Vesolje so dolga leta opisovali kot ogromno, skoraj prazno okolje.
Toda v resnici Zemljina orbita pripoveduje zelo drugačno zgodbo.
>Postaja vse bolj gneča, hitro-se premikajoče in nepredvidljivo.
Po podatkih Nase trenutno okoli Zemlje kroži več kot 500.000 kosov vesoljskih odpadkov. Sem spadajo nedelujoči sateliti, drobci iz trkov in ostanki izstrelitvenih komponent.
Vsi potujejo s hitrostjo do 28.000 km/h, kar je dovolj hitro, da povzroči resno škodo delujočim vesoljskim plovilom.
In skrb ni več teoretična.
Zakaj so vesoljski odpadki postali kritičen inženirski izziv
Prostor ni več "prazen".
Za satelitske operaterje in vesoljske inženirje je to postalo operativno okolje-z velikim tveganjem.
Tudi majhni drobci lahko:
- poškoduje satelitske plošče
- prebojna zaščita vesoljskih plovil
- ogrožajo Mednarodno vesoljsko postajo
- izsiliti nujne prilagoditve orbite
NASA je poudarila, da največjo nevarnost predstavljajo ne{0}}sledljivi odpadki, ki jih ni mogoče nenehno spremljati, vendar še vedno nosijo uničujočo energijo.
Z drugimi besedami:
>Največje tveganje je tisto, česar ne moremo opaziti pravočasno.
Obstoječi pristopi: sledenje in izogibanje
Trenutno se vesoljske agencije zanašajo na dve glavni strategiji.
1. Sistemi orbitalnega sledenja
NASA in Ministrstvo za obrambo ZDA vzdržujeta zelo podrobne kataloge znanih orbitalnih objektov.
To omogoča inženirjem, da predvidijo možna tveganja trka.
2. Manevri za izogibanje trčenju
Sateliti in vesoljska plovila so opremljeni z vgrajenimi-sistemi, ki lahko prilagodijo orbitalne poti, ko je zaznana nevarnost trka.
Vendar imata oba pristopa skupno omejitev:
>Izogibajo se odpadkom,-a jih ne odstranijo.
Japonski inovativni pristop: koncept vesoljske "ribiške mreže".
Japonska vesoljska agencija JAXA je iskala drugačno rešitev.
Namesto samo sledenja odpadkom, je ideja, da jih aktivno odstranite.
Za razvoj tega koncepta je JAXA sodelovala z nepričakovanim strokovnjakom iz industrije:
>Japonski proizvajalec ribiških mrež z več kot 100-letnimi izkušnjami na področju inženiringa mrež.
Sodelovanje je privedlo do razvoja elektrodinamičnega sistema privezi.
Zanimivo je, da v dobavni verigi industrijskih materialov, ki stojijo za tako visoko{0}}zmogljivimi letalsko-vesoljskimi komponentami, podjetja, kot je Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd., prav tako podpirajo sorodne inženirske industrije z dobavo naprednih zlitin, kot so Inconel, nerjavno jeklo in visoko{3}}zlitine na osnovi niklja-, ki se običajno uporabljajo v zahtevni vesoljski industriji in pri visokih-temperaturah okoljih.
Elektrodinamični privezni sistem
Struktura, ki jo je razvil JAXA, spominja na dolgo, tanko mrežo, ki se vleče za vesoljskim plovilom.
Čeprav po obliki ni tradicionalna mreža, ima ključni koncept:
>Fleksibilna visoko{0}}močna mrežasta struktura, zasnovana za interakcijo z zunanjimi predmeti v orbiti.
JAXA je izbrala mrežno zasnovo namesto enega kabla iz enega pomembnega razloga:
večja odpornost proti zlomu
boljša vzdržljivost pri udarcih
izboljšana zanesljivost v vesoljskih okoljih
Tukaj je postalo dragoceno strokovno znanje Nitto Seimo, proizvajalca ribiških mrež.
Kako sistem deluje
Sistem ne "lovi" smeti fizično v tradicionalnem smislu.
Namesto tega uporablja zemeljsko elektromagnetno okolje.
1. korak: uvedba
Vesoljsko plovilo za seboj sprosti dolg privez, sprva dolg okoli 700 metrov.
2. korak: Emisija elektronov
Vgrajen elektronski oddajnik sprosti nabite delce v vesolje.
3. korak: Električna interakcija
Tether zbira te elektrone in postane električno nabit.
4. korak: Elektromagnetno vlečenje
Nabita vrvica sodeluje z zemeljskim magnetnim poljem in ustvarja zavorno silo.
5. korak: Orbitalni razpad
Vesoljski odpadki se postopoma upočasnjujejo in premikajo v nižjo orbito.
6. korak: Ponovni -vstop v atmosfero
Sčasoma ostanki vstopijo v Zemljino atmosfero in varno zgorijo.
Povečanje tehnologije
Trenutne poskusne različice so še v razvoju.
Po mnenju inženirjev, ki so sodelovali pri projektu:
trenutna dolžina priveza: ~700 metrov
prihodnje zahteve: 5.000 do 10.000 metrov
Daljše vrvi bi znatno povečale učinkovitost zaviranja in sposobnost odstranjevanja smeti.
JAXA je že izvedla več testnih misij, vključno z:
poskusna uvedba leta 2014
test iz leta 2016, povezan z misijo oskrbe ISS
Dolgoročni-cilj je popolnoma delujoč sistem za odstranjevanje odpadkov.
Inženirska perspektiva: zakaj je to pomembno
Vesoljska infrastruktura postaja vse bolj odvisna od:
- komunikacijski sateliti
- navigacijski sistemi
- Platforme za opazovanje Zemlje
- vesoljska-omrežja
Z večanjem zastojev v orbiti se povečuje tudi nevarnost verižnih trkov.
To ustvarja-dolgoročni inženirski izziv:
>Kako aktivno vzdržujemo varno orbitalno okolje?
Če bi bili uspešni, bi lahko elektrodinamični sistemi za privezovanje postali del globalne infrastrukture za vzdrževanje orbite.
Inženiring materialov za vesoljskimi sistemi
Medtem ko se orbitalni sistemi za odstranjevanje odpadkov osredotočajo na vesoljski inženiring, je njihova učinkovitost močno odvisna tudi od naprednih materialov.
-Zlitine visoke trdnosti, korozijsko-odporna jekla in materiali na osnovi-niklja se pogosto uporabljajo v:
- strukturne komponente vesoljskih plovil
- satelitski podporni sistemi
- visoko{0}}temperaturna vesoljska okolja
- sklopi,-povezani s pogonom
Na primer, Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. nudi industrijske -materiale, kot so nerjavno jeklo, dupleksno nerjavno jeklo, Inconel in druge zlitine na osnovi niklja, ki se običajno uporabljajo v zahtevnih inženirskih aplikacijah, kjer so trdnost, stabilnost in toplotna odpornost kritične.
Končne misli
Japonski koncept vesoljske mreže predstavlja premik v razmišljanju.
Iz pasivnega izogibanja:
>"Kako se izognemo vesoljskim odpadkom?"
Za aktivno posredovanje:
>"Kako očistimo Zemljino orbito?"
Čeprav je sistem še v poskusni fazi, prikazuje, kako lahko interdisciplinarna inovacija-ki združuje vesoljsko inženirstvo, elektromagnetno teorijo in celo tradicionalno proizvodnjo ribiških mrež-rešuje enega najnujnejših problemov raziskovanja vesolja.
Ker orbitalni promet še naprej raste, lahko rešitve, kot je ta, postanejo bistvena infrastruktura za vzdrževanje varnega vesoljskega okolja za prihodnje misije.
