Jei yra vienas dalykas, kurį dešimtmečius išmokėme veikti žemoje žemės orbitoje (LEO), tai kosmose pilna pavojų. Be saulės pliūpsnių ir kosminės radiacijos, vienas didžiausių pavojų kyla iš kosmoso šiukšlių. Nors didžiausią šiukšlių kiekį (kurių skersmuo didesnis nei 10 cm) neabejotinai kelia grėsmė, realus susirūpinimas yra daugiau nei 166 milijonai objektų, kurių dydis yra nuo 1 mm iki 1 cm skersmens.
Nors šiukšlės yra mažos, jos gali pasiekti greitį iki 56 000 km / h (34 800 mph) ir jų neįmanoma atsekti dabartiniais metodais. Dėl greičio niekada nebuvo aiškiai suprantama, kas vyksta smūgio metu. Tačiau neseniai MIT tyrimų komanda atliko pirmąjį išsamų spartų vaizdą ir mikrodalelių poveikio proceso analizę, kurie bus naudingi kuriant kosminių šiukšlių mažinimo strategijas.
Jų išvados aprašytos straipsnyje, kuris neseniai pasirodė žurnale Gamtos komunikacijos. Tyrimui vadovavo Mostafa Hassani-Gangaraj, podoktorantas, bendradarbiaujantis su MIT Medžiagų mokslo ir inžinerijos departamentu (DMSE). Prie jo prisijungė prof. Christopheris Schuhas (DMSE skyriaus vadovas), taip pat personalo tyrinėtojas Davidas Veyssetas ir prof. Keith Nelson iš MIT karių nanotechnologijų instituto.
Mikrodalelių poveikis yra naudojamas įvairiems kasdieniams pramoniniams tikslams, pradedant dangų ir valymo paviršių padengimu, baigiant pjaustymo medžiagomis ir pūtimu smėliu (kai dalelės padidinamos iki viršgarsinio greičio). Tačiau iki šiol šie procesai buvo kontroliuojami neturint aiškaus suplanuotos fizikos.
Hassani-Gangaraj ir jo komanda siekė atlikti pirmąjį tyrimą, kurio metu buvo ištirta, kas vyksta su mikrodalelėmis ir paviršiais smūgio metu. Tai iškėlė du pagrindinius iššūkius: pirma, dalelės važiuoja greičiu, viršijančiu vieną kilometrą per sekundę (3600 km / h; 2237 mph), o tai reiškia, kad smūgio įvykiai įvyksta ypač greitai.
Antra, pačios dalelės yra tokios mažos, kad jas stebėti reikia labai sudėtingų instrumentų. Siekdama išspręsti šiuos iššūkius, komanda rėmėsi MIT sukurta mikrodalelių smūgio testu, kuri gali įrašyti smūgio vaizdo įrašus iki 100 milijonų kadrų per sekundę greičiu. Tada jie panaudojo lazerio spindulį, kad pagreitintų alavo daleles (kurių skersmuo apie 10 mikrometrų) iki 1 km / s greičio.
Antrasis lazeris buvo naudojamas apšviesti skraidančias daleles, nes jos smogė į smūginį paviršių - alavo lakštą. Jie nustatė, kad kai dalelės juda greičiu, viršijančiu tam tikrą slenkstį, smūgio metu vyksta trumpas tirpimo laikotarpis, kuris vaidina lemiamą vaidmenį ardant paviršių. Tuomet jie panaudojo šiuos duomenis numatydami, kada dalelės atsitrauks, prilips ar nuplėš medžiagą nuo paviršiaus ir susilpnins.
Pramonėje plačiai manoma, kad didesnis greitis lems geresnius rezultatus. Šie nauji atradimai tam prieštarauja, parodydami, kad yra regionas, kurio greitis didesnis, kai dangos ar medžiagos paviršiaus stipris mažėja, o ne gerėja. Kaip Hassani-Gangaraj paaiškino MIT pranešime spaudai, šis tyrimas yra svarbus, nes jis padės mokslininkams numatyti, kokiomis sąlygomis įvyks erozija dėl poveikio:
„Norėdami to išvengti, turime sugebėti numatyti [greitį, kuriuo keičiasi efektai]. Mes norime suprasti mechanizmus ir tikslias sąlygas, kada šie erozijos procesai gali įvykti “.
Šis tyrimas galėtų paaiškinti, kas nutinka nekontroliuojamose situacijose, pavyzdžiui, kai mikrodalelės smogia į erdvėlaivius ir palydovus. Atsižvelgiant į didėjančią kosminių šiukšlių problemą ir palydovų, kosminių laivų ir kosminių buveinių skaičių, kurį tikimasi paleisti per ateinančius metus, ši informacija galėtų atlikti svarbų vaidmenį kuriant poveikio mažinimo strategijas.
Kitas šio tyrimo pranašumas buvo jo sudarytas modeliavimas. Anksčiau mokslininkai rėmėsi postmortemo poveikio bandymų analizėmis, kai bandymo paviršius buvo tiriamas po smūgio. Nors šis metodas leido įvertinti žalą, jis nepadėjo geriau suprasti sudėtingos proceso dinamikos.
Priešingai, šis testas rėmėsi greitaeigiu vaizdavimu, kuris užfiksavo dalelių ir paviršiaus tirpimą tuo pačiu smūgio momentu. Komanda panaudojo šiuos duomenis kurdama bendrą modelį, kuris numatė, kaip reaguos nurodyto dydžio ir greičio dalelės - t.y., ar jos atsimuš nuo paviršiaus, prilimpa prie jo ar suyra jį tirpdamos? Iki šiol jų bandymai rėmėsi gryno metalo paviršiais, tačiau komanda tikisi atlikti papildomus bandymus naudodama lydinius ir kitas medžiagas.
Jie taip pat ketina išbandyti smūgius įvairiais kampais, o ne tiesiais smūgiais, kuriuos jie iki šiol išbandė. „Mes galime tai pritaikyti visose situacijose, kuriose svarbi erozija“, - sakė Davidas Veysetas. Tikslas yra sukurti „vieną funkciją, kuri galėtų mums pasakyti, ar erozija įvyks, ar ne. [Tai galėtų padėti inžinieriams] suprojektuoti medžiagas, apsaugančias nuo erozijos, nesvarbu, ar jos būtų kosmose, ar ant žemės, kur jie nori atsispirti erozijai “, - pridūrė jis.
Tikėtina, kad ateinančiais metais ir dešimtmečiais šis tyrimas ir jo rezultatas bus labai naudingi. Visuotinai pripažįstama, kad jei ji nebus patikrinta, kosmoso šiukšlių problema artimiausiu metu dar labiau išaugs. Dėl šios priežasties NASA, ESA ir kelios kitos kosmoso agentūros aktyviai vykdo „kosminių šiukšlių mažinimo“ strategijas, kurios apima masės mažinimą didelio tankio regionuose ir plaukiojančių priemonių su saugiomis grįžimo technologijomis projektavimą.
Šiuo metu ant stalo taip pat yra keletas „aktyvaus pašalinimo“ idėjų. Tai yra įvairūs kosminiai lazeriai, galintys sudeginti šiukšles ir magnetinius kosminius vilkikus, kurie ją sugaudytų, iki mažų palydovų, kurie galėtų ją harpūnuoti ir deorbituoti arba įstumti į mūsų atmosferą (kur ji sudegtų), naudodami plazmos pluoštus.
Šios ir kitos strategijos bus reikalingos tokiame amžiuje, kai Žemos Žemės orbita yra ne tik komercializuojama, bet ir apgyvendinta; jau neminint to, kad tarnauja kaip sustojimo punktas misijoms į Mėnulį, Marsą ir giliau į Saulės sistemą. Jei kosmoso juostos bus užimtos, jos turi būti laisvos!
