I många år har rymden beskrivits som en vidsträckt, nästan tom miljö.
Men i verkligheten berättar jordens omloppsbana en helt annan historia.
>Det blir alltmer trångt,-förflyttade sig och blir oförutsägbart.
Enligt NASA kretsar för närvarande mer än 500 000 bitar av rymdskräp om jorden. Dessa inkluderar nedlagda satelliter, fragment från kollisioner och överblivna uppskjutningskomponenter.
Alla färdas i hastigheter på upp till 28 000 km/h, tillräckligt snabbt för att orsaka allvarliga skador på operativa rymdfarkoster.
Och oron är inte längre teoretisk.
Varför rymdskräp har blivit en kritisk teknisk utmaning
Space is no longer "empty."
För satellitoperatörer och rymdingenjörer har det blivit en-operativ miljö med hög risk.
Även små fragment kan:
- skada satellitpaneler
- punktera rymdskeppsskärmning
- hotar den internationella rymdstationen
- tvinga fram nödjusteringar av omloppsbanan
NASA har betonat att den största faran kommer från icke-spårbart skräp, som inte kan övervakas kontinuerligt men fortfarande bär på destruktiv energi.
Med andra ord:
>Den största risken är vad vi inte kan se i tid.
Befintliga tillvägagångssätt: Spårning och undvikande
För närvarande förlitar sig rymdorganisationer på två huvudstrategier.
1. Orbital spårningssystem
NASA och det amerikanska försvarsdepartementet upprätthåller mycket detaljerade kataloger över kända orbitalobjekt.
Detta gör att ingenjörer kan förutsäga potentiella kollisionsrisker.
2. Manövrar för att undvika kollisioner
Satelliter och rymdfarkoster är utrustade med inbyggda-system som kan justera omloppsbanor när en kollisionsrisk upptäcks.
Men båda tillvägagångssätten delar en begränsning:
>De undviker skräp-men tar inte bort det.
Japans innovativa tillvägagångssätt: ett rymdkoncept för "fisknät".
Den japanska flyg- och rymdbyrån JAXA har undersökt en annan lösning.
Istället för att bara spåra skräp är tanken att aktivt ta bort det.
För att utveckla detta koncept samarbetade JAXA med en oväntad branschexpert:
>En japansk fiskenätstillverkare med över 100 års erfarenhet av nätkonstruktion.
Samarbetet ledde till utvecklingen av ett elektrodynamiskt tjudersystem.
Intressant nog är det att i leveranskedjan för industriella material bakom sådana högpresterande flyg- och rymdkomponenter stödjer företag som Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. också relaterade verkstadsindustrier genom att leverera avancerade legeringsmaterial som Inconel, rostfritt stål och hög-hållfast nickel-baserade legeringar som används i{5}omgivningar med hög temperatur och hög temperatur.
Det elektrodynamiska Tether-systemet
Strukturen som utvecklats av JAXA liknar ett långt, tunt nät som släpar efter en rymdfarkost.
Även om det inte är ett traditionellt nät i form, delar det ett nyckelbegrepp:
>En flexibel,-höghållfast nätstruktur utformad för att interagera med externa objekt i omloppsbana.
JAXA valde en mesh-design istället för en enda kabel av en viktig anledning:
högre motståndskraft mot brott
bättre hållbarhet under stötförhållanden
förbättrad tillförlitlighet i rymdmiljöer
Det var här expertisen hos Nitto Seimo, en fiskenätstillverkare, blev värdefull.
Hur systemet fungerar
Systemet "fångar" inte skräp fysiskt i traditionell mening.
Istället använder den jordens elektromagnetiska miljö.
Steg 1: Implementering
En rymdfarkost släpper en lång tjuder bakom sig, till en början cirka 700 meter lång.
Steg 2: Elektronutsläpp
En elektronsändare ombord släpper ut laddade partiklar i rymden.
Steg 3: Elektrisk interaktion
Tjudet samlar dessa elektroner och blir elektriskt laddat.
Steg 4: Elektromagnetisk dragning
Det laddade tjudet interagerar med jordens magnetfält och genererar en bromskraft.
Steg 5: Orbital decay
Rymdskräp saktar gradvis ner och rör sig in i en lägre omloppsbana.
Steg 6: Atmosfäriskt återinträde-
Så småningom kommer skräp in i jordens atmosfär och brinner upp säkert.
Skala tekniken
Aktuella experimentella versioner är fortfarande under utveckling.
Enligt ingenjörer involverade i projektet:
nuvarande tjuderlängd: ~700 meter
framtida krav: 5 000 till 10 000 meter
Längre tjuder skulle avsevärt öka bromseffektiviteten och förmågan att ta bort skräp.
JAXA har redan genomfört flera testuppdrag, inklusive:
en experimentell utbyggnad 2014
ett test 2016 integrerat med ett ISS återförsörjningsuppdrag
Det långsiktiga-målet är ett fullt fungerande system för borttagning av skräp.
Tekniskt perspektiv: varför detta är viktigt
Rymdinfrastrukturen blir alltmer beroende av:
- kommunikationssatelliter
- navigationssystem
- Jordobservationsplattformar
- rymdbaserade-nätverk
I takt med att orbital trafikstockning ökar ökar risken för kedjekollisioner.
Detta skapar en långsiktig-teknisk utmaning:
>Hur upprätthåller vi aktivt en säker omloppsmiljö?
Om de lyckas kan elektrodynamiska tjudersystem bli en del av en global infrastruktur för omloppsunderhåll.
Materialteknik bakom rymdsystem
Medan system för borttagning av orbitalskräp fokuserar på flygteknik, beror deras prestanda också mycket på avancerade material.
Hög-hållfasta legeringar, korrosionsbeständiga-stål och nickel-baserade material används ofta i:
- strukturella komponenter för rymdfarkoster
- satellitstödjande system
- flygmiljöer med hög-temperatur
- framdrivningsrelaterade-enheter
Till exempel tillhandahåller Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. industriella-material såsom rostfritt stål, duplext rostfritt stål, Inconel och andra nickel-baserade legeringar som vanligtvis används i krävande tekniska tillämpningar där styrka, stabilitet och termisk motståndskraft är avgörande.
Slutliga tankar
Japans rymdnätkoncept representerar en förändring i tänkandet.
Från passivt undvikande:
>"Hur undviker vi rymdskräp?"
Till aktiv intervention:
>"Hur rengör vi jordens omloppsbana?"
Även om det fortfarande är i experimentella skeden, visar systemet hur tvärvetenskaplig innovation-som kombinerar rymdteknik, elektromagnetisk teori och till och med traditionell fiskenätstillverkning-kan lösa ett av rymdutforskningens mest akuta problem.
När omloppstrafiken fortsätter att växa kan lösningar som denna bli nödvändig infrastruktur för att upprätthålla en säker rymdmiljö för framtida uppdrag.
