Düşük Dünya Yörüngesinde (LEO) yıllarca çalışmanın bize öğrettiği bir şey varsa, bu alanın tehlikelerle dolu olmasıdır. Güneş patlamaları ve kozmik radyasyona ek olarak, en büyük tehlikelerden biri uzay enkazından kaynaklanır. En büyük çöp parçaları (çapı 10 cm'den fazla olan) kesinlikle bir tehdit olsa da, asıl endişe çapı 1 mm ila 1 cm arasında değişen 166 milyondan fazla nesne.
Küçük olsa da, bu hurda parçaları 56.000 km / saate (34.800 mil / sa) kadar hızlara ulaşabilir ve mevcut yöntemleri kullanarak takip etmek imkansızdır. Hızlarından dolayı, darbe anında olan şey asla net bir şekilde anlaşılmamıştır. Bununla birlikte, MIT'den bir araştırma ekibi geçtiğimiz günlerde uzay parçacıklarını azaltma stratejileri geliştirilirken kullanışlı olacak ilk ayrıntılı yüksek hızlı görüntüleme ve mikropartikül etki sürecini analiz etti.
Bulguları yakın zamanda dergide yer alan bir makalede açıklanmıştır Doğa İletişimi. Çalışma, MIT’in Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü (DMSE) ile doktora sonrası ortak olan Mostafa Hassani-Gangaraj tarafından yönetildi. Kendisine MIT’in Asker Nanoteknoloji Enstitüsü'nden çalışan araştırmacı David Veysset ve Profesör Christopher Schuh (DMSE bölüm başkanı) ve personel araştırmacısı David Veysset katıldı.
Mikropartikül etkileri, kaplama ve temizleme yüzeylerinden kesme malzemelerine ve kumlama işlemine (partiküllerin hızlandırıldığı süpersonik hızlara kadar) kadar çeşitli günlük endüstriyel uygulamalar için kullanılır. Ancak şimdiye kadar, bu süreçler, dahil olan fiziğin sağlam bir anlayışı olmadan kontrol edilmiştir.
Çalışmaları uğruna, Hassani-Gangaraj ve ekibi, etki anında mikropartiküllere ve yüzeylere ne olduğunu inceleyen ilk çalışmayı yapmaya çalıştı. Bu iki büyük zorluk ortaya koydu: birincisi, söz konusu parçacıklar saniyede bir kilometreye (3600 km / s; 2237 mil / saat) kadar seyahat ediyor, bu da etki olaylarının son derece hızlı gerçekleştiği anlamına geliyor.
İkincisi, parçacıkların kendileri o kadar küçüktür ki onları gözlemlemek son derece sofistike enstrümanlar gerektirir. Bu zorlukları aşmak için ekip, saniyede 100 milyon kareye kadar darbe videosu kaydedebilen MIT'de geliştirilen bir mikropartikül darbe test yatağına güveniyordu. Daha sonra kalay partiküllerini (yaklaşık 10 mikrometre çapında) 1 km / s hıza kadar hızlandırmak için bir lazer ışını kullandılar.
İkinci bir lazer, çarpma yüzeyine çarptığında uçan parçacıkları aydınlatmak için kullanıldı - bir teneke levha. Buldukları şey, parçacıklar belirli bir eşiğin üzerindeki hızlarda hareket ettiğinde, çarpma anında kısa bir erime periyodu olduğu ve bu da yüzeyin aşınmasında önemli bir rol oynadığıydı. Daha sonra, bu verileri parçacıkların bir yüzeyden ne zaman zıplayacağını, yapışacağını veya vuracağını ve onu zayıflatacağını tahmin etmek için kullandılar.
Endüstriyel uygulamalarda, daha yüksek hızların daha iyi sonuçlara yol açacağı yaygın olarak kabul edilmektedir. Bu yeni bulgular, bununla çelişiyor, daha yüksek hızlarda, bir kaplamanın mukavemetinin veya bir malzemenin yüzeyinin iyileşmek yerine azaldığı bir bölge olduğunu gösteriyor. Hassani-Gangaraj'ın bir MIT basın bülteninde açıkladığı gibi, bu çalışma önemlidir, çünkü bilim insanlarının etkilerden kaynaklanan erozyonun hangi koşullar altında gerçekleşeceğini tahmin etmelerine yardımcı olacaktır:
“Bundan kaçınmak için, [etkilerin değişme hızını] tahmin edebilmeliyiz. Bu erozyon süreçlerinin olabileceği mekanizmaları ve kesin koşulları anlamak istiyoruz. ”
Bu çalışma, mikropartiküllerin uzay aracına ve uydulara çarpması gibi kontrolsüz durumlarda neler olabileceğine ışık tutabilir. Giderek artan uzay döküntüsü sorunu ve önümüzdeki yıllarda piyasaya sürülmesi beklenen uydu, uzay aracı ve uzay habitatlarının sayısı göz önüne alındığında, bu bilgiler etki azaltma stratejilerinin geliştirilmesinde anahtar rol oynayabilir.
Bu çalışmanın bir diğer yararı da izin verdiği modelleme idi. Geçmişte, bilim adamları, etki sonrasında, test yüzeyinin incelendiği ölüm sonrası etki testlerine dayanıyordu. Bu yöntem hasar değerlendirmelerine izin verse de, sürece dahil olan karmaşık dinamiklerin daha iyi anlaşılmasına yol açmadı.
Aksine, bu test, parçacık ve yüzeyin erime anında erimesini yakalayan yüksek hızlı görüntülemeye dayanıyordu. Ekip bu verileri, belirli bir boyuttaki ve verilen hızdaki parçacıkların nasıl tepki vereceğini tahmin etmek için genel bir model geliştirmek için kullandı - yani bir yüzeyden sıçrarlar, yapışırlar veya eriterek aşınırlar mı? Şimdiye kadar, testleri saf metal yüzeylere dayanıyordu, ancak ekip alaşımları ve diğer malzemeleri kullanarak daha fazla test yapmayı umuyor.
Ayrıca, şimdiye kadar test ettikleri düz etkiler yerine, etkileri çeşitli açılardan test etmeyi planlıyorlar. “Bunu erozyonun önemli olduğu her duruma uzatabiliriz,” dedi David Veysset. Amaç “erozyonun gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini bize söyleyebilen bir işlev geliştirmektir. [Bu mühendislerin] erozyona karşı koymak istedikleri her yerde, ister yerde ister yerde olsun, erozyondan korunma için malzemeler tasarlamasına yardımcı olabilir ”dedi.
Bu çalışma ve bunun sonucunda ortaya çıkan modelin önümüzdeki yıllarda ve on yıllarda çok kullanışlı olacağı düşünülmektedir. İşaretsiz bırakılırsa, uzay enkazı sorununun yakın gelecekte katlanarak daha da kötüleşeceği yaygın olarak kabul edilmektedir. Bu nedenle NASA, ESA ve diğer birkaç uzay ajansı aktif olarak, yüksek yoğunluklu bölgelerde kütlenin azaltılması ve güvenli yeniden giriş teknolojilerine sahip tekne tasarlamayı içeren “uzay enkazını azaltma” stratejilerini izliyor.
Bu noktada “aktif kaldırma” için de birkaç fikir vardır. Bunlar, onu yakabilecek enkazları ve manyetik alan römorkörlerini yakabilecek uzay tabanlı lazerlerden, plazma ışınlarını kullanarak zıplatabilecek ve deorbit edebilecek veya atmosfere itebilecek (yanacakları) küçük uydulara kadar uzanır.
Bu ve diğer stratejiler, Düşük Dünya Yörüngesinin sadece ticarileştirildiği değil, aynı zamanda yerleştiği bir çağda da gerekli olacaktır; Ay'a, Mars'a ve Güneş Sistemine daha derin olan görevler için bir durak noktası olarak bahsetmiyoruz. Uzay şeritleri meşgul olacaksa, açık tutulmalıdır!
