منذ الستينيات ، ترسل ناسا ووكالات فضائية أخرى المزيد والمزيد من الأشياء إلى المدار. بين المراحل المستنفدة من الصواريخ والمعززات المستهلكة والأقمار الصناعية التي أصبحت غير نشطة منذ ذلك الحين ، لم يكن هناك نقص في الأجسام الاصطناعية التي تطفو هناك. مع مرور الوقت ، خلق هذا مشكلة كبيرة (ومتنامية) من الحطام الفضائي ، مما يشكل تهديدًا خطيرًا لمحطة الفضاء الدولية (ISS) والأقمار الصناعية النشطة والمركبات الفضائية.
في حين أن القطع الأكبر من الحطام - التي تتراوح من قطر 5 سم (2 بوصة) إلى 1 متر (1.09 ياردة) - يتم مراقبتها بانتظام من قبل وكالة ناسا ووكالات فضائية أخرى ، إلا أن القطع الأصغر لا يمكن اكتشافها. إلى جانب مدى شيوع هذه القطع الصغيرة من الحطام ، فإن هذا يجعل الأشياء التي يبلغ حجمها حوالي 1 ملليمتر تهديدًا خطيرًا. ولمعالجة ذلك ، تعتمد المحطة الفضائية الدولية على أداة جديدة تعرف باسم مستشعر الحطام الفضائي (SDS).
يراقب مستشعر الارتطام المعاير هذا ، المثبت على الجزء الخارجي من المحطة ، التأثيرات الناتجة عن الحطام الفضائي الصغير الحجم. تم دمج المستشعر في محطة الفضاء الدولية في سبتمبر ، حيث سيقوم برصد التأثيرات للسنتين أو الثلاث سنوات القادمة. ستُستخدم هذه المعلومات لقياس وتوصيف بيئة الحطام المداري ومساعدة وكالات الفضاء على وضع تدابير مضادة إضافية.
يبلغ قياس SDS حوالي 1 متر مربع (~ 10.76 قدم مربع) ، ويتم تركيبه على موقع حمولة خارجي يواجه ناقل السرعة لمحطة الفضاء الدولية. يتكون المستشعر من طبقة أمامية رفيعة من Kapton - فيلم بوليميد يبقى مستقراً عند درجات الحرارة القصوى - تليها طبقة ثانية تقع خلفه 15 سم (5.9 بوصة). تم تجهيز طبقة Kapton الثانية بأجهزة استشعار صوتية وشبكة من الأسلاك المقاومة ، تليها طبقة خلفية مدمجة مستشعرة.
يسمح هذا التكوين للمستشعر بقياس حجم أي حطام صغير يتلامس معه وسرعته واتجاهه ووقته وطاقته. بينما تقيس المستشعرات الصوتية وقت ومكان اختراق الصدمة ، تقيس الشبكة التغيرات في المقاومة لتقديم تقديرات لحجم الارتطام. تقيس المستشعرات الموجودة في الجزء الخلفي للثقب أيضًا الحفرة الناتجة عن جهاز الارتطام ، والتي تُستخدم لتحديد سرعة أداة الارتطام.
ثم يتم فحص هذه البيانات من قبل العلماء في مرفق اختبار الرمال البيضاء في نيو مكسيكو وفي جامعة كينت في المملكة المتحدة ، حيث يتم إجراء اختبارات السرعة المفرطة في ظل ظروف خاضعة للرقابة. وكما قال الدكتور مارك بورشيل ، أحد الباحثين والمتعاونين في SDS من جامعة كينت ، لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
الفكرة هي جهاز متعدد الطبقات. تحصل على وقت وأنت تمر عبر كل طبقة. من خلال تثليث الإشارات في طبقة ، تحصل على موضع في تلك الطبقة. حتى مرتين ومواقف تعطي سرعة ... إذا كنت تعرف السرعة والاتجاه ، يمكنك الحصول على مدار الغبار ويمكن أن يخبرك ما إذا كان من المحتمل أن يأتي من الفضاء العميق (الغبار الطبيعي) أو في مدار أرضي مماثل للأقمار الصناعية ، فمن المحتمل أن يكون الحطام. كل هذا في الوقت الحقيقي لأنه إلكتروني. "
ستعمل هذه البيانات على تحسين السلامة على متن محطة الفضاء الدولية من خلال السماح للعلماء برصد مخاطر التصادمات وإنشاء تقديرات أكثر دقة لكيفية وجود الحطام الصغير الحجم في الفضاء. كما لوحظ ، يتم رصد القطع الأكبر من الحطام في المدار بانتظام. وتتكون هذه من حوالي 20000 قطعة بحجم كرة البيسبول و 50.000 قطعة بحجم قطعة الرخام.
ومع ذلك ، يركز SDS على الأشياء التي يتراوح قطرها بين 50 ميكرون و 1 مليمتر ، والتي يبلغ عددها بالملايين. على الرغم من صغرها ، فإن حقيقة أن هذه الأشياء تتحرك بسرعات تزيد عن 28000 كم / ساعة (17500 ميل في الساعة) تعني أنها لا تزال قادرة على إحداث أضرار كبيرة للأقمار الصناعية والمركبات الفضائية. من خلال القدرة على التعرف على هذه الأشياء وكيف يتغير سكانها في الوقت الفعلي ، ستتمكن وكالة ناسا من تحديد ما إذا كانت مشكلة الحطام المداري تزداد سوءًا.
إن معرفة وضع الحطام في الأعلى أمر جوهري أيضًا لإيجاد طرق لتخفيفه. لن يكون هذا مفيدًا فقط عندما يتعلق الأمر بالعمليات على متن محطة الفضاء الدولية ، ولكن في السنوات القادمة عندما ينتقل نظام إطلاق الفضاء (SLS) وكبسولة أوريون إلى الفضاء. وكما أضاف بورشيل ، فإن معرفة مدى احتمال الاصطدام ، وأنواع الضرر التي قد تسببها ، سيساعد على إرشاد تصميم المركبات الفضائية - خاصة فيما يتعلق بالدرع.
وقال: "عندما تعرف الخطر ، يمكنك تعديل تصميم المهام المستقبلية لحمايتها من التأثيرات ، أو تكون أكثر إقناعًا عندما تخبر مصنعي الأقمار الصناعية أن عليهم تقليل الحطام في المستقبل". "أو تعرف ما إذا كنت تحتاج حقًا للتخلص من الأقمار الصناعية / الخردة القديمة قبل أن تنفجر وتطلق مدارًا أرضيًا مع حطام صغير الحجم".
بالإضافة إلى كونه باحثًا مشاركًا في SDS ، فإن الدكتور Jer Chyi Liou هو أيضًا كبير علماء NASA للحطام المداري ومدير البرنامج لمكتب برنامج الحطام المداري في مركز جونسون للفضاء. كما شرح لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
تمثل أجسام الحطام المداري بحجم المليمتر أعلى مخاطر الاختراق إلى غالبية المركبات الفضائية العاملة في مدار أرضي منخفض (LEO). سوف تخدم مهمة SDS غرضين. أولاً ، ستجمع صحيفة بيانات السلامة بيانات مفيدة عن الحطام الصغير على ارتفاع محطة الفضاء الدولية. ثانيًا ، ستوضح البعثة قدرات SDS وتمكن وكالة ناسا من البحث عن فرص مهمة لجمع بيانات قياس مباشرة حول الحطام بحجم المليمترات على ارتفاعات أعلى من المدار الأرضي المنخفض في المستقبل - البيانات التي ستكون ضرورية لتقييم مخاطر تأثير الحطام المداري الموثوقة والتكلفة تدابير تخفيف فعالة لحماية البعثات الفضائية المستقبلية في المدار الأرضي المنخفض بشكل أفضل. "
تستند نتائج هذه التجربة إلى المعلومات السابقة التي حصل عليها برنامج مكوك الفضاء. عندما عادت المكوكات إلى الأرض ، قامت فرق من المهندسين بفحص الأجهزة التي تعرضت لتصادم لتحديد حجم وسرعة تأثير الحطام. كما تحقق SDS من صلاحية تقنية مستشعر الارتطام للمهام المستقبلية على ارتفاعات أعلى ، حيث تكون مخاطر الحطام على المركبات الفضائية أكبر من ارتفاع ISS.
