I mange år er rummet blevet beskrevet som et stort, næsten tomt miljø.
Men i virkeligheden fortæller Jordens bane en helt anden historie.
>Det bliver mere og mere overfyldt,-bevæger sig hurtigt og er uforudsigeligt.
Ifølge NASA kredser mere end 500.000 stykker rumaffald i øjeblikket om Jorden. Disse omfatter hedengangne satellitter, fragmenter fra kollisioner og resterende affyringskomponenter.
De rejser alle med hastigheder på op til 28.000 km/t, hurtigt nok til at forårsage alvorlig skade på operationelle rumfartøjer.
Og bekymringen er ikke længere teoretisk.
Hvorfor rumaffald er blevet en kritisk ingeniørudfordring
Rummet er ikke længere "tomt".
For satellitoperatører og rumingeniører er det blevet et-operationsmiljø med høj risiko.
Selv små fragmenter kan:
- beskadige satellitpaneler
- punktere rumfartøjsafskærmning
- true den internationale rumstation
- fremtvinge nødjusteringer af orbital
NASA har understreget, at den største fare kommer fra ikke-sporbart affald, som ikke kan overvåges kontinuerligt, men som stadig bærer destruktiv energi.
Med andre ord:
>Den største risiko er, hvad vi ikke kan se i tide.
Eksisterende tilgange: Sporing og undgåelse
I øjeblikket er rumbureauer afhængige af to hovedstrategier.
1. Orbital sporingssystemer
NASA og det amerikanske forsvarsministerium fører meget detaljerede kataloger over kendte orbitale objekter.
Dette giver ingeniører mulighed for at forudsige potentielle kollisionsrisici.
2. Manøvrer til undgåelse af kollisioner
Satellitter og rumfartøjer er udstyret med indbyggede-systemer, der kan justere kredsløbsbaner, når der opdages en kollisionsrisiko.
Imidlertid deler begge tilgange en begrænsning:
>De undgår snavs-men fjerner det ikke.
Japans innovative tilgang: Et "Fiskenet"-koncept i rummet
Det japanske rumfartsagentur JAXA har udforsket en anden løsning.
I stedet for kun at spore affald, er ideen aktivt at fjerne det.
For at udvikle dette koncept samarbejdede JAXA med en uventet industriekspert:
>En japansk producent af fiskenet med over 100 års erfaring inden for netkonstruktion.
Samarbejdet førte til udviklingen af et elektrodynamisk tøjringssystem.
Interessant nok støtter virksomheder som Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. i forsyningskæden for industrielle materialer bag sådanne højtydende fly- og rumfartskomponenter også relaterede ingeniørindustrier ved at levere avancerede legeringsmaterialer såsom Inconel, rustfrit stål og høj-nikkelbaserede legeringer-baserede, som er almindeligt anvendte i{5}højtemperaturmiljøer og i højtemperaturmiljøer.
Det elektrodynamiske Tether-system
Strukturen udviklet af JAXA ligner et langt, tyndt net, der slæber bagved et rumfartøj.
Selvom det ikke er et traditionelt net i form, deler det et nøglekoncept:
>En fleksibel meshstruktur med høj-styrke designet til at interagere med eksterne objekter i kredsløb.
JAXA valgte et mesh-design i stedet for et enkelt kabel af en vigtig grund:
højere modstand mod brud
bedre holdbarhed under stødforhold
forbedret pålidelighed i rummiljøer
Det var her ekspertisen hos Nitto Seimo, en fiskenetproducent, blev værdifuld.
Hvordan systemet fungerer
Systemet "fanger" ikke affald fysisk i traditionel forstand.
I stedet bruger den Jordens elektromagnetiske miljø.
Trin 1: Implementering
Et rumfartøj frigiver en lang tøjring bag sig, i starten omkring 700 meter i længden.
Trin 2: Elektronemission
En indbygget elektronemitter frigiver ladede partikler ud i rummet.
Trin 3: Elektrisk interaktion
Tetheret samler disse elektroner og bliver elektrisk ladet.
Trin 4: Elektromagnetisk træk
Den ladede tøjring interagerer med Jordens magnetfelt og genererer en bremsekraft.
Trin 5: Orbital decay
Rumaffald bremses gradvist og bevæger sig ind i en lavere bane.
Trin 6: Atmosfærisk genindtræden-
Til sidst kommer affald ind i Jordens atmosfære og brænder sikkert op.
Skalering af teknologien
Aktuelle eksperimentelle versioner er stadig under udvikling.
Ifølge ingeniører involveret i projektet:
nuværende tøjlængde: ~700 meter
fremtidigt krav: 5.000 til 10.000 meter
Længere tøjler ville øge bremseeffektiviteten og evnen til at fjerne snavs markant.
JAXA har allerede udført flere testmissioner, herunder:
en eksperimentel implementering i 2014
en 2016-test integreret med en ISS genforsyningsmission
Det langsigtede-mål er et fuldt operationelt system til fjernelse af affald.
Teknisk perspektiv: Hvorfor dette betyder noget
Ruminfrastruktur bliver mere og mere afhængig af:
- kommunikationssatellitter
- navigationssystemer
- Jordobservationsplatforme
- rumbaserede-netværk
I takt med at overbelastning af kredsløb stiger, øges risikoen for kædekollisioner.
Dette skaber en langsigtet-teknisk udfordring:
>Hvordan opretholder vi aktivt et sikkert orbitalmiljø?
Hvis det lykkes, kan elektrodynamiske tøjringssystemer blive en del af en global orbital vedligeholdelsesinfrastruktur.
Materialeteknik bag rumsystemer
Mens systemer til fjernelse af orbitalt affald fokuserer på rumfartsteknik, afhænger deres ydeevne også i høj grad af avancerede materialer.
Høj-styrkelegeringer, korrosions-bestandigt stål og nikkel-baserede materialer er meget udbredt i:
- rumfartøjets strukturelle komponenter
- satellitstøttesystemer
- luft- og rumfartsmiljøer med høj-temperatur
- fremdriftsrelaterede-enheder
For eksempel leverer Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. materialer i industriel-kvalitet såsom rustfrit stål, dupleks rustfrit stål, Inconel og andre nikkel-baserede legeringer, der almindeligvis bruges i krævende tekniske applikationer, hvor styrke, stabilitet og termisk modstand er kritisk.
Afsluttende tanker
Japans rumnet-koncept repræsenterer et skift i tankegangen.
Fra passiv undgåelse:
>"Hvordan undgår vi rumaffald?"
Til aktiv intervention:
>"Hvordan renser vi jordens bane?"
Selvom det stadig er i eksperimentelle stadier, demonstrerer systemet, hvordan tværfaglig innovation-der kombinerer rumfartsteknik, elektromagnetisk teori og endda traditionel fiskenetfremstilling-kan løse et af rumudforskningens mest presserende problemer.
Efterhånden som orbitaltrafikken fortsætter med at vokse, kan løsninger som denne blive væsentlig infrastruktur for at opretholde et sikkert rummiljø til fremtidige missioner.
