Po sześćdziesięciu latach działalności agencji kosmicznych wysyłających rakiety, satelity i inne misje na orbitę, szczątki kosmiczne stały się coraz większym problemem. Istnieją nie tylko duże śmieci, które mogłyby zniszczyć statek kosmiczny jednym uderzeniem, ale także niezliczone małe kawałki śmieci poruszające się z bardzo dużą prędkością. Gruz ten stanowi poważne zagrożenie dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), aktywnych satelitów i przyszłych misji załogowych na orbicie.
Z tego powodu Europejska Agencja Kosmiczna dąży do opracowania lepszej ochrony przed odpadami dla ISS i przyszłych generacji statków kosmicznych. W ramach tego projektu, wspieranego w ramach programu ESA General Support Technology Program, przeprowadzono niedawno testy balistyczne, które dotyczyły wydajności nowych laminatów włókno-metal (FML), które mogą zastąpić ekranowanie aluminium w nadchodzących latach.
Aby to rozbić, wszystkie misje orbitalne - zarówno satelity, jak i stacje kosmiczne - muszą być przygotowane na ryzyko kolizji z małymi przedmiotami z dużą prędkością. Obejmuje to możliwość zderzenia się z kosmicznym złomem stworzonym przez człowieka, ale obejmuje także ryzyko uszkodzenia obiektu mikro-meteoroidowego (MMOD). Są to szczególnie groźne podczas intensywnych sezonowych strumieni meteoroidów, takich jak Leonidy.
Podczas gdy większe kawałki szczątków orbitalnych - o średnicy od 5 cm (2 cale) do 1 metra (1,09 jarda) - są regularnie monitorowane przez NASA i Biuro Kosmicznych Gruzów ESA, mniejsze kawałki są niewykrywalne - co czyni je szczególnie groźnymi. Co gorsza, zderzenia między kawałkami gruzu mogą powodować powstawanie większej liczby zjawisk zwanych efektem Kesslera.
A ponieważ obecność ludzkości na orbicie bliskiej Ziemi (NEO) tylko się zwiększa, a tysiące satelitów, siedlisk kosmicznych i misji załogowych są planowane na nadchodzące dziesięciolecia, rosnące poziomy szczątków orbitalnych stanowią zatem rosnące ryzyko. Jak wyjaśnił inżynier Andreas Tesch:
„Takie zanieczyszczenia mogą być bardzo niszczące ze względu na ich dużą prędkość uderzenia, wynoszącą wiele kilometrów na sekundę. Większe kawałki szczątków można przynajmniej śledzić, aby duże statki kosmiczne, takie jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, mogły się odsunąć, ale kawałki mniejsze niż 1 cm są trudne do wykrycia za pomocą radaru - a mniejsze satelity mają generalnie mniej możliwości uniknięcia kolizji . ”
Aby zobaczyć, jak ich nowa osłona wytrzyma zanieczyszczenia kosmiczne, zespół naukowców z ESA niedawno przeprowadził test, w którym wystrzelono aluminiową kulę o średnicy 2,8 mm na próbkę tarczy statku kosmicznego - której wyniki zostały sfilmowane przez szybką kamerę . Przy tej wielkości i przy prędkości 7 km / s kula skutecznie symulowała energię uderzenia, jaką miałby niewielki kawałek gruzu, jakby miał kontakt z ISS.
Jak wyjaśnił badacz Benoit Bonvoisin w niedawnym komunikacie prasowym ESA:
„Użyliśmy pistoletu gazowego w niemieckim Instytucie Fraunhofera ds. Szybkiej dynamiki, aby przetestować nowy materiał rozważany do ochrony statku kosmicznego przed śmieciami kosmicznymi. W naszym projekcie badano różne rodzaje „laminatów metalowo-włóknistych” produkowanych dla nas przez GTM Structures, które składają się z kilku cienkich warstw metalu połączonych materiałem kompozytowym.
Jak widać na filmie (zamieszczonym powyżej), solidna aluminiowa kula przebiła tarczę, ale następnie rozpadła się na puszkę fragmentów i oparów, które są znacznie łatwiejsze do przechwycenia lub odbicia przez następną warstwę zbroi. Jest to standardowa praktyka w przypadku gruzu kosmicznego i MMOD, gdzie wiele osłon jest ułożonych razem, aby adsorbować i wychwytywać uderzenie, aby nie przenikało kadłuba.
Popularnym wariantem tego jest „tarcza Whipple”, która pierwotnie została zaprojektowana w celu ochrony przed pyłem komety. Ta osłona składa się z dwóch warstw, zderzaka i tylnej ściany, o wzajemnej odległości od 10 do 30 cm (3,93 do 11,8 cali). W tym przypadku FML, który jest produkowany dla ESA przez GTM Structures BV (holenderska firma lotnicza), składa się z kilku cienkich warstw metalu połączonych razem materiałem kompozytowym.
W oparciu o ten najnowszy test FML wydaje się być odpowiedni do zapobiegania uszkodzeniom ISS i przyszłych stacji kosmicznych. Jak wskazał Benoit, on i jego koledzy muszą teraz przetestować tę osłonę na innych rodzajach misji orbitalnych. „Kolejnym krokiem byłoby przeprowadzenie demonstracji na orbicie w CubeSat, aby ocenić wydajność tych FML w środowisku orbitalnym” - powiedział.
I koniecznie obejrzyj ten film z Biura Orbital Debris Office:
