سال هاست که فضا به عنوان یک محیط وسیع و تقریباً خالی توصیف شده است.
اما در واقعیت، مدار زمین داستان بسیار متفاوتی را بیان می کند.
>به طور فزاینده ای شلوغ، سریع-و غیرقابل پیش بینی می شود.
به گفته ناسا، بیش از 500000 قطعه زباله فضایی در حال حاضر به دور زمین در حال چرخش هستند. اینها شامل ماهواره های از کار افتاده، قطعات ناشی از برخورد و اجزای پرتاب باقی مانده است.
همه آنها با سرعت 28000 کیلومتر در ساعت حرکت می کنند، به اندازه ای سریع که به فضاپیماهای عملیاتی آسیب جدی وارد کند.
و نگرانی دیگر نظری نیست.
چرا زباله های فضایی به یک چالش مهندسی حیاتی تبدیل شده اند؟
فضا دیگر «خالی» نیست.
برای اپراتورهای ماهواره ای و مهندسان فضایی، به یک محیط عملیاتی-پرخطر تبدیل شده است.
حتی قطعات کوچک می توانند:
- آسیب به پانل های ماهواره ای
- سوراخ کردن محافظ فضاپیما
- ایستگاه فضایی بین المللی را تهدید می کند
- مجبور به تنظیمات اضطراری مداری
ناسا تاکید کرده است که بزرگترین خطر از زبالههای غیرقابل ردیابی است، که نمیتوان بهطور مداوم نظارت کرد، اما همچنان حامل انرژی مخرب است.
به عبارت دیگر:
>بزرگترین خطر چیزی است که ما نمی توانیم در زمان ببینیم.
رویکردهای موجود: ردیابی و اجتناب
در حال حاضر، آژانس های فضایی بر دو استراتژی اصلی تکیه می کنند.
1. سیستم های ردیابی مداری
ناسا و وزارت دفاع ایالات متحده کاتالوگ های بسیار دقیقی از اجرام مداری شناخته شده دارند.
این به مهندسان اجازه می دهد تا خطرات احتمالی برخورد را پیش بینی کنند.
2. مانورهای جلوگیری از برخورد
ماهوارهها و فضاپیماها مجهز به سیستمهای{0} داخلی هستند که میتوانند مسیرهای مدار را هنگام شناسایی خطر برخورد تنظیم کنند.
با این حال، هر دو رویکرد یک محدودیت مشترک دارند:
>آنها از زبالهها اجتناب میکنند-اما آنها را حذف نمیکنند.
رویکرد نوآورانه ژاپن: مفهوم "تور ماهیگیری" فضایی
آژانس هوافضای ژاپنی JAXA در حال بررسی راه حل متفاوتی است.
به جای ردیابی فقط زباله، ایده حذف فعالانه آن است.
برای توسعه این مفهوم، JAXA با یک متخصص صنعت غیر منتظره شریک شد:
>یک سازنده تور ماهیگیری ژاپنی با بیش از 100 سال تجربه در مهندسی تور.
این همکاری منجر به توسعه یک سیستم اتصال الکترودینامیکی شد.
جالب اینجاست که در زنجیره تامین مواد صنعتی پشت چنین قطعات هوافضایی با کارایی بالا، شرکت هایی مانند Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. نیز از صنایع مهندسی مرتبط با تامین مواد آلیاژی پیشرفته مانند Inconel، فولاد ضد زنگ، و{3}استحکام بالا، نیکل و تقاضای بالا، که به طور متداول در همه مواد شیمیایی استفاده می شود، پشتیبانی می کنند. محیط های با دمای-بالا.
سیستم تتر الکترودینامیکی
ساختاری که توسط JAXA ساخته شده است شبیه یک شبکه مشبک نازک و بلند است که در پشت یک فضاپیما قرار دارد.
اگرچه این یک شبکه سنتی شکل نیست، اما یک مفهوم کلیدی مشترک دارد:
>ساختار مشبک انعطافپذیر-که برای تعامل با اجسام خارجی در مدار طراحی شده است.
JAXA به یک دلیل مهم به جای یک کابل، یک طرح مشبک را انتخاب کرد:
مقاومت بالاتر در برابر شکستگی
دوام بهتر در شرایط ضربه
قابلیت اطمینان بهبود یافته در محیط های فضایی
اینجا بود که تخصص Nitto Seimo، تولید کننده تور ماهیگیری، ارزشمند شد.
سیستم چگونه کار می کند
این سیستم به معنای سنتی، زبالهها را از نظر فیزیکی «گرفتن» نمیکند.
در عوض از محیط الکترومغناطیسی زمین استفاده می کند.
مرحله 1: استقرار
یک فضاپیما یک بند طولانی از پشت خود آزاد می کند که در ابتدا حدود 700 متر طول دارد.
مرحله 2: انتشار الکترون
یک تابشگر الکترون روی برد، ذرات باردار را در فضا آزاد می کند.
مرحله 3: تعامل الکتریکی
تتر این الکترون ها را جمع می کند و بار الکتریکی می شود.
مرحله 4: کشیدن الکترومغناطیسی
تتر باردار با میدان مغناطیسی زمین تعامل می کند و نیروی ترمز ایجاد می کند.
مرحله 5: فروپاشی مداری
زباله های فضایی به تدریج سرعت خود را کاهش می دهند و به مدار پایین تری می روند.
مرحله 6: ورود مجدد اتمسفر-
در نهایت، زباله ها وارد جو زمین شده و با خیال راحت می سوزند.
مقیاس گذاری فناوری
نسخه های آزمایشی فعلی هنوز در حال توسعه هستند.
به گفته مهندسان شرکت کننده در این پروژه:
طول کش فعلی: ~ 700 متر
مورد نیاز آینده: 5000 تا 10000 متر
اتصالات طولانی تر به طور قابل توجهی کارایی ترمز و قابلیت حذف زباله را افزایش می دهد.
JAXA قبلاً چندین ماموریت آزمایشی انجام داده است، از جمله:
یک استقرار آزمایشی در سال 2014
یک آزمایش 2016 که با یک ماموریت تامین مجدد ISS ادغام شده است
هدف بلندمدت-یک سیستم کاملاً عملیاتی حذف زباله است.
دیدگاه مهندسی: چرا این مهم است
زیرساخت های فضایی به طور فزاینده ای به موارد زیر وابسته می شوند:
- ماهواره های ارتباطی
- سیستم های ناوبری
- سکوهای رصد زمین
- شبکه های مبتنی بر فضا{0}}
با افزایش تراکم مداری، خطر برخوردهای زنجیره ای نیز افزایش می یابد.
این یک چالش مهندسی درازمدت- ایجاد میکند:
>چگونه به طور فعال یک محیط مداری امن را حفظ کنیم؟
در صورت موفقیت، سیستمهای اتصال الکترودینامیکی میتوانند بخشی از یک زیرساخت جهانی نگهداری مداری شوند.
مهندسی مواد در پشت سیستم های فضایی
در حالی که سیستم های حذف زباله مداری بر مهندسی هوافضا تمرکز دارند، عملکرد آنها نیز به شدت به مواد پیشرفته بستگی دارد.
آلیاژهای با استحکام بالا، فولادهای مقاوم به خوردگی
- اجزای ساختاری فضاپیما
- سیستم های پشتیبانی ماهواره ای
- محیطهای هوافضا با دمای-بالا
- مجموعههای مربوط به نیروی محرکه-
به عنوان مثال، Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. مواد صنعتی- مانند فولاد ضد زنگ، فولاد ضد زنگ دوبلکس، اینکونل و سایر آلیاژهای مبتنی بر نیکل{3}} را ارائه میکند که معمولاً در برنامههای مهندسی سختگیرانه استفاده میشوند که در آن استحکام، پایداری و مقاومت حرارتی بسیار مهم است.
افکار نهایی
مفهوم شبکه فضایی ژاپن نشان دهنده یک تغییر در تفکر است.
از اجتناب منفعل:
>"چگونه از زباله های فضایی جلوگیری کنیم؟"
برای مداخله فعال:
>"چگونه مدار زمین را تمیز کنیم؟"
اگرچه این سیستم هنوز در مراحل آزمایشی است، اما نشان میدهد که چگونه نوآوری میان رشتهای-ترکیب مهندسی هوافضا، نظریه الکترومغناطیسی، و حتی تولید تور ماهیگیری سنتی-میتواند به یکی از فوریترین مشکلات اکتشاف فضا رسیدگی کند.
همانطور که ترافیک مداری همچنان در حال رشد است، راه حل هایی مانند این ممکن است به زیرساخت های ضروری برای حفظ یک محیط فضایی امن برای ماموریت های آینده تبدیل شوند.
