Évek óta az űrt hatalmas, szinte üres környezetként írják le.
A valóságban azonban a Föld pályája egészen más történetet mesél el.
>Egyre zsúfoltabb,{0}}gyorsabban mozog és kiszámíthatatlan.
A NASA szerint jelenleg több mint 500 000 darab űrszemét kering a Föld körül. Ide tartoznak a megszűnt műholdak, az ütközésekből származó töredékek és a megmaradt kilövési alkatrészek.
Mindegyikük akár 28 000 km/h sebességgel halad, ami elég gyors ahhoz, hogy súlyos károkat okozzon a működő űrhajókban.
És az aggodalom már nem elméleti.
Miért vált kritikus mérnöki kihívássá az űrszemét?
A tér már nem „üres”.
A műholdüzemeltetők és az űrmérnökök számára ez magas kockázatú{0}}működési környezetté vált.
Még a kis töredékek is képesek:
- károsíthatja a műholdpaneleket
- defektes űrhajó árnyékolása
- fenyegeti a Nemzetközi Űrállomást
- erőltesse a vészpályabeállításokat
A NASA hangsúlyozta, hogy a legnagyobb veszélyt a nem{0}}nyomon követhető törmelék jelenti, amely nem figyelhető folyamatosan, de mégis pusztító energiát hordoz.
Más szóval:
>A legnagyobb kockázat az, amit nem látunk időben.
Meglévő megközelítések: Nyomon követés és elkerülés
Jelenleg az űrügynökségek két fő stratégiára támaszkodnak.
1. Orbitális nyomkövető rendszerek
A NASA és az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma rendkívül részletes katalógusokat vezet az ismert orbitális objektumokról.
Ez lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy előre jelezzék az esetleges ütközési kockázatokat.
2. Ütközéskerülő manőverek
A műholdak és űrhajók beépített{0}}rendszerekkel vannak felszerelve, amelyek ütközési kockázat észlelésekor módosíthatják a pálya útvonalát.
Azonban mindkét megközelítésnek van egy korlátja:
>Elkerülik a törmeléket,{0}}de nem távolítják el.
Japán innovatív megközelítése: űrbeli „halászháló” koncepció
A JAXA japán repülési ügynökség más megoldást keresett.
A törmelék nyomon követése helyett az ötlet az, hogy aktívan távolítsuk el.
A koncepció kidolgozása érdekében a JAXA egy váratlan iparági szakértővel társult:
>Egy japán halászháló gyártó több mint 100 éves tapasztalattal a hálógyártásban.
Az együttműködés egy elektrodinamikus hevederrendszer kifejlesztéséhez vezetett.
Érdekes módon az ilyen nagy teljesítményű repülőgép-alkatrészek mögött álló ipari anyagok ellátási láncában az olyan vállalatok, mint a Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd., a kapcsolódó mérnöki iparágakat is támogatják azáltal, hogy fejlett ötvözetanyagokat szállítanak, mint például az Inconel, a rozsdamentes acél és a nagy -szilárdságú nikkel{4}}alapú ötvözetek, amelyeket gyakran használnak az űrrepülésben és hőfokon{5}. környezetek.
Az elektrodinamikus tether rendszer
A JAXA által kifejlesztett szerkezet egy űrhajó mögött húzódó hosszú, vékony hálóhoz hasonlít.
Bár nem egy hagyományos háló, egy kulcsfontosságú koncepciója van:
>Rugalmas, nagy szilárdságú{0}}hálószerkezet, amelyet úgy terveztek, hogy kölcsönhatásba lépjen a keringő pályán lévő külső objektumokkal.
A JAXA egyetlen kábel helyett hálós kialakítást választott egy fontos okból:
nagyobb törésállóság
jobb tartósság ütési körülmények között
fokozott megbízhatóság űrkörnyezetben
Itt vált értékessé Nitto Seimo halászhálógyártó szakértelme.
Hogyan működik a rendszer
A rendszer nem „fogja el” a hagyományos értelemben vett törmeléket.
Ehelyett a Föld elektromágneses környezetét használja.
1. lépés: Telepítés
Egy űrhajó egy hosszú, kezdetben körülbelül 700 méter hosszú hevedert bocsát ki maga mögé.
2. lépés: Elektronkibocsátás
A fedélzeti elektronsugárzó töltött részecskéket bocsát ki az űrbe.
3. lépés: Elektromos kölcsönhatás
A kötél összegyűjti ezeket az elektronokat, és elektromosan feltöltődik.
4. lépés: Elektromágneses húzás
A feltöltött heveder kölcsönhatásba lép a Föld mágneses mezőjével, és fékezőerőt hoz létre.
5. lépés: Orbitális leépülés
Az űrtörmelék fokozatosan lelassul, és alacsonyabb pályára kerül.
6. lépés: Újra{1}}belépés a légkörbe
Végül a törmelék bejut a Föld légkörébe, és biztonságosan kiég.
A technológia méretezése
A jelenlegi kísérleti verziók még fejlesztés alatt állnak.
A projektben részt vevő mérnökök szerint:
jelenlegi heveder hossza: ~700 méter
jövőbeli követelmény: 5000-10 000 méter
A hosszabb hevederek jelentősen növelnék a fékezés hatékonyságát és a törmelékeltávolító képességet.
A JAXA már több tesztküldetést is végrehajtott, többek között:
egy 2014-es kísérleti telepítés
egy 2016-os teszt egy ISS utánpótlási küldetéssel integrálva
A hosszú távú-cél egy teljesen működőképes törmelékeltávolító rendszer.
Mérnöki perspektíva: Miért számít ez?
Az űrinfrastruktúra egyre inkább függ a következőktől:
- kommunikációs műholdak
- navigációs rendszerek
- Földmegfigyelő platformok
- téralapú{0}}hálózatok
A pálya torlódásának növekedésével a láncütközések kockázata is nő.
Ez hosszú távú{0}}mérnöki kihívást jelent:
>Hogyan tartsuk fenn aktívan a biztonságos orbitális környezetet?
Siker esetén az elektrodinamikus szalagrendszerek egy globális orbitális karbantartási infrastruktúra részévé válhatnak.
Anyagmérnökség az űrrendszerek mögött
Míg az orbitális törmelékeltávolító rendszerek a repülőgépgyártásra összpontosítanak, teljesítményük nagymértékben függ a fejlett anyagoktól is.
A nagyszilárdságú
- űrhajó szerkezeti elemei
- műholdas támogató rendszerek
- magas{0}}hőmérsékletű repülési környezetekben
- hajtáshoz{0}}kapcsolódó szerelvények
Például a Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. olyan ipari minőségű anyagokat kínál, mint a rozsdamentes acél, a duplex rozsdamentes acél, az Inconel és más nikkel-alapú ötvözetek, amelyeket általában olyan igényes mérnöki alkalmazásokban használnak, ahol a szilárdság, a stabilitás és a hőállóság kritikus fontosságú.
Végső gondolatok
A japán űrháló koncepciója gondolkodásváltást jelent.
A passzív elkerülésből:
>– Hogyan kerüljük el az űrszemétet?
Aktív beavatkozáshoz:
>– Hogyan tisztítsuk meg a Föld pályáját?
Bár még csak kísérleti stádiumban van, a rendszer bemutatja, hogy az interdiszciplináris innováció,-a repülőgép-technikát, az elektromágneses elméletet és még a hagyományos halászháló-gyártást is ötvözi-, hogyan oldhatja meg az űrkutatás egyik legsürgetőbb problémáját.
Amint az orbitális forgalom folyamatosan növekszik, az ehhez hasonló megoldások elengedhetetlen infrastruktúrává válhatnak a biztonságos űrkörnyezet fenntartásához a jövőbeli küldetésekhez.
