Dugi niz godina prostor se opisuje kao ogromno, gotovo prazno okruženje.
Ali u stvarnosti, Zemljina orbita govori sasvim drugačiju priču.
>Postaje sve gušći, brz-i nepredvidiv.
Prema NASA-i, više od 500.000 komada svemirskog otpada trenutno kruži oko Zemlje. To uključuje neispravne satelite, fragmente sudara i preostale komponente za lansiranje.
Svi oni putuju brzinama do 28.000 km/h, dovoljno brzo da izazovu ozbiljna oštećenja operativnih svemirskih letjelica.
A zabrinutost više nije teoretska.
Zašto je svemirski otpad postao kritični inženjerski izazov
Prostor više nije "prazan".
Za satelitske operatere i svemirske inženjere, to je postalo visoko{0}}operativno okruženje visokog rizika.
Čak i mali fragmenti mogu:
- oštetiti satelitske panele
- probušena zaštita svemirske letjelice
- prijete Međunarodnoj svemirskoj stanici
- prisilno hitno prilagođavanje orbite
NASA je naglasila da najveća opasnost dolazi od krhotina koji se ne mogu pratiti-, koji se ne mogu kontinuirano pratiti, ali i dalje nose destruktivnu energiju.
Drugim riječima:
>Najveći rizik je ono što ne možemo vidjeti na vrijeme.
Postojeći pristupi: praćenje i izbjegavanje
Trenutno se svemirske agencije oslanjaju na dvije glavne strategije.
1. Orbitalni sistemi za praćenje
NASA i Ministarstvo odbrane SAD vode vrlo detaljne kataloge poznatih orbitalnih objekata.
Ovo omogućava inženjerima da predvide potencijalne rizike od sudara.
2. Manevri izbjegavanja sudara
Sateliti i svemirske letjelice opremljene su ugrađenim-sistemima koji mogu prilagoditi putanje orbite kada se otkrije rizik od sudara.
Međutim, oba pristupa dijele ograničenje:
>Izbjegavaju ostatke-ali ih ne uklanjaju.
Inovativni pristup Japana: Koncept svemirske "ribolovne mreže".
Japanska vazduhoplovna agencija JAXA istražuje drugačije rešenje.
Umjesto samo praćenja krhotina, ideja je da se oni aktivno uklanjaju.
Da bi razvila ovaj koncept, JAXA se udružila s neočekivanim stručnjakom iz industrije:
>Japanski proizvođač ribarskih mreža sa preko 100 godina iskustva u inženjeringu mreža.
Saradnja je dovela do razvoja elektrodinamičkog priveznog sistema.
Zanimljivo je da u lancu nabavke industrijskih materijala iza tako-aero-kosmičkih komponenti visokih performansi, kompanije kao što je Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. također podržavaju srodne inženjerske industrije tako što isporučuju napredne materijale od legura kao što su Inconel, nehrđajući čelik i visoke-uobičajene legure nikla-bazirane na nikla-uobičajenim{4}}kosmičkim legurama koje se upotrebljavaju na visokim temperaturama{5}, a koje se{5} koriste na visokim temperaturama okruženja.
Elektrodinamički Tether sistem
Struktura koju je razvila JAXA podsjeća na dugačku, tanku mrežu koja vuče iza svemirske letjelice.
Iako nije tradicionalnog oblika, dijeli ključni koncept:
>Fleksibilna,{0}}mrežasta struktura visoke čvrstoće dizajnirana za interakciju s vanjskim objektima u orbiti.
JAXA je izabrala mrežasti dizajn umjesto jednog kabela iz jednog važnog razloga:
veća otpornost na lomljenje
bolja izdržljivost u uslovima udara
poboljšana pouzdanost u svemirskim okruženjima
Tu je stručnost Nitto Seimo, proizvođača mreža za pecanje, postala vrijedna.
Kako sistem radi
Sistem ne "hvata" ostatke fizički u tradicionalnom smislu.
Umjesto toga, koristi Zemljino elektromagnetno okruženje.
Korak 1: Postavljanje
Svemirska letjelica iza sebe pušta dugu uzicu, u početku dugačku oko 700 metara.
Korak 2: Emisija elektrona
Ugrađeni emiter elektrona ispušta nabijene čestice u svemir.
Korak 3: Električna interakcija
Tether skuplja ove elektrone i postaje električni nabijen.
Korak 4: Elektromagnetski otpor
Nabijeni privez je u interakciji sa Zemljinim magnetnim poljem, stvarajući kočionu silu.
Korak 5: Orbitalni raspad
Svemirski otpad postepeno usporava i kreće se u nižu orbitu.
Korak 6: Atmosferski Re-ulazak
Na kraju, krhotine ulaze u Zemljinu atmosferu i bezbedno sagorevaju.
Skaliranje tehnologije
Trenutne eksperimentalne verzije su još u razvoju.
Prema rečima inženjera uključenih u projekat:
trenutna dužina priveznice: ~700 metara
budući zahtjevi: 5.000 do 10.000 metara
Duži privezi bi značajno povećali efikasnost kočenja i sposobnost uklanjanja krhotina.
JAXA je već sprovela više testnih misija, uključujući:
eksperimentalna implementacija iz 2014
test iz 2016. integriran sa misijom opskrbe ISS-a
Dugoročni-cilj je potpuno operativan sistem za uklanjanje otpada.
Inženjerska perspektiva: Zašto je ovo važno
Svemirska infrastruktura sve više zavisi od:
- komunikacionih satelita
- navigacioni sistemi
- Platforme za posmatranje Zemlje
- svemirske{0}}mreže
Kako se orbitalna zagušenja povećavaju, raste i rizik od lančanih sudara.
Ovo stvara dugoročan-inženjerski izazov:
>Kako aktivno održavamo sigurno orbitalno okruženje?
Ako budu uspješni, elektrodinamički privezni sistemi mogli bi postati dio globalne orbitalne infrastrukture za održavanje.
Inženjering materijala iza svemirskih sistema
Dok se orbitalni sistemi za uklanjanje krhotina fokusiraju na avio-svemirski inženjering, njihov učinak također u velikoj mjeri ovisi o naprednim materijalima.
Legure velike{0}}vrste, -čelici otporni na koroziju i materijali na bazi nikla-se široko koriste u:
- strukturne komponente svemirskog broda
- satelitski sistemi za podršku
- visoko{0}}vazdušno-svemirska okruženja
- sklopovi koji se odnose na{0}}pogon
Na primjer, Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. pruža industrijske materijale-kao što su nehrđajući čelik, dupleks nehrđajući čelik, inkonel i druge legure na bazi nikla- koje se obično koriste u zahtjevnim inženjerskim aplikacijama gdje su čvrstoća, stabilnost i toplinska otpornost kritični.
Final Thoughts
Japanski koncept svemirske mreže predstavlja promjenu u razmišljanju.
Od pasivnog izbjegavanja:
>"Kako da izbjegnemo svemirski otpad?"
Za aktivnu intervenciju:
>"Kako da očistimo Zemljinu orbitu?"
Iako je još uvijek u eksperimentalnoj fazi, sistem pokazuje kako interdisciplinarna inovacija-kombinacija zrakoplovnog inženjeringa, elektromagnetne teorije, pa čak i tradicionalne proizvodnje mreža za pecanje-može riješiti jedan od najhitnijih problema istraživanja svemira.
Kako orbitalni promet nastavlja rasti, ovakva rješenja mogu postati neophodna infrastruktura za održavanje sigurnog svemirskog okruženja za buduće misije.
