Ако нас има нешто чему нас је деценија рада у Земљиној орбити (ЛЕО) подучила, то је да је простор препун опасности. Поред сунчевих бљескова и космичког зрачења, једна од највећих опасности долази од свемирских крхотина. Иако су највећи комади смећа (који мере пречник већи од 10 цм) стварна брига је више од 166 милиона предмета који се крећу у пречнику од 1 мм до 1 цм.
Иако су малени, ови комадићи смећа могу достићи брзину до 56.000 км / х (34.800 мпх) и немогуће их је пратити тренутним методама. Због њихове брзине, оно што се догађа у тренутку удара никада није јасно схваћено. Међутим, истраживачки тим са МИТ-а недавно је спровео прво детаљно снимање и анализу брзине удара микрочестица које ће бити корисне при развоју стратегија ублажавања свемирског отпада.
Њихова открића описана су у раду који се недавно појавио у часопису Натуре Цоммуницатионс. Студију је водила Мостафа Хассани-Гангарај, постдокторска сарадница са МИТ-овог одељења за материјалу и инжењерство (ДМСЕ). Придружили су му се проф. Цхристопхер Сцхух (шеф одељења за ДМСЕ), као и истраживач особља Давид Веиссет и проф. Кеитх Нелсон из МИТ-овог Института за војничке нанотехнологије.
Ударци микрочестица се користе у разним свакодневним индустријским применама, од наношења премаза и површина за чишћење до материјала за резање и пескарења (где се честице убрзавају до надзвучних брзина). Али до сада, ови процеси су контролисани без чврстог разумевања основних физика које су укључене у то.
Ради своје студије, Хассани-Гангарај и његов тим покушали су да спроведу прво истраживање које ће испитати шта се дешава са микрочестицама и површинама у моменту удара. Ово је представљало два главна изазова: прво, укључене честице путују брзином већим од једног километра у секунди (3600 км / х; 2237 мпх), што значи да се догађаји удара одвијају изузетно брзо.
Друго, саме честице су толико ситне да је за њихово посматрање неопходни веома софистицирани инструменти. Да би се позабавио овим изазовима, тим се ослањао на тестни удар микрочестица развијен на МИТ-у, који је способан да снима ударне видео записе до 100 милиона кадрова у секунди. Затим су користили ласерски зрак за убрзавање честица коситра (мерено пречника од око 10 микрометара) до брзине од 1 км / с.
Други ласер је коришћен за осветљавање летећих честица док су ударале о ударну површину - лист калаја. Оно што су открили је да када се честице крећу брзином већом од одређеног прага, у тренутку удара долази до кратког периода топљења, који игра пресудну улогу у еродирању површине. Затим су користили ове податке да предвиде када ће честице одскакати, залепити или откинути материјал са површине и ослабити га.
У индустријским се примењивањима широко претпоставља да ће веће брзине довести до бољих резултата. Ова нова открића протурјече томе, показују да постоји подручје са већим брзинама гдје се снага премаза или површине материјала смањује, а не побољшава. Као што је Хассани-Гангарај објаснила у саопштењу за МИТ, ова је студија важна јер ће помоћи научницима да предвиде у којим условима ће се догодити ерозија од утицаја:
„Да бисмо то избегли, морамо бити у могућности да предвидимо [брзину којом се ефекти мењају]. Желимо да разумемо механизме и тачне услове када се могу догодити ови процеси ерозије. “
Ова студија могла би осветлити шта се дешава у неконтролисаним ситуацијама, попут микрочестица које нападају свемирске летелице и сателите. С обзиром на растући проблем свемирског отпада - и број сателита, свемирског брода и свемирског станишта за које се очекује да ће бити представљени у наредним годинама - ове информације би могле играти кључну улогу у развоју стратегија ублажавања утицаја.
Друга предност ове студије било је моделирање које је она дозволила. У прошлости су се научници ослањали на постмортем анализе ударних тестова, где је тестна површина проучена након што је извршен утицај. Иако је ова метода омогућавала процену штете, она није довела до бољег разумевања сложене динамике која је укључена у процес.
Супротно томе, овај тест се ослањао на снимање велике брзине које је заробило топљење честица и површине у самом тренутку удара. Тим је користио ове податке да би развио општи модел да предвиди како ће честице одређене величине и одређене брзине реаговати - тј. Да ли би одскакале од површине, залепиле на њу или је избрисале топљењем? До сада су се њихови тестови ослањали на чисте металне површине, али тим се нада да ће извршити даље тестове користећи легуре и друге материјале.
Такође намеравају да тестирају утицаје из различитих углова, уместо равних утицаја које су до сада тестирали. "То можемо проширити на сваку ситуацију у којој је ерозија важна", рекао је Давид Веиссет. Циљ је развити „једну функцију која нам може рећи хоће ли се догодити ерозија или не. [То би могло да помогне инжењерима] да дизајнирају материјале за заштиту од ерозије, било у свемиру или на земљи, где год се желе одупријети ерозији “, додао је.
Ова студија и њен резултирајући модел ће вероватно добро доћи у наредним годинама и деценијама. Опште је прихваћено да ће, уколико се остане без надзора, проблем свемира у блиској будућности експоненцијално погоршати. Из тог разлога, НАСА, ЕСА и неколико других свемирских агенција активно спроводе стратегије за ублажавање свемирског отпада - које укључују смањење масе у регионима велике густине и дизајнирање летелица са безбедним технологијама поновног уласка.
На столу се такође налази неколико идеја за „активно уклањање“. Они се крећу у распону од свемирских ласера који би могли сагорјети крхотине и магнетске свемирске тегљаче који би га снимили до малих сателита који би га могли лучити и деорбитирати или гурнути у нашу атмосферу (гдје би изгорјели) помоћу плазма зрака.
Ове и друге стратегије бит ће потребне у доба у којем је орбита ниске Земље не само комерцијализована, већ је и насељена; а да не спомињемо служење као место заустављања за мисије на Месец, Марс и дубље у Сунчев систем. Ако ће свемирске траке бити заузете, морају се држати чистима!
