Αν υπάρχει κάτι που μας έχει διδάξει δεκαετίες λειτουργίας στο Low Earth Orbit (LEO), είναι ότι ο χώρος είναι γεμάτος κινδύνους. Εκτός από τις ηλιακές εκλάμψεις και την κοσμική ακτινοβολία, ένας από τους μεγαλύτερους κινδύνους προέρχεται από τα διαστημικά συντρίμμια. Ενώ τα μεγαλύτερα κομμάτια σκουπιδιών (που έχουν διάμετρο μεγαλύτερη από 10 cm) είναι σίγουρα απειλή, η πραγματική ανησυχία είναι τα περισσότερα από 166 εκατομμύρια αντικείμενα που κυμαίνονται σε μέγεθος από 1 mm έως 1 cm σε διάμετρο.
Ενώ είναι μικροσκοπικά, αυτά τα κομμάτια σκουπιδιών μπορούν να φτάσουν ταχύτητες έως και 56.000 km / h (34.800 mph) και είναι αδύνατο να εντοπιστούν χρησιμοποιώντας τρέχουσες μεθόδους. Λόγω της ταχύτητάς τους, αυτό που συμβαίνει τη στιγμή της πρόσκρουσης δεν έγινε ποτέ κατανοητό. Ωστόσο, μια ερευνητική ομάδα από το MIT πραγματοποίησε πρόσφατα την πρώτη λεπτομερή απεικόνιση υψηλής ταχύτητας και ανάλυση της διαδικασίας πρόσκρουσης μικροσωματιδίων, η οποία θα είναι χρήσιμη κατά την ανάπτυξη στρατηγικών περιορισμού των διαστημικών συντριμμάτων.
Τα ευρήματά τους περιγράφονται σε ένα έγγραφο που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Επικοινωνία φύσης. Η μελέτη διευθύνθηκε από τον Mostafa Hassani-Gangaraj, μεταδιδακτορικό συνεργάτη με το Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών του ΜΙΤ (DMSE). Συνοδεύτηκε από τον καθηγητή Christopher Schuh (επικεφαλής του τμήματος DMSE), καθώς και τον ερευνητή προσωπικού David Veysset και τον καθηγητή Keith Nelson από το Ινστιτούτο Νανοτεχνολογιών του MIT.
Οι κρούσεις μικροσωματιδίων χρησιμοποιούνται για μια ποικιλία καθημερινών βιομηχανικών εφαρμογών, από την εφαρμογή επιχρισμάτων και επιφανειών καθαρισμού έως υλικών κοπής και αμμοβολής (όπου τα σωματίδια επιταχύνονται έως υπερηχητικές ταχύτητες). Αλλά μέχρι τώρα, αυτές οι διεργασίες έχουν ελεγχθεί χωρίς μια σταθερή κατανόηση της υποκείμενης φυσικής που εμπλέκεται.
Για χάρη της μελέτης τους, ο Hassani-Gangaraj και η ομάδα του προσπάθησαν να πραγματοποιήσουν την πρώτη μελέτη που εξετάζει τι συμβαίνει σε μικροσωματίδια και επιφάνειες τη στιγμή της πρόσκρουσης. Αυτό παρουσίασε δύο σημαντικές προκλήσεις: πρώτον, τα σωματίδια που ταξιδεύουν με ταχύτητα άνω του ενός χιλιομέτρου ανά δευτερόλεπτο (3600 km / h, 2237 mph), πράγμα που σημαίνει ότι τα συμβάντα κρούσης λαμβάνουν χώρα εξαιρετικά γρήγορα.
Δεύτερον, τα ίδια τα σωματίδια είναι τόσο μικρά που η παρατήρησή τους απαιτεί πολύ εξελιγμένα όργανα. Για να αντιμετωπίσει αυτές τις προκλήσεις, η ομάδα βασίστηκε σε μια δοκιμαστική κρούση μικροσωματιδίων που αναπτύχθηκε στο MIT, η οποία είναι σε θέση να καταγράφει βίντεο αντίκτυπου με έως και 100 εκατομμύρια καρέ ανά δευτερόλεπτο. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν μια δέσμη λέιζερ για να επιταχύνουν τα σωματίδια κασσίτερου (διαμέτρου περίπου 10 μικρόμετρα σε διάμετρο) μέχρι ταχύτητες 1 km / s.
Ένα δεύτερο λέιζερ χρησιμοποιήθηκε για να φωτίσει τα ιπτάμενα σωματίδια καθώς έπληξαν την επιφάνεια πρόσκρουσης - ένα φύλλο κασσίτερου. Αυτό που βρήκαν ήταν ότι όταν τα σωματίδια κινούνται με ταχύτητες πάνω από ένα ορισμένο κατώφλι, υπάρχει μια σύντομη περίοδος τήξης τη στιγμή της πρόσκρουσης, η οποία παίζει καθοριστικό ρόλο στη διάβρωση της επιφάνειας. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν αυτά τα δεδομένα για να προβλέψουν πότε τα σωματίδια θα αναπηδούν, θα κολλήσουν ή θα χτυπήσουν το υλικό από μια επιφάνεια και θα το αποδυναμώσουν.
Σε βιομηχανικές εφαρμογές, θεωρείται ευρέως ότι υψηλότερες ταχύτητες θα οδηγήσουν σε καλύτερα αποτελέσματα. Αυτά τα νέα ευρήματα έρχονται σε αντίθεση με αυτό, δείχνοντας ότι υπάρχει μια περιοχή με υψηλότερες ταχύτητες όπου η αντοχή μιας επικάλυψης ή η επιφάνεια ενός υλικού μειώνεται αντί να βελτιώνεται. Όπως εξήγησε ο Hassani-Gangaraj σε δελτίο τύπου του MIT, αυτή η μελέτη είναι σημαντική επειδή θα βοηθήσει τους επιστήμονες να προβλέψουν υπό ποιες συνθήκες θα πραγματοποιηθεί διάβρωση από τις επιπτώσεις:
«Για να το αποφύγουμε αυτό, πρέπει να είμαστε σε θέση να προβλέψουμε [την ταχύτητα με την οποία αλλάζουν τα εφέ]. Θέλουμε να κατανοήσουμε τους μηχανισμούς και τις ακριβείς συνθήκες όταν μπορούν να συμβούν αυτές οι διαδικασίες διάβρωσης. "
Αυτή η μελέτη θα μπορούσε να ρίξει φως στο τι συμβαίνει σε ανεξέλεγκτες καταστάσεις, όπως όταν τα μικροσωματίδια χτυπούν διαστημόπλοια και δορυφόρους. Δεδομένου του αυξανόμενου προβλήματος των διαστημικών συντριμμιών - και του αριθμού των δορυφόρων, των διαστημικών σκαφών και των διαστημικών ενδιαιτημάτων που αναμένεται να εκτοξευθούν τα επόμενα χρόνια - αυτές οι πληροφορίες θα μπορούσαν να διαδραματίσουν βασικό ρόλο στην ανάπτυξη στρατηγικών περιορισμού των επιπτώσεων.
Ένα άλλο όφελος αυτής της μελέτης ήταν η μοντελοποίηση που επέτρεψε. Στο παρελθόν, οι επιστήμονες βασίστηκαν σε αναλύσεις μετά από τη σφαγή των δοκιμών πρόσκρουσης, όπου η επιφάνεια δοκιμής μελετήθηκε μετά την επίπτωση. Ενώ αυτή η μέθοδος επέτρεψε την αξιολόγηση των ζημιών, δεν οδήγησε σε καλύτερη κατανόηση των πολύπλοκων δυναμικών που εμπλέκονται στη διαδικασία.
Αντίθετα, αυτή η δοκιμή βασίστηκε σε απεικόνιση υψηλής ταχύτητας που συνέλαβε την τήξη του σωματιδίου και της επιφάνειας τη στιγμή της πρόσκρουσης. Η ομάδα χρησιμοποίησε αυτά τα δεδομένα για να αναπτύξει ένα γενικό μοντέλο για να προβλέψει πώς θα ανταποκρίνονται σωματίδια ενός δεδομένου μεγέθους και δεδομένης ταχύτητας - δηλαδή θα αναπηδούν από μια επιφάνεια, θα κολλήσουν σε αυτήν ή θα τα διαβρώσουν με τήξη; Μέχρι στιγμής, οι δοκιμές τους βασίστηκαν σε καθαρές μεταλλικές επιφάνειες, αλλά η ομάδα ελπίζει να πραγματοποιήσει περαιτέρω δοκιμές χρησιμοποιώντας κράματα και άλλα υλικά.
Σκοπεύουν επίσης να δοκιμάσουν τις επιπτώσεις σε διάφορες γωνίες, παρά στις ευθείες κρούσεις που έχουν δοκιμάσει μέχρι στιγμής. «Μπορούμε να το επεκτείνουμε σε κάθε περίπτωση όπου η διάβρωση είναι σημαντική», δήλωσε ο David Veysset. Ο στόχος είναι να αναπτυχθεί μια «λειτουργία» που μπορεί να μας πει εάν θα συμβεί διάβρωση ή όχι. [Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει τους μηχανικούς] να σχεδιάσουν υλικά για προστασία από τη διάβρωση, είτε βρίσκονται στο διάστημα είτε στο έδαφος, όπου θέλουν να αντισταθούν στη διάβρωση », πρόσθεσε.
Αυτή η μελέτη και το μοντέλο που προκύπτει είναι πιθανό να είναι πολύ βολικά τα επόμενα χρόνια και δεκαετίες. Είναι ευρέως αποδεκτό ότι εάν δεν ελεγχθεί, το πρόβλημα των διαστημικών συντριμμιών θα επιδεινωθεί εκθετικά στο εγγύς μέλλον. Για το λόγο αυτό, η NASA, η ESA και αρκετοί άλλοι διαστημικοί οργανισμοί επιδιώκουν ενεργά στρατηγικές «μετριασμού διαστημικών συντριμμιών» - που περιλαμβάνουν τη μείωση της μάζας σε περιοχές υψηλής πυκνότητας και το σχεδιασμό σκαφών με ασφαλείς τεχνολογίες επανεισόδου.
Υπάρχουν επίσης αρκετές ιδέες στο τραπέζι για «ενεργή κατάργηση» σε αυτό το σημείο. Αυτά κυμαίνονται από διαστημικά λέιζερ που θα μπορούσαν να κάψουν συντρίμμια και μαγνητικά διαστημικά ρυμουλκά που θα μπορούσαν να το συλλάβουν σε μικρούς δορυφόρους που θα μπορούσαν να τον πυροδοτήσουν και να τον απορροφήσουν ή να τον ωθήσουν στην ατμόσφαιρά μας (όπου θα κάψει) χρησιμοποιώντας ακτίνες πλάσματος.
Αυτές και άλλες στρατηγικές θα είναι απαραίτητες σε μια εποχή όπου η Χαμηλή Γήινη Τροχιά δεν διατίθεται μόνο στο εμπόριο, αλλά και κατοικείται. για να μην αναφέρουμε ότι χρησιμεύει ως σημείο ενδιάμεσης στάσης για αποστολές στη Σελήνη, τον Άρη και βαθύτερα στο Ηλιακό Σύστημα. Εάν οι διαστημικές λωρίδες πρόκειται να είναι απασχολημένες, πρέπει να διατηρούνται καθαρές!
