Monterad på utsidan av den internationella rymdstationen, Space Debris Sensor (SDS) samlar in information om små orbitala skräp. Kredit:NASA
Den internationella rymdstationen är inte den enda rymdfarkost som kretsar runt jorden. Faktiskt, den åtföljs av rymdteleskopet Hubble, satelliter inom jordobservationssystemet, och mer än 1, 000 andra operativa rymdfarkoster och CubeSats. Förutom rymdfarkoster, bitar av skräp från omloppsbanan - mänskligt skapade föremål som inte längre tjänar ett syfte i rymden - är också i omloppsbana.
Med uppskattningsvis mer än 100 miljoner bitar av orbitala skräp som mäter mindre än en centimeter för närvarande i jordens omloppsbana, de kan vara för små för att spåra, men många är tillräckligt stora för att orsaka skador på operativa rymdfarkoster.
Rymdstationen har skräpsköldar på plats för att skydda från skräp som är mindre än 1,5 centimeter stora. Större skräp spåras av markkontroll, och om det behövs, rymdstationens thrusters kan användas för att säkert flytta stationen bort från skräpet.
Space Debris Sensor (SDS) kommer att övervaka den lilla skräpmiljön runt rymdstationen i två till tre år, registrera instanser av skräp mellan storlekarna 0,05 mm till 0,5 mm. Föremål större än 3 mm övervakas från marken. Den kommer att starta till station i bagageutrymmet på en SpaceX Dragon under ett återförsörjningsuppdrag tidigast den 12 december.
Orbital skräp så liten som 0,3 mm kan utgöra en fara för mänskliga rymdfärder och robotuppdrag.
"Den här lilla skräp har potential att skada utsatta termiska skyddssystem, rymddräkter, fönster och oskärmad känslig utrustning, "sa Joseph Hamilton, projektets huvudutredare. "På rymdstationen, det kan skapa skarpa kanter på handtag längs spacewalkers väg, vilket också kan orsaka skador på dräkterna."
Fotografisk dokumentation av en Micro Meteor Orbital Debris träffar ett av fönstren i rymdstationens kupol. Space Debris Sensor kommer att mäta den orbitala skräpmiljön i 2-3 år för att ge kollisionsdetektering och registrering. Kredit:NASA
När den väl är monterad på utsidan av Columbus-modulen ombord på rymdstationen, sensorn kommer att erbjuda nästan realtidseffektdetekterings- och inspelningsmöjligheter.
Med hjälp av ett treskiktigt akustiskt system, SDS kännetecknar storleken, fart, riktning och densitet för dessa små partiklar. De två första lagren är avsedda att penetreras av skräpet. Detta dubbelfilmssystem ger tid, plats och hastighet för skräpet, medan det sista lagret - en Lexan -backstop - ger objektets densitet.
Det första och andra lagret i SDS är identiska, utrustad med akustiska sensorer och .075 mm breda resistiva linjer. Om en bit skräp skadar det första lagret, den skär genom en eller flera av de resistiva linjerna innan den slår och går igenom det andra lagret. Till sist, skräpet träffar backspärrplattan.
Även om backstoppen inte kommer att användas för att returnera några av de insamlade proverna, kombinerat med de två första lagren, det ger forskare värdefull information om skräpet som påverkar SDS i omloppsbana.
"Backspärren har sensorer för att mäta hur hårt den träffas för att uppskatta den kinetiska energin hos det stötande föremålet, ", sa Hamilton. "Genom att kombinera detta med hastighets- och storleksmätningar från de två första lagren, vi hoppas kunna beräkna objektets densitet."
De akustiska sensorerna inom de två första lagren mäter slagtiden och platsen med hjälp av en enkel trianguleringsalgoritm. Till sist, genom att kombinera påverkningstidpunkt och platsdata ger effekt- och riktningsmätningar av skräpet.
Data som samlats in under SDS-undersökningen kommer att hjälpa forskare att kartlägga hela orbitalskräppopulationen och planera framtida sensorer bortom rymdstationen och den låga jordens omloppsbana, där risken för skador från orbitalrester är ännu högre för rymdfarkoster.
"Orbital skräpmiljö förändras ständigt och måste övervakas kontinuerligt, sade Hamilton. "Medan den övre atmosfären får skräp i låga banor att förfalla, nya uppskjutningar och nya händelser i rymden kommer att öka befolkningen."
