Вчені розповіли, як відбувається відстеження непомітного космічного сміття

Оператори супутників та космічних кораблів нарешті зможуть виявляти невеликі фрагменти сміття на орбіті Землі, використовуючи підхід, запропонований дослідниками з університету Мічігану.

«Прямо зараз ми виявляємо космічне сміття, шукаючи об’єкти, що відображають світло або радіолокаційні сигнали», — сказав Нілтон Ренно, головний дослідник групи Мічиганського університету і професор кліматичних і космічних наук, а також інженерії та аерокосмічної техніки. «Чим менше об’єкти стають, тим важче стає зловити сонячне світло або радіолокаційні сигнали, досить сильні, щоб виявити їх із землі».

Сьогодні об’єкти розміром більше футбольного м’яча є єдиними відслідковуваними фрагментами цього «космічного сміття», яке становить менше ніж 1% із майже 170 мільйонів шматків сміття, що залишилися від запусків ракет, виходів у відкритий космос і супутників, що вийшли з ладу. Новий метод може виявляти сміття діаметром менше одного міліметра, що відповідає товщині стрижня олівця.

Ренно представить результати на Другій Міжнародній конференції з орбітального сміття 5 грудня разом із Юн Чжаном, постдокторантом у галузі кліматичних, космічних наук та техніки. Результати є одними з перших, отриманих у результаті більшого спільного проекту — програми ідентифікації та відстеження космічного сміття в рамках програми перспективних дослідницьких проектів розвідки. Проєкт очолює військовий підрядник Blue Halo і включає Університет Аляски у Фербенксі.

Сміття в космосі більш ніж непривабливе — воно небезпечне. При типовій орбітальній швидкості 22 000 миль на годину шматок космічного сміття розміром зі зливу може вдарити інший об’єкт з тією ж енергією, що й автомобільна аварія на шосе потенційно виводячи супутник з ладу. Навіть дрібніші частини можуть пошкодити космічний корабель, тому їхнє відстеження критично важливе для супутників і космічних кораблів, яким необхідно робити дії щодо ухилення.

Орбіта Землі стає все більш захаращеною, що значно ускладнює захист супутників. Шматочки космічного сміття часто стикаються один з одним, внаслідок чого більші шматки розбиваються на дрібні, невидимі виявлення частини. Деякі експерти побоюються, що кількість космічного сміття може зростати в геометричній прогресії, оскільки окремі його частини продовжують стикатися, що в кінцевому підсумку завдасть шкоди інфраструктурі, на яку ми покладаємося для GPS, мобільних телефонів, моніторингу погоди та багато іншого.

Зіткнення космічного сміття можуть виявитися потенційно катастрофічними, але вони можуть виявитися найкращим способом відстеження крихітного космічного сміття. Коли невеликі шматки космічного сміття зіштовхуються, вони вибухають на крихітні фрагменти, деякі з яких випаровуються в заряджений газ через тепло, що виділяється під час зіткнення.

«Коли хмара зарядженого газу та фрагментів сміття розширюється, вона створює блискавичні енергетичні сплески, подібні до сигналів, що створюються статичними іскрами, які з’являються після протирання щойно випраної ковдри», — сказав Моджтаба Ахаван-Тафті, помічник наукового співробітника техніки, а також провідний науковий співробітник проекту.

Після цього початкового енергетичного сплеску заряджені тверді фрагменти уламків можуть створювати імпульси електричного поля кожного разу, коли вони знаходяться близько один до одного, виробляючи додаткові спалахи, подібні до блискавок. Ці електричні сигнали тривають лише частки секунди, але вони можуть допомогти відстежувати шматки космічного сміття та хмари мікроскопічних фрагментів, що утворюються при зіткненнях сміття.

Згідно з останнім комп’ютерним моделюванням команди, коли два шматки алюмінію стикаються на типових орбітальних швидкостях, вони випромінюють електричний вибух, досить сильний, щоб 26-метрова антена з високоякісним радіоприймачем могла його виявити з Землі. Імпульси електричного поля також повинні бути виявлені за допомогою чутливіших радіорешіток, таких як мережа далекого космосу НАСА.

Ще багато потрібно зробити. Частота електричних сигналів може змінюватись в залежності від швидкості зіткнення та складу уламків, що може ускладнити виявлення. Щоб побачити електричні сигнали, вони повинні бути сильнішими за фонові сигнали наземних приладів і проходити через верхні шари атмосфери Землі.

Команда планує вдосконалити свій підхід за допомогою додаткового комп’ютерного моделювання, вимірюючи реальні сигнали за допомогою мережі далекого космосу НАСА та аналізуючи дані експериментів за надшвидкістю у Військово-морській дослідній лабораторії та Дослідницькому центрі Еймса НАСА. Використовуючи лазери об’єкта, команда може запускати різні види сміття за цілями в діапазоні орбітальних швидкостей та вимірювати характеристики електричного випромінювання, що виникає внаслідок удару.

Якщо такі експерименти відкриють спосіб виявлення широкого спектра електричних сигналів, що генеруються під час зіткнень космічного сміття, вони зможуть визначити не тільки те, де знаходиться космічний сміття, але і те, як воно виглядає і з чого складається.

«Ми хочемо знати, чи є об’єкт твердим або м’яким, тому що це вплине на те, як він обертається і наскільки він може бути руйнівним», — сказав Ахаван-Тафті. Джерело