Alates 1960. aastatest on NASA ja muud kosmoseagentuurid saatnud orbiidile üha rohkem asju. Rakettide, kulutatud süütevõimendite ja seni passiivseks muutunud satelliitide vahel ei ole seal hõljuvatest tehisobjektidest puudust olnud. Aja jooksul on see loonud kosmoseprügi olulise (ja kasvava) probleemi, mis kujutab tõsist ohtu rahvusvahelisele kosmosejaamale (ISS), aktiivsetele satelliitidele ja kosmoselaevadele.
Kui NASA ja muud kosmoseagentuurid jälgivad regulaarselt suuremaid prahitükke - läbimõõduga 5 cm (2 tolli) kuni 1 meetrini (1,09 meetrit), siis väiksemad tükid on tuvastamatud. Koos nende väikeste prahtmõtetega on see tõsiseks ohuks objekte, mille suurus on umbes 1 millimeeter. Selle lahendamiseks tugineb ISS uuele instrumendile, mida tuntakse kosmosejäätmete andurina (SDS).
See jaama välisküljele paigaldatud kalibreeritud löögisensor jälgib väikesemahulise kosmoseprahi põhjustatud lööke. Andur lisati ISS-i septembris, kus see jälgib lööke järgmise kahe kuni kolme aasta jooksul. Seda teavet kasutatakse orbitaalprahi keskkonna mõõtmiseks ja iseloomustamiseks ning kosmoseagentuuride abistamiseks täiendavate vastumeetmete väljatöötamisel.
SDS mõõdetakse umbes 1 ruutmeetri (~ 10,76 jalga²) korral välisele kasulikule kohale, mis on suunatud ISSi kiirusvektori poole. Andur koosneb õhukesest Kaptoni esikihist - polüimiidkilest, mis püsib ekstreemsetel temperatuuridel stabiilsena -, millele järgneb teine kiht, mis asub selle taga 15 cm (5,9 tolli). See teine Kaptoni kiht on varustatud akustiliste andurite ja resistiivsete juhtmete võrega, millele järgneb sensooritud manustatud tagumine lüliti.
See konfiguratsioon võimaldab anduril mõõta kõigi väikeste prahtide suurust, kiirust, suunda, aega ja energiat, millega see kokku puutub. Kuigi akustilised andurid mõõdavad läbistava löögi aega ja asukohta, mõõdab võrk takistuse muutusi, et saada löökkeha suurus. Tagantlülituses olevad andurid mõõdavad ka löökkatsekeha tekitatud auku, mida kasutatakse löökkatsekeha kiiruse määramiseks.
Seejärel uurivad neid andmeid New Mexico Mehhiko White Sandsi katserajatise ja Suurbritannias Kenti ülikooli teadlased, kus kontrollitud tingimustes viiakse läbi hüpervõimsuse testid. Nagu ütles Kenti ülikooli SDS-i üks uurijaid ja kaastöötajaid dr Mark Burchell kosmoseajakirjale e-posti teel:
“Idee on mitmekihiline seade. Iga kihi läbimisel saate aega. Kihti signaalide triangulatsiooni abil saate selle kihi positsiooni. Nii et kaks korda ja positsioonid annavad kiiruse ... Kui teate kiirust ja suunda, võite tolmu orbiidile pääseda ja see võib teile öelda, kas see pärineb tõenäoliselt sügavast kosmosest (looduslik tolm) või asub satelliitidega sarnasel maa-orbiidil, seega on tõenäoline praht. Seda kõike reaalajas, kuna see on elektrooniline. ”
Need andmed parandavad ohutust ISS-is, võimaldades teadlastel jälgida kokkupõrgete riske ja genereerida täpsemaid hinnanguid kosmoses esineva väikesemahulise prahi kohta. Nagu märgitud, jälgitakse orbiidil olevaid suuremaid prahi tükke regulaarselt. Need koosnevad umbes 20 000 esemest, mis on umbes pesapalli suurused, ja veel 50 000 objektist, mis on umbes marmori suurused.
SDS on aga keskendunud objektidele, mille läbimõõt on vahemikus 50 mikronit kuni 1 millimeetrit ja mille arv on miljonites. Ehkki pisike, tähendab asjaolu, et need objektid liiguvad kiirusel üle 28 000 km / h (17 500 mph), kuid need võivad satelliitidele ja kosmoselaevadele ikkagi märkimisväärset kahju tekitada. Saades nendest objektidest aru ja kuidas nende populatsioon reaalajas muutub, saab NASA kindlaks teha, kas orbitaaljäätmete probleem süveneb.
Prügiolukorra tundmine on ka selle leevendamise võimaluste otsimisel omane. See pole kasulik mitte ainult ISSi kohal käivate operatsioonide puhul, vaid lähiaastatel, kui kosmoselaevandussüsteem (SLS) ja Orioni kapsel kosmosesse viivad. Nagu lisas Burchell, aitab kosmoselaevade kujundamisest teada saada, kui tõenäolised on kokkupõrked ja milliseid kahjustusi need võivad põhjustada - eriti varjestuse osas.
"[Kui] te teate ohtu, saate tulevaste missioonide kavandamist kohandada, et kaitsta neid kokkupõrgete eest, või olete veenvam, kui ütlete satelliiditootjatele, et nad peavad tulevikus tekitama vähem prügi," ütles ta. "Või teate, kas peate tõesti vanadest satelliitidest / rämpsust lahti saama, enne kui see puruneb ja maa-ala orbiidile laseb väikeste mm paksuste prahtidega."
Dr Jer Chyi Liou on lisaks SDS-i kaasuurijale ka NASA orbitaaljäätmete juhtivteadur ja Johnsoni kosmosekeskuse orbitaaljäätmete programmi büroo programmijuht. Nagu ta ajakirjale Space Magazine selgitas:
“Millimeetri suurused orbitaalprahi objektid tähistavad suurim tungimise oht enamusele madal Maa orbiidil töötavatest kosmoseaparaatidest (LEO). SDS-missioonil on kaks eesmärki. Esiteks kogub ohutuskaart kasulikke andmeid väikeste prahtide kohta ISS-i kõrgusel. Teiseks demonstreerib missioon SDS-i võimalusi ja võimaldab NASA-l otsida missioonivõimalusi tulevikus koguda LEO suurematel kõrgustel millimeetri suuruse prahi kohta otseseid mõõtmisandmeid - andmeid, mida on vaja usaldusväärsete orbitaaljäätmete mõjude riskihindamiseks ja kulude osas - tõhusad leevendusmeetmed tulevaste kosmosemissioonide paremaks kaitsmiseks LEO-s. ”
Selle katse tulemused tuginevad varasemale teabele, mis on saadud programmi Space Shuttle abil. Kui süstikud Maale tagasi jõudsid, kontrollisid inseneride meeskonnad prügi suuruse ja löögikiiruse kindlakstegemiseks kokkupõrke all olnud riistvara. SDS valideerib ka löögisensorite tehnoloogia elujõulisust tulevasteks missioonideks kõrgematel kõrgustel, kus prahtidest kosmoselaevadele on oht suurem kui ISS-i kõrgusel.
