En nedlagd kinesisk rymdstation, Tiangong-1, förväntas falla till jorden vilken dag som helst nu – den 31 mars, ge eller ta några dagar. När det gör det, det kommer att vara det största konstgjorda föremålet att återinträda i jordens atmosfär på ett decennium.

När dagen närmar sig, Vishnu Reddy, University of Arizona biträdande professor i planetvetenskap, och Tanner Campbell, en doktorand inom flyg- och maskinteknik, spårar dess återinträde med en $1, 500 optiska sensorer byggde de på fyra månader.

Tiangong-1 zoomar genom låg jordbana

Lanserades 2011, Tiangong-1 fungerade som ett laboratorium för tre bemannade uppdrag och var ursprungligen avsedd att gå ur omloppsbana 2013. Nu när det faller, till synes okontrollerbart, genom rymden, forskare över hela världen försöker förutsäga när och var det kommer att falla.

Tiangong-1 upptar låg omloppsbana om jorden, eller LEO. LEO är relativt nära jordens yta jämfört med andra banor, såsom medelhög jordbana och geostationär bana, ett avlägset utrymme där kommunikationssatelliter finns.

Av många anledningar, det är svårare att spåra och förutsäga objekts väg i LEO än deras mer avlägsna motsvarigheter, eftersom "objekt rör sig väldigt snabbt, " säger Reddy. Vid 17, 400 mph, Tiangong-1 kretsar runt jorden var 90:e minut.

Dessutom, objekt i LEO möter något som kallas "drag" när de kommer närmare jorden - ju snabbare ett objekt färdas, desto svårare är det för den att röra sig genom luften. På det sätt som en hand som hålls utanför fönstret på en bil som kör 70 mph är svårare att kontrollera än en utanför en bil som kör 20 mph, samma sak gäller för Tiangong-1 när den återinträder i jordens atmosfär. Dra gör förutsägelse svårare.

På grund av den hårda miljön i LEO, ingen rymdfarkost stannar där för alltid; Tiangong-1:s sju år långa flygning är inte ovanligt kort.

Spåra objekt i LEO

Från och med nu, forskare spårar och förutsäger främst vägar för objekt i LEO med markbaserade radarsystem som upptäcker och katalogiserar objekt.

Det är en extremt dyr operation som endast är tillgänglig för ett fåtal utvalda länder vars militärer har råd med det. USA är en av dem, med flygvapnets mycket sofistikerade Space Fence.

När nyheten kom om Tiangong-1:s återinträde på jorden, Reddy såg en möjlighet att försöka spåra den med något mindre sofistikerat och billigare. Han undrade, "Från UA, kan vi göra något meningsfullt för att bidra till våra nationella säkerhetsintressen?"

Han och Campbell tillbringade fyra månader med att designa och bygga $1, 500 optiskt sensorsystem för hårdvara och mjukvara för att testa just den frågan. De har samlat in data om Tiangong-1:s vistelseort i flera veckor.

"Självklart kommer vi inte att kunna få så exakta och exakta uppgifter som de kan få, men vi försöker se vad vi kan få och hur nära våra härledda produkter matchar, " Campbell säger. "Ett system som vårt är mycket mer tillgängligt för den akademiska världen som också kan bidra."

"Det ger en möjlighet för våra elever att spela en roll i rymdsituationsmedvetenhet, " säger Reddy.

Tar resultaten till den verkliga världen

Reddy och Campbell förklarar det, tills vidare, de sätter helt enkelt sitt optiska sensorsystem på prov och ser vad det kan – ett test där Tiangong-1 är det perfekta motivet.

"Radar har fördelar och nackdelar, liksom optisk, " säger Reddy. "Om vi ​​har kommit på något som till och med är hälften så bra som radar men kan göras till en tiondel av kostnaden, det kan finnas några problem som vi kan lösa på detta sätt."

Reddy använder exemplet att placera ett av dessa system vid varje brandstation i USA. Medan radarn måste bemannas och drivas, de optiska sensorerna kan köras autonomt och kan effektivt crowdsource liknande data.

"Vi försöker inte ersätta radar, men det är ett komplement, säger Campbell.

Reddy och Campbell placerar nu en rad av dessa sensorer på ett enda fäste som ska installeras vid UA:s Biosphere 2 – allt i syfte att spåra objekt i LEO.

"I grund och botten, vi försöker utveckla metoder som är kostnadseffektiva för skattebetalarna, utbilda nästa generation av forskare och ingenjörer som Tanner, och visa världen att vi kan bli bättre förvaltare av vårt dyrbara omloppsutrymme, " säger Reddy.

Campbell planerar att presentera resultaten av sitt arbete med att spåra Tiangong-1 vid Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference i höst.