Για πολλά χρόνια, ο χώρος περιγράφεται ως ένα τεράστιο, σχεδόν άδειο περιβάλλον.
Αλλά στην πραγματικότητα, η τροχιά της Γης λέει μια πολύ διαφορετική ιστορία.
>Γίνεται ολοένα και πιο πολυσύχναστο,-ταχύτατο και απρόβλεπτο.
Σύμφωνα με τη NASA, περισσότερα από 500.000 κομμάτια διαστημικών απορριμμάτων βρίσκονται αυτή τη στιγμή σε τροχιά γύρω από τη Γη. Αυτά περιλαμβάνουν δορυφόρους που δεν λειτουργούν, θραύσματα από συγκρούσεις και εναπομείναντα στοιχεία εκτόξευσης.
Όλα ταξιδεύουν με ταχύτητες έως και 28.000 km/h, αρκετά γρήγορα ώστε να προκαλέσουν σοβαρές ζημιές σε επιχειρησιακά διαστημόπλοια.
Και η ανησυχία δεν είναι πλέον θεωρητική.
Γιατί τα διαστημικά συντρίμμια έχουν γίνει μια κρίσιμη πρόκληση μηχανικής
Ο χώρος δεν είναι πλέον «άδειος».
Για τους χειριστές δορυφόρων και τους μηχανικούς διαστήματος, έχει γίνει ένα-επιχειρησιακό περιβάλλον υψηλού κινδύνου.
Ακόμη και μικρά θραύσματα μπορούν:
- ζημιά σε δορυφορικούς πίνακες
- τρυπήστε τη θωράκιση του διαστημόπλοιου
- απειλούν τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό
- αναγκάσει τις επείγουσες τροχιακές προσαρμογές
Η NASA έχει τονίσει ότι ο μεγαλύτερος κίνδυνος προέρχεται από τα μη ανιχνεύσιμα συντρίμμια, τα οποία δεν μπορούν να παρακολουθούνται συνεχώς, αλλά εξακολουθούν να φέρουν καταστροφική ενέργεια.
Με άλλα λόγια:
>Ο μεγαλύτερος κίνδυνος είναι αυτό που δεν μπορούμε να δούμε εγκαίρως.
Υπάρχουσες Προσεγγίσεις: Παρακολούθηση και Αποφυγή
Επί του παρόντος, οι διαστημικές υπηρεσίες βασίζονται σε δύο κύριες στρατηγικές.
1. Συστήματα τροχιακής παρακολούθησης
Η NASA και το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ διατηρούν εξαιρετικά λεπτομερείς καταλόγους γνωστών τροχιακών αντικειμένων.
Αυτό επιτρέπει στους μηχανικούς να προβλέπουν πιθανούς κινδύνους σύγκρουσης.
2. Ελιγμοί αποφυγής σύγκρουσης
Οι δορυφόροι και τα διαστημόπλοια είναι εξοπλισμένα με ενσωματωμένα-συστήματα που μπορούν να προσαρμόσουν τα μονοπάτια τροχιάς όταν εντοπίζεται κίνδυνος σύγκρουσης.
Ωστόσο, και οι δύο προσεγγίσεις μοιράζονται έναν περιορισμό:
>Αποφεύγουν τα συντρίμμια-αλλά δεν τα αφαιρούν.
Η Καινοτόμος Προσέγγιση της Ιαπωνίας: Έννοια "Δίχτυ Ψαρέματος" του Διαστήματος
Η ιαπωνική αεροδιαστημική υπηρεσία JAXA διερευνά μια διαφορετική λύση.
Αντί να παρακολουθείτε μόνο τα συντρίμμια, η ιδέα είναι να τα αφαιρέσετε ενεργά.
Για την ανάπτυξη αυτής της ιδέας, η JAXA συνεργάστηκε με έναν απροσδόκητο ειδικό του κλάδου:
>Ένας Ιάπωνας κατασκευαστής διχτυών με πάνω από 100 χρόνια εμπειρίας στην κατασκευή διχτυών.
Η συνεργασία οδήγησε στην ανάπτυξη ενός ηλεκτροδυναμικού συστήματος πρόσδεσης.
Είναι ενδιαφέρον ότι στην αλυσίδα εφοδιασμού βιομηχανικών υλικών πίσω από τέτοια εξαρτήματα αεροδιαστημικής αεροναυπηγικής υψηλής απόδοσης, εταιρείες όπως η Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. υποστηρίζουν επίσης σχετικές βιομηχανίες μηχανικής παρέχοντας προηγμένα υλικά κραμάτων όπως Inconel, ανοξείδωτο ατσάλι και νικέλιο υψηλής αντοχής{{4}, τα οποία χρησιμοποιούνται συνήθως σε όλα τα προϊόντα περιβάλλοντα υψηλής-θερμοκρασίας.
Το σύστημα ηλεκτροδυναμικής πρόσδεσης
Η δομή που αναπτύχθηκε από το JAXA μοιάζει με ένα μακρύ, λεπτό πλέγμα που ακολουθεί πίσω από ένα διαστημόπλοιο.
Αν και δεν είναι ένα παραδοσιακό δίχτυ σε σχήμα, μοιράζεται μια βασική ιδέα:
>Μια ευέλικτη,-δικτυωτή δομή υψηλής αντοχής σχεδιασμένη να αλληλεπιδρά με εξωτερικά αντικείμενα σε τροχιά.
Η JAXA επέλεξε ένα σχέδιο πλέγματος αντί για ένα μόνο καλώδιο για έναν σημαντικό λόγο:
μεγαλύτερη αντοχή στη θραύση
καλύτερη αντοχή σε συνθήκες κρούσης
βελτιωμένη αξιοπιστία σε διαστημικά περιβάλλοντα
Εδώ έγινε πολύτιμη η τεχνογνωσία του Nitto Seimo, κατασκευαστή διχτυών αλιείας.
Πώς λειτουργεί το σύστημα
Το σύστημα δεν «πιάνει» συντρίμμια φυσικά με την παραδοσιακή έννοια.
Αντίθετα, χρησιμοποιεί το ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον της Γης.
Βήμα 1: Ανάπτυξη
Ένα διαστημόπλοιο απελευθερώνει ένα μακρύ δέσιμο πίσω του, αρχικά περίπου 700 μέτρα σε μήκος.
Βήμα 2: Εκπομπή ηλεκτρονίων
Ένας ενσωματωμένος πομπός ηλεκτρονίων απελευθερώνει φορτισμένα σωματίδια στο διάστημα.
Βήμα 3: Ηλεκτρική αλληλεπίδραση
Η πρόσδεση συλλέγει αυτά τα ηλεκτρόνια και φορτίζεται ηλεκτρικά.
Βήμα 4: Ηλεκτρομαγνητική έλξη
Η φορτισμένη πρόσδεση αλληλεπιδρά με το μαγνητικό πεδίο της Γης, δημιουργώντας μια δύναμη πέδησης.
Βήμα 5: Τροχιακή αποσύνθεση
Τα διαστημικά συντρίμμια σταδιακά επιβραδύνουν και μετακινούνται σε χαμηλότερη τροχιά.
Βήμα 6: Ατμοσφαιρική επαν-εισαγωγή
Τελικά, τα συντρίμμια εισέρχονται στην ατμόσφαιρα της Γης και καίγονται με ασφάλεια.
Κλιμάκωση της Τεχνολογίας
Οι τρέχουσες πειραματικές εκδόσεις βρίσκονται ακόμη σε εξέλιξη.
Σύμφωνα με τους μηχανικούς που συμμετείχαν στο έργο:
τρέχον μήκος πρόσδεσης: ~700 μέτρα
μελλοντική απαίτηση: 5.000 έως 10.000 μέτρα
Τα μακρύτερα δεσίματα θα αύξαναν σημαντικά την αποτελεσματικότητα πέδησης και την ικανότητα αφαίρεσης συντριμμιών.
Η JAXA έχει ήδη πραγματοποιήσει πολλαπλές δοκιμαστικές αποστολές, όπως:
μια πειραματική ανάπτυξη του 2014
μια δοκιμή του 2016 ενσωματωμένη με μια αποστολή ανεφοδιασμού ISS
Ο μακροπρόθεσμος-στόχος είναι ένα πλήρως λειτουργικό σύστημα απομάκρυνσης συντριμμιών.
Μηχανική Προοπτική: Γιατί αυτό έχει σημασία
Η διαστημική υποδομή εξαρτάται όλο και περισσότερο από:
- δορυφόρους επικοινωνίας
- συστήματα πλοήγησης
- Πλατφόρμες παρατήρησης της γης
- διαστημικά-δίκτυα
Καθώς αυξάνεται η τροχιακή συμφόρηση, αυξάνεται και ο κίνδυνος αλυσιδωτών συγκρούσεων.
Αυτό δημιουργεί μια μακροπρόθεσμη-πρόκληση μηχανικής:
>Πώς διατηρούμε ενεργά ένα ασφαλές τροχιακό περιβάλλον;
Εάν είναι επιτυχείς, τα ηλεκτροδυναμικά συστήματα πρόσδεσης θα μπορούσαν να γίνουν μέρος μιας παγκόσμιας υποδομής τροχιακής συντήρησης.
Μηχανική Υλικών Πίσω από Διαστημικά Συστήματα
Ενώ τα τροχιακά συστήματα απομάκρυνσης συντριμμιών επικεντρώνονται στην αεροδιαστημική μηχανική, η απόδοσή τους εξαρτάται επίσης σε μεγάλο βαθμό από προηγμένα υλικά.
Τα κράματα υψηλής-αντοχής, οι χάλυβες-ανθεκτικοί στη διάβρωση και τα υλικά με βάση το νικέλιο-χρησιμοποιούνται ευρέως σε:
- δομικά στοιχεία του διαστημόπλοιου
- δορυφορικά συστήματα υποστήριξης
- αεροδιαστημικά περιβάλλοντα υψηλής-θερμοκρασίας
- συναρμολογήσεις που σχετίζονται με την προώθηση-
Για παράδειγμα, η Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. παρέχει υλικά βιομηχανικής-ποιότητας, όπως ανοξείδωτο χάλυβα, διπλό ανοξείδωτο χάλυβα, Inconel και άλλα κράματα με βάση το νικέλιο- που χρησιμοποιούνται συνήθως σε απαιτητικές μηχανολογικές εφαρμογές όπου η αντοχή, η σταθερότητα και η θερμική αντίσταση είναι ζωτικής σημασίας.
Τελικές Σκέψεις
Η ιδέα του διαστημικού δικτύου της Ιαπωνίας αντιπροσωπεύει μια αλλαγή στη σκέψη.
Από την παθητική αποφυγή:
>«Πώς αποφεύγουμε τα διαστημικά σκουπίδια;»
Για ενεργητική παρέμβαση:
>"Πώς καθαρίζουμε την τροχιά της Γης;"
Αν και βρίσκεται ακόμη σε πειραματικά στάδια, το σύστημα δείχνει πώς η διεπιστημονική καινοτομία-που συνδυάζει την αεροδιαστημική μηχανική, την ηλεκτρομαγνητική θεωρία, ακόμη και την παραδοσιακή κατασκευή διχτυών αλιείας-μπορεί να αντιμετωπίσει ένα από τα πιο επείγοντα προβλήματα της εξερεύνησης του διαστήματος.
Καθώς η τροχιακή κυκλοφορία συνεχίζει να αυξάνεται, λύσεις όπως αυτή μπορεί να γίνουν βασική υποδομή για τη διατήρηση ενός ασφαλούς διαστημικού περιβάλλοντος για μελλοντικές αποστολές.
