Кредит: Pixabay/CC0 Public Domain
Операторы спутников и космических кораблей, наконец, смогут обнаруживать небольшие фрагменты мусора на орбите Земли, используя подход, предложенный исследователями из Мичиганского университета.
«Прямо сейчас мы обнаруживаем космический мусор, ища объекты, отражающие свет или радиолокационные сигналы», — сказал Нилтон Ренно, главный исследователь группы Мичиганского университета и профессор климатических и космических наук, а также инженерии и аэрокосмической техники. «Чем меньше становятся объекты, тем труднее становится поймать солнечный свет или радиолокационные сигналы, достаточно сильные, чтобы обнаружить их с земли».
Сегодня объекты размером больше футбольного мяча являются единственными отслеживаемыми фрагментами этого «космического мусора», который составляет менее 1% из почти 170 миллионов фрагментов мусора, оставшихся от запусков ракет, выходов в открытый космос и вышедших из строя спутников. Новый метод может обнаруживать мусор диаметром менее одного миллиметра, что соответствует толщине стержня карандаша.
Ренно представит результаты на Второй Международной конференции по орбитальному мусору 5 декабря вместе с Юн Чжаном, постдокторантом в области климатических, космических наук и техники. Результаты являются одними из первых, полученных в результате более крупного совместного проекта — Программы идентификации и отслеживания космического мусора в рамках программы перспективных исследовательских проектов разведки. Проект возглавляет военный подрядчик Blue Halo и включает в себя Университет Аляски в Фэрбенксе.
Мусор в космосе более чем непригляден — он опасен. При типичной орбитальной скорости 22 000 миль в час кусок космического мусора размером с сливу может ударить другой объект с той же энергией, что и автомобильная авария на шоссе, потенциально выводя спутник из строя. Даже более мелкие части могут повредить космический корабль, поэтому их отслеживание критически важно для спутников и космических кораблей, которым необходимо предпринимать действия по уклонению.
Орбита Земли становится все более загроможденной, что значительно усложняет защиту спутников. Кусочки космического мусора часто сталкиваются друг с другом, в результате чего более крупные куски разбиваются на мелкие, невидимые для обнаружения части. Некоторые эксперты опасаются, что количество космического мусора может расти в геометрической прогрессии, поскольку отдельные его части продолжают сталкиваться, что в конечном итоге нанесет ущерб инфраструктуре, на которую мы полагаемся для GPS, данных мобильных телефонов, мониторинга погоды и многого другого.
Столкновения космического мусора могут оказаться потенциально катастрофическими, но они могут оказаться лучшим способом отслеживания крошечного космического мусора. Когда небольшие куски космического мусора сталкиваются, они взрываются на крошечные фрагменты, некоторые из которых испаряются в заряженный газ из-за тепла, выделяемого при столкновении.
«Когда облако заряженного газа и фрагментов мусора расширяется, оно создает молниеподобные энергетические всплески, подобные сигналам, создаваемым статическими искрами, которые появляются после протирания только что выстиранного одеяла», — сказал Моджтаба Ахаван-Тафти, помощник научного сотрудника в области климата и космических наук и техники, а также ведущий научный сотрудник проекта.
После этого первоначального энергетического всплеска заряженные твердые фрагменты обломков могут создавать импульсы электрического поля всякий раз, когда они находятся достаточно близко друг к другу, производя дополнительные вспышки, подобные молниям. Эти электрические сигналы длятся лишь доли секунды, но они могут помочь отслеживать куски космического мусора и облака микроскопических фрагментов, образующиеся при столкновениях мусора.
Согласно последнему компьютерному моделированию команды, когда два куска алюминия сталкиваются на типичных орбитальных скоростях, они излучают электрический взрыв, достаточно сильный, чтобы 26-метровая антенна с высококачественным радиоприемником могла его обнаружить с Земли. Импульсы электрического поля также должны быть обнаружены с помощью более чувствительных радиорешеток, таких как сеть дальнего космоса НАСА.
Еще многое предстоит сделать. Частота электрических сигналов может меняться в зависимости от скорости столкновения и состава обломков, что может затруднить обнаружение. Чтобы увидеть электрические сигналы, они должны быть сильнее фоновых сигналов наземных приборов и проходить через верхние слои атмосферы Земли.
Команда планирует усовершенствовать свой подход с помощью дополнительного компьютерного моделирования, измеряя реальные сигналы с помощью сети дальнего космоса НАСА и анализируя данные экспериментов по сверхскоростям в Военно-морской исследовательской лаборатории и Исследовательском центре Эймса НАСА. Используя лазеры объекта, команда может запускать различные виды мусора по целям в диапазоне орбитальных скоростей и измерять характеристики электрического излучения, возникающего в результате удара.
Если такие эксперименты откроют способ обнаружения широкого спектра электрических сигналов, генерируемых во время столкновений космического мусора, они смогут определить не только то, где находится космический мусор, но и то, как он выглядит и из чего состоит.
«Мы хотим знать, является ли объект твердым или мягким, потому что это повлияет на то, как он вращается и насколько разрушительным он может быть», — сказал Ахаван-Тафти.
Информация от: Мичиганским университетом
