Dagli anni '60, la NASA e altre agenzie spaziali inviano sempre più cose in orbita. Tra le fasi esaurite di razzi, amplificatori usati e satelliti che da allora sono diventati inattivi, non vi è stata carenza di oggetti artificiali che galleggiano lassù. Nel tempo, ciò ha creato il problema significativo (e crescente) dei detriti spaziali, che rappresenta una grave minaccia per la Stazione Spaziale Internazionale (ISS), i satelliti attivi e i veicoli spaziali.
Mentre i pezzi più grandi di detriti - che vanno da 5 cm (2 pollici) a 1 metro (1,09 iarde) di diametro - sono regolarmente monitorati dalla NASA e da altre agenzie spaziali, i pezzi più piccoli non sono rilevabili. In combinazione con quanto comuni sono questi piccoli frammenti di detriti, questo rende gli oggetti che misurano circa 1 millimetro di dimensioni una seria minaccia. Per ovviare a questo, l'ISS si affida a un nuovo strumento noto come Space Debris Sensor (SDS).
Questo sensore di impatto calibrato, montato all'esterno della stazione, monitora gli impatti causati da detriti spaziali su piccola scala. Il sensore è stato incorporato nell'ISS a settembre, dove monitorerà gli impatti per i prossimi due o tre anni. Queste informazioni verranno utilizzate per misurare e caratterizzare l'ambiente dei detriti orbitali e aiutare le agenzie spaziali a sviluppare ulteriori contromisure.
Misura circa 1 metro quadrato (~ 10.76 ft²), la SDS è montata su un sito di carico utile esterno che si affaccia sul vettore di velocità dell'ISS. Il sensore è costituito da un sottile strato frontale di Kapton - un film di poliimmide che rimane stabile a temperature estreme - seguito da un secondo strato situato a 15 cm (5,9 pollici) dietro di esso. Questo secondo strato di Kapton è dotato di sensori acustici e una griglia di fili resistivi, seguita da un backstop con sensore incorporato.
Questa configurazione consente al sensore di misurare le dimensioni, la velocità, la direzione, il tempo e l'energia di qualsiasi piccolo detrito con cui viene a contatto. Mentre i sensori acustici misurano il tempo e la posizione di un impatto penetrante, la griglia misura i cambiamenti di resistenza per fornire stime delle dimensioni del dispositivo di simulazione. I sensori nel backstop misurano anche il foro creato da un dispositivo di simulazione, che viene utilizzato per determinare la velocità del dispositivo di simulazione.
Questi dati vengono quindi esaminati dagli scienziati presso il White Sands Test Facility nel New Mexico e presso l'Università del Kent nel Regno Unito, dove vengono condotti test di ipervelocità in condizioni controllate. Come ha dichiarato il Dr. Mark Burchell, uno dei co-investigatori e collaboratori della SDS dell'Università del Kent, via e-mail:
“L'idea è un dispositivo multistrato. Passa un po 'di tempo attraversando ogni livello. Triangolando i segnali in un livello si ottiene la posizione in quel livello. Quindi due volte e posizioni danno una velocità ... Se conosci la velocità e la direzione puoi ottenere l'orbita della polvere e questo può dirti se probabilmente proviene dallo spazio profondo (polvere naturale) o è in un'orbita terrestre simile ai satelliti, quindi è probabile che siano detriti. Tutto questo in tempo reale in quanto è elettronico. "
Questi dati miglioreranno la sicurezza a bordo della ISS consentendo agli scienziati di monitorare i rischi di collisioni e generare stime più accurate di come esistono detriti su piccola scala nello spazio. Come notato, i più grandi frammenti di detriti in orbita sono monitorati regolarmente. Si tratta di circa 20.000 oggetti che hanno le dimensioni di una palla da baseball e altri 50.000 che hanno le dimensioni di un marmo.
Tuttavia, la SDS è focalizzata su oggetti che hanno un diametro compreso tra 50 micron e 1 millimetro, che si contano in milioni. Sebbene minuscolo, il fatto che questi oggetti si muovano a una velocità superiore a 28.000 km / h (17.500 mph) significa che possono ancora causare danni significativi ai satelliti e ai veicoli spaziali. Potendo avere un'idea di questi oggetti e di come la loro popolazione sta cambiando in tempo reale, la NASA sarà in grado di determinare se il problema dei detriti orbitali sta peggiorando.
Sapere com'è la situazione dei detriti lassù è anche intrinseco nel trovare modi per mitigarla. Questo non solo sarà utile quando si tratta di operazioni a bordo della ISS, ma nei prossimi anni quando lo Space Launch System (SLS) e la capsula Orion saliranno nello spazio. Come ha aggiunto Burchell, sapere quanto saranno probabili le collisioni e quali tipi di danni possono causare, aiuterà a informare la progettazione di veicoli spaziali, in particolare per quanto riguarda la schermatura.
"[O] sapendo il pericolo che è possibile regolare il progetto delle future missioni per proteggerle dagli impatti, o si è più persuasivi quando si dice ai produttori di satelliti che dovranno creare meno detriti in futuro", ha detto. "O sai se hai davvero bisogno di sbarazzarti dei vecchi satelliti / spazzatura prima che si rompano e faccia piovere l'orbita terrestre con detriti su piccola scala mm."
Il Dr. Jer Chyi Liou, oltre ad essere un co-investigatore sulla SDS, è anche Chief Scientist della NASA per i detriti orbitali e Program Manager per l'Orbital Debris Program Office presso il Johnson Space Center. Come ha spiegato a Space Magazine via e-mail:
“Gli oggetti di detriti orbitali di dimensioni millimetriche rappresentano il rischio di penetrazione più elevato alla maggior parte dei veicoli operativi in orbita terrestre bassa (LEO). La missione SDS avrà due scopi. Innanzitutto, la SDS raccoglierà dati utili su piccoli detriti all'altitudine ISS. In secondo luogo, la missione dimostrerà le capacità della SDS e consentirà alla NASA di cercare opportunità di missione per raccogliere dati di misurazione diretti su detriti di dimensioni millimetriche ad altitudini LEO più elevate in futuro, dati che saranno necessari per valutazioni e costi del rischio di impatto dei detriti orbitali affidabili misure di mitigazione efficaci per proteggere meglio le future missioni spaziali nel LEO ".
I risultati di questo esperimento si basano su informazioni precedenti ottenute dal programma Space Shuttle. Quando le navette sono tornate sulla Terra, team di ingegneri hanno ispezionato l'hardware che ha subito collisioni per determinare le dimensioni e la velocità di impatto dei detriti. La SDS sta inoltre convalidando la fattibilità della tecnologia dei sensori di impatto per le future missioni ad altitudini più elevate, dove i rischi dai detriti ai veicoli spaziali sono maggiori rispetto all'altitudine ISS.
