Vesmír bol dlhé roky popisovaný ako obrovské, takmer prázdne prostredie.
V skutočnosti však obežná dráha Zeme rozpráva úplne iný príbeh.
>Stáva sa čoraz viac preplneným,{0}}rýchlo sa pohybuje a je nepredvídateľné.
Podľa NASA v súčasnosti obieha okolo Zeme viac ako 500 000 kusov vesmírneho odpadu. Patria medzi ne nefunkčné satelity, úlomky z kolízií a zvyšky komponentov štartu.
Všetky sa pohybujú rýchlosťou až 28 000 km/h, čo je dostatočne rýchlo na to, aby spôsobilo vážne poškodenie prevádzkových kozmických lodí.
A obava už nie je teoretická.
Prečo sa vesmírny odpad stal kritickou inžinierskou výzvou
Priestor už nie je „prázdny“.
Pre satelitných operátorov a vesmírnych inžinierov sa to stalo vysoko-rizikovým prevádzkovým prostredím.
Dokonca aj malé fragmenty môžu:
- poškodiť satelitné panely
- prepichnúť tienenie kozmickej lode
- ohrozujú Medzinárodnú vesmírnu stanicu
- vynútiť núdzové orbitálne úpravy
NASA zdôraznila, že najväčšie nebezpečenstvo predstavuje úlomky, ktoré nie sú-sledovateľné, ktoré nemožno nepretržite monitorovať, no stále nesú ničivú energiu.
Inými slovami:
>Najväčším rizikom je to, čo nevidíme včas.
Existujúce prístupy: sledovanie a vyhýbanie sa
V súčasnosti sa vesmírne agentúry spoliehajú na dve hlavné stratégie.
1. Orbitálne sledovacie systémy
NASA a ministerstvo obrany USA vedú veľmi podrobné katalógy známych orbitálnych objektov.
To umožňuje inžinierom predvídať potenciálne riziká kolízie.
2. Predchádzanie zrážke
Satelity a kozmické lode sú vybavené{0}}vstavanými systémami, ktoré dokážu upraviť dráhy obežnej dráhy, keď sa zistí riziko kolízie.
Oba prístupy však majú určité obmedzenia:
>Vyhýbajú sa úlomkom,{0}}ale neodstraňujú ich.
Japonský inovatívny prístup: koncept vesmírnej „rybárskej siete“.
Japonská letecká agentúra JAXA skúmala iné riešenie.
Namiesto sledovania trosiek ide o ich aktívne odstraňovanie.
Pri vývoji tohto konceptu sa JAXA spojila s neočakávaným odborníkom v tomto odvetví:
>Japonský výrobca rybárskych sietí s viac ako 100-ročnými skúsenosťami v konštrukcii sietí.
Spolupráca viedla k vývoju elektrodynamického uväzovacieho systému.
Je zaujímavé, že v dodávateľskom reťazci priemyselných materiálov stojacich za takými-výkonnými komponentmi pre letectvo a kozmonautiku spoločnosti ako Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. tiež podporujú súvisiace strojárske odvetvia dodávaním pokročilých zliatinových materiálov, ako sú Inconel, nehrdzavejúca oceľ a zliatiny na báze -niklu{4}} s vysokou pevnosťou, ktoré sa bežne používajú v náročnom kozmickom priestore a v prostredí s vysokou{5}}teplotou.
Elektrodynamický systém viazania
Štruktúra vyvinutá spoločnosťou JAXA sa podobá dlhej tenkej sieti vlečúcej sa za kozmickou loďou.
Aj keď nejde o tradičnú sieť v tvare, zdieľa kľúčový koncept:
>Flexibilná,-pevná sieťová štruktúra navrhnutá na interakciu s vonkajšími objektmi na obežnej dráhe.
JAXA zvolila sieťový dizajn namiesto jediného kábla z jedného dôležitého dôvodu:
vyššia odolnosť proti zlomeniu
lepšia odolnosť v podmienkach nárazu
zvýšená spoľahlivosť vo vesmírnom prostredí
Tu sa stala cenná odbornosť Nitto Seimo, výrobcu rybárskych sietí.
Ako systém funguje
Systém „nechytá“ odpad fyzicky v tradičnom zmysle slova.
Namiesto toho využíva elektromagnetické prostredie Zeme.
Krok 1: Nasadenie
Kozmická loď za sebou uvoľní dlhý popruh, spočiatku dlhý asi 700 metrov.
Krok 2: Emisia elektrónov
Palubný elektrónový žiarič uvoľňuje nabité častice do vesmíru.
Krok 3: Elektrická interakcia
Upevnenie zhromažďuje tieto elektróny a stáva sa elektricky nabitým.
Krok 4: Elektromagnetická brzda
Nabitý reťazec interaguje s magnetickým poľom Zeme a vytvára brzdnú silu.
Krok 5: Orbitálny rozpad
Vesmírny odpad sa postupne spomaľuje a presúva sa na nižšiu obežnú dráhu.
Krok 6: Atmosférický opätovný-vstup
Nakoniec sa trosky dostanú do zemskej atmosféry a bezpečne zhoria.
Škálovanie technológie
Súčasné experimentálne verzie sú stále vo vývoji.
Podľa inžinierov zapojených do projektu:
aktuálna dĺžka popruhu: ~ 700 metrov
budúca požiadavka: 5 000 až 10 000 metrov
Dlhšie popruhy by výrazne zvýšili brzdnú účinnosť a schopnosť odstraňovať nečistoty.
JAXA už vykonala viacero testovacích misií, vrátane:
experimentálne nasadenie v roku 2014
test v roku 2016 integrovaný s misiou zásobovania ISS
Dlhodobým-cieľom je plne funkčný systém odstraňovania odpadu.
Inžiniersky pohľad: Prečo na tom záleží
Vesmírna infraštruktúra čoraz viac závisí od:
- komunikačné satelity
- navigačné systémy
- Platformy na pozorovanie Zeme
- vesmírne-siete
So zvyšujúcim sa preťažením obežnej dráhy sa zvyšuje aj riziko reťazových kolízií.
To vytvára dlhodobú{0}}technickú výzvu:
>Ako aktívne udržiavame bezpečné orbitálne prostredie?
Ak budú úspešné, elektrodynamické uväzovacie systémy by sa mohli stať súčasťou globálnej infraštruktúry orbitálnej údržby.
Materiálové inžinierstvo za vesmírnymi systémami
Zatiaľ čo systémy orbitálneho odstraňovania odpadu sa zameriavajú na leteckú techniku, ich výkon tiež do značnej miery závisí od pokročilých materiálov.
Vysoko{0}}zliatiny, korózii-odolné ocele a materiály na báze niklu- sa široko používajú v:
- konštrukčné prvky kozmickej lode
- satelitné podporné systémy
- vysokoteplotné{0}}kozmické prostredie
- zostavy súvisiace s pohonom-
Napríklad spoločnosť Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. poskytuje priemyselné-kvalitné materiály, ako je nehrdzavejúca oceľ, duplexná nehrdzavejúca oceľ, Inconel a ďalšie zliatiny na báze niklu-, ktoré sa bežne používajú v náročných strojárskych aplikáciách, kde je rozhodujúca pevnosť, stabilita a tepelná odolnosť.
Záverečné myšlienky
Japonský koncept vesmírnej siete predstavuje posun v myslení.
Z pasívneho vyhýbania sa:
>"Ako sa vyhneme vesmírnemu odpadu?"
K aktívnemu zásahu:
>"Ako vyčistíme obežnú dráhu Zeme?"
Hoci je tento systém stále v experimentálnom štádiu, ukazuje, ako interdisciplinárne inovácie-spájajúce letecké inžinierstvo, elektromagnetickú teóriu a dokonca aj tradičnú výrobu rybárskych sietí- môžu vyriešiť jeden z najnaliehavejších problémov prieskumu vesmíru.
Keďže orbitálna doprava neustále rastie, riešenia ako toto sa môžu stať základnou infraštruktúrou na udržanie bezpečného vesmírneho prostredia pre budúce misie.
