Ako nas je nešto naučilo desetljećima djelovanja u Zemljinoj orbiti (LEO), to je da je prostor pun opasnosti. Osim sunčevih bljeskova i kozmičkog zračenja, jedna od najvećih opasnosti dolazi od svemirskih krhotina. Iako su najveći komadići smeća (koji imaju promjer više od 10 cm) zasigurno prijetnja, stvarna briga je više od 166 milijuna predmeta koji se kreću u promjeru od 1 mm do 1 cm.
Iako su maleni, ti komadići smeća mogu dostići brzinu do 56 000 km / h (34,800 mph) i nemoguće ih je pratiti trenutnim metodama. Zbog njihove brzine, ono što se događa u trenutku udara nikada nije jasno razumljivo. Međutim, istraživački tim s MIT-a nedavno je izveo prvo detaljno snimanje i brzi prikaz procesa udara mikročestica, što će vam dobro doći pri izradi strategija ublažavanja svemirskog otpada.
Njihova otkrića opisana su u radu koji se nedavno pojavio u časopisu Priroda komunikacije, Studiju je vodila Mostafa Hassani-Gangaraj, postdoktorska suradnica s MIT-ovog odjela za materijalu i inženjerstvo (DMSE). Pridružio mu se profesor Christopher Schuh (voditelj odjela DMSE), kao i istraživač osoblja David Veysset i prof. Keith Nelson iz MIT-ovog Instituta za vojničke nanotehnologije.
Utjecaji mikročestica koriste se za razne svakodnevne industrijske primjene, od nanošenja premaza i površina za čišćenje do materijala za rezanje i pjeskarenja (gdje se čestice ubrzavaju do nadzvučnih brzina). Ali do sada su se ti procesi kontrolirali bez čvrstog razumijevanja osnovnih fizika koje su uključene u to.
Za vrijeme svoje studije, Hassani-Gangaraj i njegov tim pokušali su provesti prvu studiju koja ispituje što se događa s mikročesticama i površinama u trenutku udarca. To je predstavljalo dva glavna izazova: prvo, uključene čestice putuju brzinom većom od jednog kilometra u sekundi (3600 km / h; 2237 mph), što znači da se događaji udara odvijaju vrlo brzo.
Drugo, same su čestice toliko sitne da je za njihovo promatranje potrebni vrlo sofisticirani instrumenti. Da bi se riješio ovih izazova, tim se oslanjao na testni udar mikročestica razvijen na MIT-u, koji je u stanju snimati udarne video zapise do 100 milijuna kadrova u sekundi. Zatim su upotrijebili laserski zrak za ubrzavanje čestica kositra (promjera oko 10 mikrometara) do brzine od 1 km / s.
Za osvjetljavanje letećih čestica korišten je drugi laser dok su udarali u udarnu površinu - limski lim. Otkrili su da kada se čestice kreću brzinom većom od određenog praga, u trenutku udarca dolazi do kratkog razdoblja taljenja, što igra presudnu ulogu u eroziji površine. Zatim su pomoću ovih podataka predvidjeli kada će čestice odskakati, zalijepiti ili otkinuti materijal s površine i oslabiti ga.
U industrijskoj primjeni općenito se pretpostavlja da će veće brzine dovesti do boljih rezultata. Ova nova otkrića proturječe tome, pokazuju da postoji područje s većim brzinama gdje se snaga premaza ili površine materijala smanjuje, a ne poboljšava. Kao što je Hassani-Gangaraj objasnila u priopćenju za MIT, ova je studija važna jer će pomoći znanstvenicima da predvidi pod kojim uvjetima će se dogoditi erozija od utjecaja:
„Da bismo to izbjegli, moramo biti u mogućnosti predvidjeti [brzinu kojom se efekti mijenjaju]. Želimo razumjeti mehanizme i točne uvjete kada se mogu dogoditi ti postupci erozije. "
Ovo bi istraživanje moglo rasvijetliti ono što se događa u nekontroliranim situacijama, poput mikročestica koje napadaju svemirske letjelice i satelite. S obzirom na rastući problem svemirskih krhotina - i broj satelita, svemirskog broda i svemirskog staništa za koje se očekuje da će biti predstavljeni u narednim godinama - ove bi informacije mogle igrati ključnu ulogu u razvoju strategija ublažavanja utjecaja.
Još jedna prednost ove studije bilo je modeliranje koje je to dopuštalo. U prošlosti su se znanstvenici oslanjali na postmortem analize udarnih testova, gdje je ispitna površina proučena nakon što je utjecaj izvršen. Iako je ova metoda omogućila procjenu štete, ona nije dovela do boljeg razumijevanja složene dinamike koja je uključena u proces.
Suprotno tome, ovaj se test oslanjao na velike brzine snimanja koje su zabilježile taljenje čestica i površine u samom trenutku udara. Tim je koristio ove podatke za izradu općeg modela za predviđanje kako će čestice određene veličine i određene brzine reagirati - tj. Hoće li odskočiti od površine, zalijepiti se na nju ili je izbrisati topljenjem? Do sada su se njihovi testovi oslanjali na čiste metalne površine, no tim se nada daljnjim ispitivanjima koristeći legure i druge materijale.
Oni također namjeravaju testirati utjecaje iz različitih kutova, a ne izravnih utjecaja koje su dosad testirali. "To možemo proširiti na svaku situaciju u kojoj je erozija važna", rekao je David Veysset. Cilj je razviti „jednu funkciju koja nam može reći hoće li se dogoditi erozija ili ne. [To bi moglo pomoći inženjerima] da dizajniraju materijale za zaštitu od erozije, bilo u svemiru ili na zemlji, gdje god se žele oduprijeti eroziji ", dodao je.
Ova studija i njezin rezultirajući model vjerojatno će biti korisni u narednim godinama i desetljećima. Općenito je prihvaćeno da će se, ukoliko se ostane neprovjeren, problem svemirskih krhotina u skoroj budućnosti eksponencijalno pogoršati. Iz tog razloga, NASA, ESA i nekoliko drugih svemirskih agencija aktivno provode strategije ublažavanja nečistoće u svemiru - koje uključuju smanjenje mase u regijama visoke gustoće i projektiranje plovila sa sigurnim tehnologijama ponovnog ulaska.
U ovom trenutku na stolu je i nekoliko ideja za "aktivno uklanjanje". Oni se kreću od svemirskih lasera koji bi mogli sagorjeti krhotine i magnetske svemirske tegljače koji bi ga snimili do malih satelita koji bi ga mogli lučiti i deorbitirati ili gurnuti u našu atmosferu (gdje bi izgorjeli) pomoću plazma zraka.
Ove i druge strategije bit će potrebne u vremenu u kojem je Zemljina orbita ne samo komercijalizirana, već je i naseljena; a da ne spominjemo služenje kao mjesto zaustavljanja za misije na Mjesec, Mars i dublje u Sunčev sustav. Ako će svemirske trake biti zauzete, moraju se održavati čistima!
