ISS och andra satelliter skyddar mot stora bitar av rymdskräp genom att ommanövrera deras banor samtidigt som de neutraliserar mindre hot genom att använda kollisionssköldar.
Ända sedan den första satelliten skickades ut i rymden har vissa oavsiktliga konsekvenser hotat att spåra ur människans utforskning av kosmos. Den mest framträdande bland dessa är frågan om rymdskräp. Nya satelliter som skjuts upp måste ta med rymdskräp i sina banor för att förhindra tragiska missöden. Dessa små partiklar rör sig i extremt höga hastigheter – storleksordningar snabbare än till och med de snabbaste gevärskulorna!
Det ökande antalet satelliter som skjuts upp i rymden leder till en större mängd rymdskräp varje år. Långtidsuppdrag, som den internationella rymdstationen (ISS), måste kontinuerligt hålla utkik innan några katastrofala kollisioner inträffar.
Låt oss nu fördjupa oss i de åtgärder som har implementerats på ISS och andra satelliter för att ta itu med detta allvarliga problem.
Rymdskrotshotet
Rymdskrot hänvisar till små, fasta massor, både konstgjorda och naturliga, som förblir nära jorden i Low Earth Orbit (LEO). De varierar i storlek från några mikrometer till dussintals tum över.
Storleksfördelning av orbitalutrymme skräp.
Det uppskattas att det finns mer än 100 miljoner mikrometerstora bitar av skräp som kretsar runt jorden, cirka 100 miljoner bitar som är 1 mm eller större, 500 000 bitar lika stora som en kula (~1 cm) och 23 000 bitar lika stora som en mjukboll. Dessa bitar rör sig med hastigheter på 15 700 mi/h (25266,7 km/h) och snabbare. För sammanhanget är mynningshastigheten för en AK-47 cirka 1 588 mi/h (2555,6 km/h) och kulans diameter är 7,62 mm. Det är alltså tydligt att rymdskrot utgör ett existentiellt hot mot satelliter och människorna som bor i dem.
Faktum är att 1978 förutspådde en NASA-forskare, Donald J. Kessler, att bortom en kritisk tröskel för skräpkoncentration i LEO, skulle en annan kollision skapa en kaskadeffekt, på grund av vilken exponentiellt mer skräp skulle skapas, vilket leder till fullständig inoperabilitet och tillgänglighet av LEO för kretsande rymdfarkoster.
Skydd mot rymdskräp
Det är omöjligt att skydda mot rymdskräp med 100 % effektivitet, eftersom det finns hundratals miljoner av dessa bitar i rymden. De flesta är för små för att kunna spåras. NASA spårar objekt som är 10 cm och större, eftersom deras större storlek möjliggör mätning och övervakning av dem.
Det finns tre hotnivåer, beroende på projektilens storlek och hastighet. Skyddsåtgärderna sträcker sig från orbital manövrering för stora föremål (som mäter mer än 10 cm i storlek med hög hotpotential) till kollisionssköldar som absorberar påverkan av mindre, mindre farliga föremål (mäter mindre än 1 cm).
Orbital manövrar
Orbital manövrering avser en avsiktlig förändring av banan av en satellit för att undvika en kollision. Det enklaste sättet att implementera detta är att stänga av raketförstärkarna, om satelliten har dem. För ISS, en 30 mi30 mi
2,5 mi rutnät i rymden skapas , med rymdfarkosten i centrum. Objekt som är 10 cm och större spåras och deras banor kartläggs. Om föremålet råkar infiltrera det rumsliga rutnätet på ISS, initieras en skräpundvikande manöver.
Sannolikheten för en kollision beräknas. Om sannolikheten visar sig vara mer än 1/100 000 (>0,00001), så påbörjas en manöver, men bara om den inte äventyrar uppdragets mål. Om sannolikheten visar sig vara större än 1/10 000 (>0,0001) inleds en manöver, om inte hotet mot besättningen ökas av manövern. Thrustrarna avfyrar för att ge rymdstationen tillräcklig kinetisk energi för att undvika föremålet i dess närområde. När objektet har passerat initieras återinträdesmanövrar till den ursprungliga omloppsbanan.
Olika Whipple Shield-designer.
Som namnet antyder är en Whipple Shield en fysisk barriär som skyddar mot skräpkollisioner med ett föremål som är 1 cm eller mindre i storlek. Skölden bär namnet på sin uppfinnare, Fred Whipple. Det är ett skyddssystem i två steg. Den första är en stötfångarsköld gjord av en aluminiumlegering som är 0,26 cm tjock och utsatt för rymden. Den absorberar huvuddelen av eventuell kollision, vilket resulterar i att föremålet går sönder i ännu mindre bitar.
Det andra steget är själva rymdskeppsväggen, som är designad för att motstå eventuell kollision från de kraftigt försvagade partiklarna. Det finns också ett visst utrymme mellan stötfångarskölden och rymdskeppsväggen, som kallas avståndsavståndet, vilket är 10,2 cm.
Fylld Whipple Shield
Detta är en enkel uppgradering från den tidigare skölddesignen, där ett fyllningslager införs mellan det yttersta lagret och den innersta rymdskeppsväggen. Den yttersta stötfångaren är ett 0,15 cm tjockt lager av aluminiumlegering. Avståndet mellan den yttersta stötfångaren och stoppningen är 5,1 cm.
Stuffningen är sammansatt av två lager: Ett keramiskt lager som vetter mot den yttersta skölden, följt av en polymer med lämpliga dragegenskaper, såsom Kevlar. Fyllningsskiktet följs av rymdskeppsväggen, återigen åtskild med 5,1 cm. Närvaron av två lager före rymdskeppsväggen minskar avsevärt risken för kontakt med själva rymdfarkosten, vilket är det idealiska scenariot.
Mesh Whipple Shield
Som namnet antyder består det yttersta lagret av denna design av aluminiumnät (mycket fina korsande fibrer av aluminium), som absorberar den initiala stötar och bryter skräpet till finare partiklar, som sedan stoppas av stoppningsskiktet bakom.
Slutord
Skräpskydd består av en multi -scensystem utformat för att tillgodose föremål enligt deras skadepotential. Det mest lämpliga handlingssättet för stora partiklar (>10 cm) är orbital manövrering. För medelstora partiklar beror handlingsförloppet på deras detekterbarhet.
Om de upptäcks tillräckligt tidigt, initieras en omloppsmanöver, beroende på sannolikheten för kollision och uppfyllandet av uppdragets mål. Om de inte upptäcks är de för små för att orsaka ett dödligt hot mot rymdfarkosten, så kollisionssköldar av olika strukturer och konstruktioner används, beroende på vilken region de skyddar och deras sannolikhet att uppleva en kollision i omloppsbana.
Referenser
