műholdas gyártóknak kevesebb hulladékot kell létrehozniuk a jövőben" - mondta. "Vagy tudod, hogy valóban meg kell-e szabadulnod a régi műholdaktól / szeméttől, mielőtt az felbomlana, és kis földmérlegű hulladékkal zuhan a földpályára."
Dr. Jer Chyi Liou, amellett, hogy az SDS egyik kutatója, a NASA orbitális törmelékkel foglalkozó tudományos főmunkatársa és a Johnson Űrközpontban az Orbitális törmelékkel foglalkozó programiroda programmenedzsere. Amint e-mailben elmagyarázta a Space Magazine-nak:
„A milliméter méretű keringő törmelék tárgyait reprezentálja a legnagyobb penetráció kockázat az operatív űrhajók többsége alacsony földi pályán (LEO). Az SDS küldetése két célt szolgál majd. Először, az SDS hasznos adatokat gyűjt az ISS magasságán található apró hulladékokról. Másodszor, a misszió bemutatja az SDS képességeit, és lehetővé teszi a NASA számára, hogy küldetési lehetőségeket keressen a milliméter méretű törmelék közvetlen mérési adatainak összegyűjtésére a LEO magasabb magasságában a jövőben - olyan adatokra, amelyek szükségesek lesznek a megbízható orbitális törmelék hatásainak kockázatbecsléséhez és költségéhez -hatékony enyhítő intézkedések a LEO jövőbeli űri misszióinak jobb védelme érdekében. ”
A kísérlet eredményei az Űrhajózási program korábbi információira épülnek. Amikor a légi járművek visszatértek a Földre, a mérnökök csapata megvizsgálta az ütközésen részt vevő hardvereket, hogy meghatározzák a törmelék méretét és ütési sebességét. Az SDS emellett validálja az ütközésérzékelő technológia életképességét a magasabb tengerszint feletti magasságokban történő jövőbeni missziók során, ahol a törmelék és az űrhajó közötti kockázatok nagyobbak, mint az ISS magasságán.
