منذ الستينيات من القرن الماضي ، كانت وكالة ناسا ووكالات الفضاء الأخرى ترسل المزيد والمزيد من الأشياء إلى المدار. بين المراحل المستهلكة من الصواريخ والمعززات المستهلكة والأقمار الصناعية التي أصبحت غير نشطة منذ ذلك الحين ، لم يكن هناك نقص في الأجسام الاصطناعية التي تطفو هناك. بمرور الوقت ، أدى ذلك إلى ظهور مشكلة كبيرة (ومتنامية) تتعلق بالحطام الفضائي ، والتي تشكل تهديدًا خطيرًا لـ محطة الفضاء الدولية (ISS) والأقمار الصناعية النشطة والمركبات الفضائية.
في حين أن القطع الأكبر من الحطام - التي يتراوح قطرها من 5 سم (2 بوصة) إلى متر واحد (1.09 ياردة) - يتم رصدها بانتظام من قبل وكالة ناسا ووكالات الفضاء الأخرى ، فإن القطع الأصغر لا يمكن اكتشافها. إلى جانب مدى شيوع هذه القطع الصغيرة من الحطام ، فإن هذا يجعل الأشياء التي يبلغ حجمها حوالي 1 ملم تهديدًا خطيرًا. لمعالجة هذا الأمر ، تعتمد محطة الفضاء الدولية على أداة جديدة تُعرف باسم مستشعر الحطام الفضائي (SDS).
يراقب مستشعر الاصطدام المعاير ، والمُركب على السطح الخارجي للمحطة ، التأثيرات الناجمة عن الحطام الفضائي الصغير الحجم. تم دمج المستشعر في محطة الفضاء الدولية مرة أخرى في سبتمبر ، حيث سيراقب التأثيرات على مدار العامين إلى الثلاثة أعوام القادمة. ستُستخدم هذه المعلومات لقياس بيئة الحطام المداري وتوصيفها ومساعدة وكالات الفضاء على تطوير تدابير مضادة إضافية.
محطة الفضاء الدولية (ISS) ، تظهر هنا مع الأرض كخلفية. الائتمان: ناسا
تبلغ مساحتها حوالي 1 متر مربع (حوالي 10.76 قدمًا مربعًا) ، ويتم تركيب SDS على موقع حمولة خارجي يواجه متجه السرعة لمحطة الفضاء الدولية. يتكون المستشعر من طبقة أمامية رفيعة من Kapton - فيلم بوليميد يظل ثابتًا في درجات الحرارة القصوى - يتبعه طبقة ثانية تقع خلفه 15 سم (5.9 بوصة). تم تجهيز طبقة Kapton الثانية هذه بأجهزة استشعار صوتية وشبكة من الأسلاك المقاومة ، تليها دعامة محسّسة مدمجة.
يسمح هذا التكوين لجهاز الاستشعار بقياس الحجم والسرعة والاتجاه والوقت والطاقة لأي حطام صغير يتلامس معه. بينما تقيس المستشعرات الصوتية وقت وموقع التأثير المخترق ، تقيس الشبكة التغيرات في المقاومة لتوفير تقديرات لحجم المصادم. تقوم المستشعرات الموجودة في الدعامة أيضًا بقياس الفتحة الناتجة عن المصادم ، والتي تُستخدم لتحديد سرعة المصادم.
ثم يتم فحص هذه البيانات من قبل العلماء في مرفق اختبار الرمال البيضاء في نيو مكسيكو وفي جامعة كنت في المملكة المتحدة ، حيث يتم إجراء اختبارات السرعة الفائقة في ظل ظروف خاضعة للرقابة. كما قال الدكتور مارك بورشيل ، أحد الباحثين المشاركين والمتعاونين في SDS من جامعة كنت ، لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
'الفكرة عبارة عن جهاز متعدد الطبقات. تحصل على وقت عندما تمر عبر كل طبقة. عن طريق تثليث الإشارات في طبقة تحصل على موضع في تلك الطبقة. لذا فإن المرتين والموضعين يعطيان سرعة ...إذا كنت تعرف السرعة والاتجاه ، يمكنك الحصول على مدار الغبار ويمكن أن يخبرك ذلك ما إذا كان من المحتمل أن يأتي من الفضاء السحيق (الغبار الطبيعي) أو أنه في مدار أرضي مشابه للأقمار الصناعية ، فمن المحتمل أن يكون الحطام. كل هذا في الوقت الحقيقي لأنه إلكتروني '.
الرقاقة الموجودة في نافذة القبة بمحطة الفضاء الدولية ، التي صورها رائد الفضاء تيم بيك. الائتمان: وكالة الفضاء الأوروبية / ناسا / تيم بيك
ستعمل هذه البيانات على تحسين السلامة على متن محطة الفضاء الدولية من خلال السماح للعلماء بمراقبة مخاطر الاصطدام وإنشاء تقديرات أكثر دقة لكيفية وجود الحطام الصغير في الفضاء. كما لوحظ ، يتم رصد القطع الأكبر من الحطام في المدار بانتظام. تتكون هذه العناصر من حوالي 20000 عنصر بحجم كرة البيسبول ، و 50000 عنصر إضافي بحجم كرة الرخام.
ومع ذلك ، فإن SDS يركز على الأشياء التي يتراوح قطرها بين 50 ميكرون و 1 مليمتر ، والتي يبلغ عددها بالملايين. على الرغم من ضآلتها ، إلا أن حقيقة أن هذه الأجسام تتحرك بسرعة تزيد عن 28000 كم / ساعة (17500 ميل في الساعة) تعني أنها لا تزال قادرة على التسبب في أضرار كبيرة للأقمار الصناعية والمركبات الفضائية. من خلال القدرة على التعرف على هذه الأجسام وكيف يتغير سكانها في الوقت الفعلي ، ستتمكن ناسا من تحديد ما إذا كانت مشكلة الحطام المداري تزداد سوءًا.
إن معرفة شكل وضع الحطام هناك أمر جوهري لإيجاد طرق للتخفيف من حدته. لن يكون هذا مفيدًا فقط عندما يتعلق الأمر بالعمليات على متن محطة الفضاء الدولية ، ولكن في السنوات القادمة عندما ينتقل نظام الإطلاق الفضائي (SLS) وكبسولة أوريون إلى الفضاء. كما أضاف بورشيل ، فإن معرفة مدى احتمالية حدوث الاصطدامات ، وأنواع الأضرار التي قد تسببها ، سيساعد في إعلام تصميم المركبة الفضائية - لا سيما فيما يتعلق بالتدريع.
قال: 'عندما تعرف الخطر ، يمكنك تعديل تصميم المهام المستقبلية لحمايتها من التأثيرات ، أو تكون أكثر إقناعًا عندما تخبر مصنعي الأقمار الصناعية أنه يتعين عليهم إنشاء حطام أقل في المستقبل'. 'أو تعرف ما إذا كنت تحتاج حقًا إلى التخلص من الأقمار الصناعية القديمة / غير المرغوب فيه قبل أن تتكسر وتغمر مدار الأرض بحطام صغير بمقاس مم.'
الجزء الداخلي من النطاق الباليستي فائق السرعة في مركز أبحاث أميس التابع لوكالة ناسا. يستخدم هذا الاختبار لمحاكاة ما يحدث عندما تصطدم قطعة من الحطام المداري بمركبة فضائية في المدار. الائتمان: ناسا / أميس
الدكتور جير تشي ليو ، بالإضافة إلى كونه باحثًا مشاركًا في SDS ، هو أيضًا كبير العلماء في وكالة ناسا للحطام المداري ومدير برنامج مكتب برنامج الحطام المداري في مركز جونسون للفضاء. كما أوضح لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
'تمثل أجسام الحطام المداري التي يبلغ حجمها مليمترًا أعلى مخاطر الاختراق بالنسبة لغالبية المركبات الفضائية العاملة في مدار أرضي منخفض (المدار الأرضي المنخفض). مهمة SDS تخدم غرضين. أولاً ، ستجمع SDS بيانات مفيدة عن الحطام الصغير على ارتفاع محطة الفضاء الدولية. ثانيًا ، ستوضح المهمة قدرات نظام SDS وتمكين وكالة ناسا من البحث عن فرص مهمة لجمع بيانات القياس المباشر عن الحطام بحجم مليمتر في ارتفاعات أعلى في المدار الأرضي المنخفض في المستقبل - البيانات التي ستكون مطلوبة لإجراء تقييمات موثوقة لمخاطر تأثير الحطام المداري والتكلفة - تدابير التخفيف الفعالة لتوفير حماية أفضل للبعثات الفضائية المستقبلية في المدار الأرضي المنخفض. '
تستند نتائج هذه التجربة إلى المعلومات السابقة التي حصل عليها برنامج المكوك الفضائي. عندما عادت المكوكات إلى الأرض ، قامت فرق من المهندسين بفحص الأجهزة التي تعرضت للتصادم لتحديد حجم وسرعة تأثير الحطام. تعمل SDS أيضًا على التحقق من صلاحية تقنية مستشعرات الاصطدام للبعثات المستقبلية على ارتفاعات أعلى ، حيث تكون المخاطر من الحطام إلى المركبات الفضائية أكبر من ارتفاع محطة الفضاء الدولية.
قراءة متعمقة: ناسا