Godinama se svemir opisuje kao golema, gotovo prazna okolina.
Ali u stvarnosti, Zemljina orbita priča sasvim drugu priču.
>Postaje sve veća gužva,-brže kretanje i nepredvidljivost.
Prema NASA-i, više od 500.000 komada svemirskog otpada trenutno kruži oko Zemlje. To uključuje nefunkcionalne satelite, fragmente od sudara i zaostale komponente za lansiranje.
Svi oni putuju brzinama do 28 000 km/h, dovoljno brzo da izazovu ozbiljna oštećenja operativnih svemirskih letjelica.
I zabrinutost više nije teoretska.
Zašto je svemirski otpad postao kritičan inženjerski izazov
Prostor više nije "prazan".
Za satelitske operatere i svemirske inženjere postalo je-operativno okruženje visokog rizika.
Čak i mali fragmenti mogu:
- oštetiti satelitske ploče
- puncture letjelica shielding
- ugroziti Međunarodnu svemirsku postaju
- prisiliti hitne prilagodbe orbite
NASA je naglasila da najveća opasnost dolazi od krhotina koje se ne{0}}ne mogu pratiti, koje se ne mogu kontinuirano pratiti, ali još uvijek nose destruktivnu energiju.
Drugim riječima:
>Najveći rizik je ono što ne možemo vidjeti na vrijeme.
Postojeći pristupi: praćenje i izbjegavanje
Trenutno se svemirske agencije oslanjaju na dvije glavne strategije.
1. Sustavi za praćenje orbite
NASA i Ministarstvo obrane SAD-a održavaju vrlo detaljne kataloge poznatih orbitalnih objekata.
To inženjerima omogućuje predviđanje potencijalnih rizika od sudara.
2. Manevri izbjegavanja sudara
Sateliti i svemirske letjelice opremljeni su ugrađenim-sustavima koji mogu prilagoditi orbitalne putanje kada se otkrije opasnost od sudara.
Međutim, oba pristupa dijele ograničenje:
>Izbjegavaju ostatke-ali ih ne uklanjaju.
Japanski inovativni pristup: Koncept svemirske "ribarske mreže".
Japanska zrakoplovna agencija JAXA istraživala je drugačije rješenje.
Umjesto samo praćenja krhotina, ideja je da ih se aktivno uklanja.
Kako bi razvila ovaj koncept, JAXA se udružila s neočekivanim stručnjakom iz industrije:
>Japanski proizvođač ribarskih mreža s preko 100 godina iskustva u projektiranju mreža.
Suradnja je dovela do razvoja elektrodinamičkog sustava vezica.
Zanimljivo je da u lancu opskrbe industrijskih materijala koji stoji iza tako-zrakoplovnih komponenti visokih performansi, tvrtke poput Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. također podržavaju srodne inženjerske industrije isporučujući napredne legirane materijale kao što su Inconel, nehrđajući čelik i legure na bazi{-nikla-visoke-čvrstoće, koje se obično koriste u zahtjevnoj zrakoplovnoj industriji i visokim-temperaturama okruženja.
Sustav elektrodinamičkih priveza
Struktura koju je razvila JAXA nalikuje dugačkoj, tankoj mreži koja se vuče iza svemirske letjelice.
Iako po obliku nije tradicionalna mreža, dijeli ključni koncept:
>Fleksibilna,-mrežasta struktura dizajnirana za interakciju s vanjskim objektima u orbiti.
JAXA je odabrala mrežasti dizajn umjesto jednog kabela iz jednog važnog razloga:
veća otpornost na lomljenje
bolja izdržljivost u uvjetima udara
poboljšana pouzdanost u svemirskim okruženjima
Ovdje je stručnost Nitto Seima, proizvođača ribarskih mreža, postala dragocjena.
Kako sustav funkcionira
Sustav ne "hvata" krhotine fizički u tradicionalnom smislu.
Umjesto toga, koristi Zemljino elektromagnetsko okruženje.
1. korak: implementacija
Svemirska letjelica iza sebe oslobađa dugi remen, u početku dug oko 700 metara.
Korak 2: Emisija elektrona
Ugrađeni emiter elektrona ispušta nabijene čestice u svemir.
Korak 3: Električna interakcija
Tether skuplja te elektrone i postaje električki nabijen.
Korak 4: Elektromagnetsko povlačenje
Nabijeni remen u interakciji je sa Zemljinim magnetskim poljem, generirajući silu kočenja.
Korak 5: Orbitalni raspad
Svemirski otpad postupno usporava i kreće se u nižu orbitu.
Korak 6: Ponovni -ulazak u atmosferu
Na kraju, krhotine ulaze u Zemljinu atmosferu i sigurno izgaraju.
Skaliranje tehnologije
Trenutne eksperimentalne verzije još su u razvoju.
Prema riječima inženjera uključenih u projekt:
trenutna duljina remena: ~700 metara
budući zahtjev: 5.000 do 10.000 metara
Dulje vezice značajno bi povećale učinkovitost kočenja i sposobnost uklanjanja krhotina.
JAXA je već provela više testnih misija, uključujući:
eksperimentalna implementacija 2014
test iz 2016. integriran s misijom opskrbe ISS-a
Dugoročni-cilj je potpuno funkcionalan sustav uklanjanja krhotina.
Inženjerska perspektiva: zašto je ovo važno
Svemirska infrastruktura sve više ovisi o:
- komunikacijski sateliti
- navigacijski sustavi
- Platforme za promatranje Zemlje
- svemirske-mreže
Kako se orbitalna zagušenost povećava, tako raste i opasnost od lančanih sudara.
To stvara dugoročan-inženjerski izazov:
>Kako aktivno održavamo sigurno orbitalno okruženje?
Ako budu uspješni, elektrodinamički sustavi vezivanja mogli bi postati dio globalne infrastrukture orbitalnog održavanja.
Inženjering materijala iza svemirskih sustava
Dok su orbitalni sustavi za uklanjanje krhotina usredotočeni na zrakoplovno-svemirsko inženjerstvo, njihova izvedba također uvelike ovisi o naprednim materijalima.
Visoko{0}}legure, čelici-otporni na koroziju i materijali-na bazi nikla široko se koriste u:
- strukturne komponente svemirske letjelice
- satelitski potporni sustavi
- visoko{0}}temperaturna zrakoplovna i svemirska okruženja
- pogonski-sklopovi
Na primjer, Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. nudi industrijske-materijale kao što su nehrđajući čelik, dupleks nehrđajući čelik, Inconel i druge legure na bazi nikla-koje se obično koriste u zahtjevnim inženjerskim primjenama gdje su čvrstoća, stabilnost i toplinska otpornost ključni.
Završne misli
Japanski koncept svemirske mreže predstavlja promjenu u razmišljanju.
Od pasivnog izbjegavanja:
>"Kako izbjeći svemirski otpad?"
Za aktivnu intervenciju:
>"Kako čistimo Zemljinu orbitu?"
Iako je još uvijek u eksperimentalnoj fazi, sustav pokazuje kako interdisciplinarna inovacija-kombinacijom zrakoplovnog inženjerstva, elektromagnetske teorije, pa čak i tradicionalne proizvodnje ribarskih mreža-može riješiti jedan od najhitnijih problema istraživanja svemira.
Kako orbitalni promet nastavlja rasti, ovakva rješenja mogu postati ključna infrastruktura za održavanje sigurnog svemirskog okruženja za buduće misije.
