Kể từ những năm 1960, NASA và các cơ quan không gian khác đã gửi ngày càng nhiều thứ vào quỹ đạo. Giữa các giai đoạn dành cho tên lửa, dành cho tên lửa đẩy và vệ tinh đã không hoạt động, có một loạt các vật thể nhân tạo trôi nổi trên đó. Theo thời gian, điều này đã tạo ra vấn đề đáng kể (và đang gia tăng) của các mảnh vỡ không gian, gây ra mối đe dọa nghiêm trọng cho Trạm vũ trụ quốc tế (ISS), các vệ tinh và tàu vũ trụ hoạt động.
Trong khi các mảnh vụn lớn hơn - có đường kính từ 5 cm (2 inch) đến 1 mét (1,09 yard) - thường xuyên được NASA và các cơ quan không gian khác theo dõi, thì các mảnh nhỏ hơn không thể phát hiện được. Kết hợp với mức độ phổ biến của các mảnh vụn nhỏ này, điều này làm cho các vật thể có kích thước khoảng 1 milimet trở thành mối đe dọa nghiêm trọng. Để giải quyết vấn đề này, ISS đang dựa vào một thiết bị mới được gọi là Cảm biến mảnh vỡ không gian (SDS).
Cảm biến tác động được hiệu chỉnh này, được gắn ở bên ngoài nhà ga, giám sát các tác động gây ra bởi các mảnh vụn không gian quy mô nhỏ. Cảm biến được tích hợp vào ISS vào tháng 9, nơi nó sẽ theo dõi các tác động trong hai đến ba năm tới. Thông tin này sẽ được sử dụng để đo lường và mô tả môi trường các mảnh vỡ quỹ đạo và giúp các cơ quan không gian phát triển các biện pháp đối phó bổ sung.
Đo khoảng 1 mét vuông (~ 10,76 ft²), SDS được gắn trên một trang web tải trọng bên ngoài phải đối mặt với vectơ vận tốc của ISS. Cảm biến bao gồm một lớp Kapton mỏng phía trước - một màng polyimide vẫn ổn định ở nhiệt độ cực cao - tiếp theo là lớp thứ hai nằm 15 cm (5,9 inch) phía sau nó. Lớp Kapton thứ hai này được trang bị các cảm biến âm thanh và một lưới các dây điện trở, theo sau là một backstop nhúng cảm biến.
Cấu hình này cho phép cảm biến đo kích thước, tốc độ, hướng, thời gian và năng lượng của bất kỳ mảnh vỡ nhỏ nào mà nó tiếp xúc. Trong khi các cảm biến âm thanh đo thời gian và vị trí của một tác động xuyên thấu, lưới đo các thay đổi về điện trở để cung cấp các ước tính kích thước của vật va chạm. Các cảm biến trong backstop cũng đo lỗ được tạo ra bởi một bộ va chạm, được sử dụng để xác định vận tốc của bộ va chạm.
Dữ liệu này sau đó được kiểm tra bởi các nhà khoa học tại Cơ sở thử nghiệm White Sands ở New Mexico và tại Đại học Kent ở Anh, nơi các xét nghiệm giảm huyết áp được tiến hành trong các điều kiện được kiểm soát. Như Tiến sĩ Mark Burchell, một trong những điều tra viên và cộng tác viên của SDS từ Đại học Kent, nói với Tạp chí Không gian qua email:
Ý tưởng là một thiết bị nhiều lớp. Bạn có một thời gian khi bạn đi qua từng lớp. Bằng cách tam giác tín hiệu trong một lớp, bạn có được vị trí trong lớp đó. Vì vậy, hai lần và vị trí cho một vận tốc Nếu bạn biết tốc độ và hướng bạn có thể nhận được quỹ đạo của bụi và điều đó có thể cho bạn biết nếu nó có khả năng đến từ không gian sâu (bụi tự nhiên) hoặc ở trong quỹ đạo trái đất tương tự vệ tinh thì rất có thể là mảnh vỡ. Tất cả điều này trong thời gian thực vì nó là điện tử.
Dữ liệu này sẽ cải thiện sự an toàn trên ISS bằng cách cho phép các nhà khoa học giám sát các rủi ro va chạm và tạo ra các ước tính chính xác hơn về cách các mảnh vỡ quy mô nhỏ tồn tại trong không gian. Theo ghi nhận, các mảnh vụn lớn hơn trên quỹ đạo được theo dõi thường xuyên. Chúng bao gồm khoảng 20.000 vật thể có kích thước bằng một quả bóng chày và thêm 50.000 vật thể có kích thước bằng một viên bi.
Tuy nhiên, SDS tập trung vào các vật thể có đường kính từ 50 micron đến 1 milimet, con số này lên tới hàng triệu. Mặc dù nhỏ bé, việc các vật thể này di chuyển với tốc độ hơn 28.000 km / h (17.500 dặm / giờ) có nghĩa là chúng vẫn có thể gây ra thiệt hại đáng kể cho các vệ tinh và tàu vũ trụ. Bằng cách có thể hiểu được các vật thể này và cách dân số của chúng thay đổi theo thời gian thực, NASA sẽ có thể xác định xem vấn đề về các mảnh vỡ quỹ đạo có trở nên tồi tệ hơn không.
Biết những gì các tình huống mảnh vỡ là như thế nào cũng có bản chất để tìm cách giảm thiểu nó. Điều này sẽ không chỉ hữu ích khi vận hành ISS, mà trong những năm tới khi Hệ thống phóng không gian (SLS) và viên nang Orion lên vũ trụ. Như Burchell nói thêm, việc biết khả năng va chạm sẽ như thế nào, và loại thiệt hại nào chúng có thể gây ra, sẽ giúp thông báo cho thiết kế tàu vũ trụ - đặc biệt là vấn đề che chắn.
Ông nói rằng bạn biết nguy cơ bạn có thể điều chỉnh thiết kế của các nhiệm vụ trong tương lai để bảo vệ chúng khỏi các tác động, hoặc bạn có sức thuyết phục hơn khi nói với các nhà sản xuất vệ tinh rằng họ phải tạo ra ít mảnh vỡ hơn trong tương lai, ông nói. Bạn có thể biết nếu bạn thực sự cần phải loại bỏ các vệ tinh / rác cũ trước khi nó vỡ ra và xuất hiện quỹ đạo trái đất với các mảnh vỡ cỡ mm.
Tiến sĩ Jer Chyi Liou, ngoài việc là điều tra viên của SDS, còn là Nhà khoa học trưởng của NASA về mảnh vỡ quỹ đạo và Giám đốc chương trình cho Văn phòng chương trình mảnh vỡ quỹ đạo tại Trung tâm vũ trụ Johnson. Như ông đã giải thích với Tạp chí Vũ trụ qua email:
Các vật thể mảnh vỡ quỹ đạo cỡ milimet đại diện cho nguy cơ thâm nhập cao nhất đến phần lớn tàu vũ trụ hoạt động trên quỹ đạo Trái đất thấp (LEO). Nhiệm vụ SDS sẽ phục vụ hai mục đích. Đầu tiên, SDS sẽ thu thập dữ liệu hữu ích về các mảnh vỡ nhỏ ở độ cao ISS. Thứ hai, sứ mệnh sẽ chứng minh khả năng của SDS và cho phép NASA tìm kiếm cơ hội nhiệm vụ để thu thập dữ liệu đo trực tiếp trên các mảnh vỡ cỡ milimet ở độ cao LEO cao hơn trong tương lai - dữ liệu sẽ cần cho các đánh giá rủi ro về mảnh vỡ quỹ đạo đáng tin cậy các biện pháp giảm thiểu hiệu quả để bảo vệ tốt hơn các sứ mệnh không gian trong tương lai trong LEO.
Các kết quả từ thí nghiệm này dựa trên thông tin trước đó có được từ chương trình Tàu con thoi. Khi các tàu con thoi quay trở lại Trái đất, các nhóm kỹ sư đã kiểm tra phần cứng trải qua các vụ va chạm để xác định kích thước và vận tốc va chạm của các mảnh vỡ. SDS cũng đang xác nhận tính khả thi của công nghệ cảm biến tác động cho các nhiệm vụ trong tương lai ở độ cao cao hơn, nơi rủi ro từ các mảnh vỡ đến tàu vũ trụ lớn hơn ở độ cao ISS.
