Sau sáu mươi năm các cơ quan vũ trụ gửi tên lửa, vệ tinh và các nhiệm vụ khác vào quỹ đạo, các mảnh vỡ không gian đã trở thành một mối quan tâm ngày càng tăng. Không chỉ có những mảnh rác lớn có thể lấy ra một con tàu vũ trụ trong một cú đánh duy nhất, mà còn có vô số mảnh vụn nhỏ di chuyển với tốc độ rất cao. Các mảnh vỡ này gây ra mối đe dọa nghiêm trọng cho Trạm vũ trụ quốc tế (ISS), các vệ tinh tích cực và các nhiệm vụ phi hành đoàn trong tương lai trên quỹ đạo.
Vì lý do này, Cơ quan Vũ trụ châu Âu đang tìm cách phát triển các mảnh vỡ tốt hơn để che chắn cho ISS và các thế hệ tàu vũ trụ trong tương lai. Dự án này, được hỗ trợ thông qua Chương trình công nghệ hỗ trợ chung ESA, gần đây đã tiến hành các thử nghiệm đạn đạo xem xét hiệu quả của các tấm kim loại sợi mới (FML), có thể thay thế tấm chắn nhôm trong những năm tới.
Để phá vỡ nó, bất kỳ và tất cả các nhiệm vụ quỹ đạo - có thể là vệ tinh hoặc trạm vũ trụ - cần phải chuẩn bị cho nguy cơ va chạm tốc độ cao với các vật thể nhỏ. Điều này bao gồm khả năng va chạm với rác vũ trụ do con người tạo ra, nhưng cũng bao gồm nguy cơ thiệt hại vật thể siêu nhỏ (MMOD). Chúng đặc biệt đe dọa trong các đợt thiên thạch theo mùa dữ dội, như Leonids.
Trong khi các mảnh vụn quỹ đạo lớn hơn - có đường kính từ 5 cm (2 inch) đến 1 mét (1,09 yard) - thường xuyên được NASA và Văn phòng Mảnh vỡ Không gian ESA theo dõi, thì các mảnh nhỏ hơn không thể phát hiện được - khiến chúng đặc biệt đe dọa. Để làm cho vấn đề tồi tệ hơn, va chạm giữa các mảnh vụn có thể gây ra nhiều hơn để hình thành, một hiện tượng được gọi là Hiệu ứng Kessler.
Và vì sự hiện diện của loài người, quỹ đạo gần Trái đất (NEO) chỉ tăng lên, với hàng ngàn vệ tinh, môi trường sống trong vũ trụ và các nhiệm vụ phi hành đoàn được lên kế hoạch cho những thập kỷ tới, do đó, các mảnh vỡ quỹ đạo ngày càng tăng do đó có nguy cơ gia tăng. Như kỹ sư Andreas Tesch đã giải thích:
Những mảnh vỡ như vậy có thể rất nguy hiểm vì tốc độ va chạm cao của chúng nhiều km mỗi giây. Các mảnh vụn lớn hơn ít nhất có thể được theo dõi để các tàu vũ trụ lớn như Trạm vũ trụ quốc tế có thể di chuyển ra khỏi đường, nhưng các mảnh nhỏ hơn 1 cm rất khó phát hiện khi sử dụng radar - và các vệ tinh nhỏ hơn thường có ít cơ hội hơn để tránh va chạm .
Để xem cách che chắn mới của chúng sẽ giữ các mảnh vụn vũ trụ, một nhóm các nhà nghiên cứu ESA gần đây đã tiến hành một thử nghiệm trong đó một viên đạn nhôm đường kính 2,8 mm được bắn vào mẫu khiên tàu vũ trụ - kết quả được quay bằng camera tốc độ cao . Với kích thước này và với tốc độ 7 km / giây, viên đạn mô phỏng hiệu quả năng lượng va chạm mà một mảnh vụn nhỏ sẽ có như thể nó tiếp xúc với ISS.
Như nhà nghiên cứu Benoit Bonvoisin đã giải thích trong thông cáo báo chí gần đây của ESA:
Chúng tôi đã sử dụng một khẩu súng khí tại Viện Đức Fraunhofer cho Động lực tốc độ cao để thử nghiệm một vật liệu mới được xem xét để che chắn tàu vũ trụ chống lại các mảnh vỡ không gian. Dự án của chúng tôi đã nghiên cứu các loại laminate kim loại sợi khác nhau do GTM Structures sản xuất cho chúng tôi, đó là một số lớp kim loại mỏng được liên kết với nhau bằng vật liệu composite.
Như bạn có thể thấy từ video (được đăng ở trên), viên đạn nhôm rắn xuyên qua tấm khiên nhưng sau đó vỡ ra thành một mảnh vỡ và hơi nước, dễ dàng hơn nhiều cho lớp áo giáp tiếp theo có thể bắt hoặc làm chệch hướng. Đây là thông lệ tiêu chuẩn khi xử lý các mảnh vụn không gian và MMOD, trong đó nhiều tấm khiên được xếp lại với nhau để hấp thụ và nắm bắt tác động để nó không xâm nhập vào thân tàu.
Một biến thể phổ biến của cái này được gọi là ‘Whíp khiên, ban đầu được tạo ra để bảo vệ chống lại bụi sao chổi. Tấm chắn này bao gồm hai lớp, cản và tường phía sau, với khoảng cách lẫn nhau từ 10 đến 30 cm (3,93 đến 11,8 inch). Trong trường hợp này, FML, được sản xuất cho ESA bởi GTM Structures BV (một công ty hàng không vũ trụ có trụ sở tại Hà Lan), bao gồm một số lớp kim loại mỏng được liên kết với nhau bằng vật liệu composite.
Dựa trên thử nghiệm mới nhất này, FML dường như rất phù hợp trong việc ngăn chặn thiệt hại cho ISS và các trạm không gian trong tương lai. Như Benoit đã chỉ ra, giờ đây anh và các đồng nghiệp của mình cần thử nghiệm sự che chắn này trên các loại nhiệm vụ quỹ đạo khác. Bước tiếp theo sẽ là thực hiện trình diễn trên quỹ đạo trong CubeSat, để đánh giá hiệu quả của các FML này trong môi trường quỹ đạo, ông nói.
Và hãy chắc chắn thưởng thức video này từ Văn phòng mảnh vỡ quỹ đạo ESA:
