מאז שנות השישים נאס"א וסוכנויות חלל אחרות שולחות יותר ויותר דברים למסלול. בין שלבי הרקטות, החיזוקים המוצלחים והלוויינים שהפכו מאז לא פעילים, לא היה מחסור בחפצים מלאכותיים שצפים שם למעלה. עם הזמן זה יצר את הבעיה המשמעותית (והולכת וגוברת) של פסולת החלל, המהווה איום רציני על תחנת החלל הבינלאומית (ISS), לוויינים פעילים וחלליות.
בעוד שחלקי הפסולת הגדולים יותר - הנעים בין 5 ס"מ לקוטר - 1.09 מטר בקוטר - מנוטרים באופן קבוע על ידי נאס"א וסוכנויות חלל אחרות, החלקים הקטנים יותר אינם ניתנים לגילוי. בשילוב כמה שכיחות פיסות הפסולת הקטנות הללו, הדבר הופך חפצים בגודל של כמילימטר לגודל לאיום רציני. כדי לטפל בכך, ISS מסתמך על מכשיר חדש המכונה חיישן פסולת החלל (SDS).
חיישן השפעה מכויל זה, המותקן בחלקו החיצוני של התחנה, עוקב אחר פגיעות הנגרמות כתוצאה מפסולת חלל בקנה מידה קטן. החיישן שולב ב- ISS כבר בספטמבר, שם הוא יפקח על ההשפעות בשנתיים-שלוש הבאות. מידע זה ישמש למדידה ואפיון של סביבת הפסולת האורביטאלית ולעזור לסוכנויות החלל לפתח אמצעי נגד נוספים.
במידותיו כמטר מרובע (SD ~ 10.76 ft²), ה- SDS מותקן באתר עומס חיצוני הפונה אל וקטור המהירות של ה- ISS. החיישן מורכב משכבה קדמית דקה של קפטון - סרט פוליאמיד שנשאר יציב בטמפרטורות קיצוניות - ואחריו שכבה שנייה הממוקמת 15 ס"מ (5.9 אינץ ') מאחוריה. שכבת קפטון שנייה זו מצוידת בחיישנים אקוסטיים ורשת חוטים התנגדות, ואחריהם גב אחורי משובץ.
תצורה זו מאפשרת לחיישן למדוד את גודל, מהירות, כיוון, זמן ואנרגיה של כל פסולת קטנה שהוא בא במגע איתה. בעוד שהחיישנים האקוסטיים מודדים את הזמן והמיקום של פגיעה חודרת, הרשת מודדת שינויים בהתנגדות כדי לספק הערכות גודל של המפגע. החיישנים במושב האחורי מודדים גם את החור שנוצר על ידי מכה, המשמש לקביעת מהירות המפגע.
נתונים אלה נבדקים לאחר מכן על ידי מדענים במתקן הבדיקה של חולות לבנים בניו מקסיקו ובאוניברסיטת קנט בבריטניה, שם נערכים בדיקות יתר של היפרקליות בתנאים מבוקרים. כפי שאמר ד"ר מארק בורצ'ל, אחד החוקרים והמשתפי פעולה ב- SDS מאוניברסיטת קנט, באמצעות דוא"ל:
"הרעיון הוא מכשיר רב שכבתי. אתה מקבל זמן כשאתה עובר בכל שכבה. על ידי משולש אותות בשכבה אתה מקבל מיקום בשכבה זו. אז פעמיים ועמדות נותנות מהירות ... אם אתה יודע את המהירות והכיוון אתה יכול לקבל את מסלול האבק וזה יכול להגיד לך אם הוא כנראה מגיע מהחלל העמוק (אבק טבעי) או שהוא נמצא במסלול אדמה דומה לוויינים כך שסביר להניח שפסולת. כל זה בזמן אמת מכיוון שהוא אלקטרוני. "
נתונים אלה ישפרו את הבטיחות על סיפונה של ה- ISS בכך שהם יאפשרו למדענים לפקח על הסיכונים להתנגשויות ולהפיק הערכות מדויקות יותר לגבי האופן בו יש פסולת בקנה מידה קטן בחלל. כאמור, חלקי הפסולת הגדולים יותר במסלול מנוטרים באופן קבוע. אלה מורכבים מכ 20,000 עצמים בערך בגודל של בייסבול, ועוד 50,000 נוספים בערך בגודל של שיש.
עם זאת, ה- SDS מתמקד בעצמים בגודל של 50 מיקרון וקוטר מילימטר אחד, המונים במיליונים. העובדה כי עצמים אלה נעים אמנם במהירויות של מעל 28,000 קמ"ש (17,500 קמ"ש), אם כי זעירים, אך הם עדיין יכולים לגרום נזק משמעותי לוויינים וחלליות. על ידי היכולת להבין את האובייקטים הללו וכיצד אוכלוסייתם משתנה בזמן אמת, NASA תוכל לקבוע אם הבעיה של פסולת מסלולית הולכת ומחמירה.
לדעת מה מצב הפסולת למעלה יש גם מהותי למצוא דרכים להקל עליו. זה לא יועיל רק כשמדובר בפעולות בחו"ל, אלא בשנים הבאות כשמערכת השקת החלל (SLS) וקפסולת אוריון מתרחשת לחלל. כפי שהוסיף בורשל, הידיעה עד כמה סבירות התנגשויות ואילו סוגים של נזק הם עלולים לגרום, תעזור להודיע על עיצוב החלליות - במיוחד בכל הנוגע למיגון.
"מכיוון שאתה מכיר את הסכנה שתוכל להתאים את העיצוב של משימות עתידיות כדי להגן עליהם מפני פגיעות, או שאתה משכנע יותר כשאומרים ליצרני הלוויין שהם צריכים ליצור פחות פסולת בעתיד," אמר. "או שאתה יודע אם אתה באמת צריך להיפטר מלוויינים / זבל ישנים לפני שהוא יתפרק וממטיר מסלול אדמה עם פסולת קטנה בקוטר מ"מ."
ד"ר ג'ר צ'י ליו, בנוסף להיותו חוקר משותף ב- SDS, הוא גם המדען הראשי של נאס"א לחולי אורביטל ומנהל התוכנית במשרד התוכנית לפיתוח אורכני במרכז החלל ג'ונסון. כפי שהסביר למגזין החלל באמצעות המייל:
אובייקטים של פסולת מסלולית בגודל מילימטר מייצגים את סיכון החדירה הגבוה ביותר לרוב החלליות המבצעיות במסלול כדור הארץ הנמוך (LEO). משימת SDS תשרת שתי מטרות. ראשית, ה- SDS יאסוף נתונים שימושיים על פסולת קטנה בגובה ISS. שנית, המשימה תדגים את יכולות ה- SDS ותאפשר לנאס"א לחפש הזדמנויות משימה לאיסוף נתוני מדידה ישירים על פסולת בגודל מילימטר בגבהים גדולים יותר של LEO בעתיד - נתונים שיידרשו לצורך הערכת סיכוני השפעה מהימנים על השלכות פסולת מסלולית. אמצעי הפחתה יעילים להגנה טובה יותר על משימות חלל עתידיות ב- LEO. "
תוצאות הניסוי הזה מבוססות על מידע קודם שהתקבל על ידי תוכנית מעבורת החלל. כאשר המעבורות חזרו לכדור הארץ, צוותי מהנדסים בדקו חומרה שעברה התנגשויות כדי לקבוע את גודל ומהירות ההשפעה של הפסולת. ה- SDS מאמת גם את הכדאיות של טכנולוגיית חיישני ההשפעה למשימות עתידיות בגבהים גדולים יותר, כאשר הסיכונים מהפסולת לחללית הם גדולים יותר מאשר בגובה ה- ISS.
