Desde a década de 1960, a NASA e outras agências espaciais têm enviado cada vez mais coisas para a órbita. Entre os estágios gastos de foguetes, impulsionadores gastos e satélites que se tornaram inativos desde então, não faltam objetos artificiais flutuando por lá. Com o tempo, isso criou o problema significativo (e crescente) de detritos espaciais, o que representa uma séria ameaça à Estação Espacial Internacional (ISS), satélites ativos e naves espaciais.
Enquanto os pedaços maiores de detritos - que variam de 5 cm a 1 metro de diâmetro - são monitorados regularmente pela NASA e outras agências espaciais, os pedaços menores são indetectáveis. Combinado com o quão comuns são esses pequenos pedaços de detritos, isso torna objetos com um tamanho de cerca de 1 milímetro uma ameaça séria. Para resolver isso, a ISS conta com um novo instrumento conhecido como Sensor de detritos espaciais (SDS).
Esse sensor de impacto calibrado, montado no exterior da estação, monitora os impactos causados por detritos espaciais de pequena escala. O sensor foi incorporado à ISS em setembro, onde monitorará os impactos pelos próximos dois a três anos. Essas informações serão usadas para medir e caracterizar o ambiente de detritos orbitais e ajudar as agências espaciais a desenvolver contramedidas adicionais.
Medindo cerca de 1 metro quadrado (~ 10,76 pés²), o SDS é montado em um local de carga externa que enfrenta o vetor de velocidade do ISS. O sensor consiste em uma fina camada frontal de Kapton - um filme de poliimida que permanece estável a temperaturas extremas - seguido por uma segunda camada localizada 15 cm (5,9 polegadas) atrás dele. Essa segunda camada Kapton é equipada com sensores acústicos e uma grade de fios resistivos, seguida por um batente traseiro incorporado.
Essa configuração permite que o sensor meça o tamanho, velocidade, direção, tempo e energia de quaisquer detritos pequenos com os quais entre em contato. Enquanto os sensores acústicos medem o tempo e a localização de um impacto penetrante, a grade mede as alterações na resistência para fornecer estimativas de tamanho do impactor. Os sensores no batente traseiro também medem o furo criado por um pêndulo, que é usado para determinar a velocidade do pêndulo.
Esses dados são então examinados por cientistas da White Sands Test Facility, no Novo México, e da Universidade de Kent, no Reino Unido, onde os testes de hipervelocidade são realizados sob condições controladas. Como o Dr. Mark Burchell, um dos co-investigadores e colaboradores do SDS da Universidade de Kent, disse à Space Magazine por e-mail:
“A ideia é um dispositivo de múltiplas camadas. Você ganha um tempo ao passar por cada camada. Triangulando sinais em uma camada, você obtém posição nessa camada. Então, duas vezes e posições dão uma velocidade ... Se você souber a velocidade e a direção, poderá obter a órbita da poeira e isso poderá dizer se ela provém do espaço profundo (poeira natural) ou se está em uma órbita terrestre semelhante aos satélites, assim como os detritos. Tudo isso em tempo real, pois é eletrônico. ”
Esses dados melhorarão a segurança a bordo da ISS, permitindo que os cientistas monitorem os riscos de colisões e gerem estimativas mais precisas de como os detritos de pequena escala existem no espaço. Como observado, os pedaços maiores de detritos em órbita são monitorados regularmente. Eles consistem em aproximadamente 20.000 objetos do tamanho de uma bola de beisebol e outros 50.000 do tamanho de uma bola de gude.
No entanto, o SDS está focado em objetos que têm entre 50 microns e 1 milímetro de diâmetro, que são milhões. Embora pequenos, o fato de esses objetos se moverem a velocidades superiores a 28.000 km / h (17.500 mph) significa que ainda podem causar danos significativos aos satélites e naves espaciais. Ao conseguir entender esses objetos e como sua população está mudando em tempo real, a NASA poderá determinar se o problema de detritos orbitais está piorando.
Saber como é a situação de detritos lá em cima também é intrínseco a encontrar maneiras de mitigá-la. Isso não só será útil quando se trata de operações na ISS, mas nos próximos anos, quando o Sistema de Lançamento Espacial (SLS) e a cápsula Orion chegarem ao espaço. Como Burchell acrescentou, saber qual será a probabilidade de colisões e que tipos de danos podem causar, ajudará a informar o projeto das naves espaciais - particularmente no que diz respeito à blindagem.
“Quando você souber o perigo, poderá ajustar o design de futuras missões para protegê-las dos impactos, ou ficará mais persuasivo ao dizer aos fabricantes de satélites que eles devem criar menos detritos no futuro”, afirmou ele. "Ou você sabe se realmente precisa se livrar de satélites antigos / lixo antes que ele se rompa e mostre a órbita terrestre com pequenos detritos na escala mm".
O Dr. Jer Chyi Liou, além de co-investigador da SDS, também é o Cientista Chefe da NASA para Detritos Orbitais e o Gerente de Programa do Escritório do Programa Orbital Debris no Johnson Space Center. Como ele explicou à Space Magazine por e-mail:
“Os objetos orbitais de tamanho milimétrico representam os maior risco de penetração para a maioria das naves espaciais operacionais em baixa órbita terrestre (LEO). A missão da SDS servirá a dois propósitos. Primeiro, o SDS coletará dados úteis sobre pequenos detritos na altitude da ISS. Segundo, a missão demonstrará as capacidades do SDS e permitirá à NASA buscar oportunidades de missão para coletar dados de medição direta em detritos do tamanho de milímetros em altitudes LEO mais altas no futuro - dados que serão necessários para avaliações de risco e custos de impacto de detritos orbitais confiáveis medidas de mitigação eficazes para melhor proteger futuras missões espaciais no LEO. ”
Os resultados desse experimento baseiam-se em informações anteriores obtidas pelo programa Space Shuttle. Quando os ônibus espaciais retornaram à Terra, equipes de engenheiros inspecionaram o hardware que sofreu colisões para determinar o tamanho e a velocidade de impacto dos detritos. O SDS também está validando a viabilidade da tecnologia do sensor de impacto para futuras missões em altitudes mais altas, onde os riscos de detritos para naves espaciais são maiores do que na altitude da ISS.
