Sinds de jaren zestig, NASA en andere ruimteagentschappen sturen steeds meer dingen de ruimte in. Tussen de gebruikte stadia van raketten, verbruikte boosters, en satellieten die sindsdien inactief zijn geworden, er is geen tekort aan kunstmatige objecten die daarboven drijven. Overuren, dit heeft geleid tot het aanzienlijke (en groeiende) probleem van ruimtepuin, die een ernstige bedreiging vormt voor het International Space Station (ISS), actieve satellieten en ruimtevaartuigen.

Terwijl de grotere stukken puin - variërend van 5 cm (2 inch) tot 1 meter (1,09 yards) in diameter - regelmatig worden gecontroleerd door NASA en andere ruimteagentschappen, de kleinere stukken zijn niet op te sporen. Gecombineerd met hoe vaak deze kleine stukjes puin zijn, dit maakt objecten van ongeveer 1 millimeter groot een serieuze bedreiging. Dit behandelen, het ISS vertrouwt op een nieuw instrument dat bekend staat als de Space Debris Sensor (SDS).

Deze gekalibreerde impactsensor, die aan de buitenkant van het station is gemonteerd, monitort effecten veroorzaakt door kleinschalig ruimtepuin. De sensor werd in september in het ISS ingebouwd, waar het de komende twee tot drie jaar de effecten zal monitoren. Deze informatie zal worden gebruikt om de omgeving van orbitaal puin te meten en te karakteriseren en ruimteagentschappen te helpen aanvullende tegenmaatregelen te ontwikkelen.

Ongeveer 1 vierkante meter (~ 10,76 ft²), de SDS is gemonteerd op een externe nuttige ladingsplaats die tegenover de snelheidsvector van het ISS staat. De sensor bestaat uit een dunne voorlaag van Kapton – een polyimidefilm die stabiel blijft bij extreme temperaturen – gevolgd door een tweede laag op 15 cm (5,9 inch) daarachter. Deze tweede Kapton-laag is uitgerust met akoestische sensoren en een raster van resistieve draden, gevolgd door een sensor-ingebedde backstop.

Met deze configuratie kan de sensor de grootte meten, snelheid, richting, tijd, en energie van elk klein puin waarmee het in contact komt. Terwijl de akoestische sensoren de tijd en locatie van een indringende impact meten, het raster meet veranderingen in weerstand om schattingen van de grootte van het botslichaam te geven. De sensoren in de backstop meten ook het gat gemaakt door een impactor, die wordt gebruikt om de snelheid van het botslichaam te bepalen.

Deze gegevens worden vervolgens onderzocht door wetenschappers van de White Sands Test Facility in New Mexico en aan de Universiteit van Kent in het VK, waar hypervelocity-tests worden uitgevoerd onder gecontroleerde omstandigheden. Zoals Dr. Mark Burchell, een van de mede-onderzoekers en medewerkers van de SDS van de Universiteit van Kent, vertelde Universe Today via e-mail:

"Het idee is een apparaat met meerdere lagen. Je krijgt een tijd als je door elke laag gaat. Door signalen in een laag te trianguleren, krijg je positie in die laag. Dus twee tijden en posities geven een snelheid ... Als je de snelheid en richting weet kan de baan van het stof krijgen en dat kan je vertellen of het waarschijnlijk uit de verre ruimte komt (natuurlijk stof) of zich in een vergelijkbare baan om de aarde bevindt als satellieten, dus waarschijnlijk puin. Dit alles in realtime omdat het elektronisch is.

Deze gegevens zullen de veiligheid aan boord van het ISS verbeteren door wetenschappers in staat te stellen de risico's van botsingen te volgen en nauwkeurigere schattingen te maken van hoe kleinschalig puin in de ruimte bestaat. Zoals opgemerkt, de grotere stukken puin in een baan worden regelmatig gecontroleerd. Deze bestaan ​​uit de ongeveer 20, 000 voorwerpen ter grootte van een honkbal, en nog eens 50, 000 die ongeveer zo groot zijn als een knikker.

Echter, het SDS is gericht op objecten met een diameter tussen 50 micron en 1 millimeter, welk aantal in de miljoenen. Hoewel klein, het feit dat deze objecten bewegen met snelheden van meer dan 28, 000 km/u (17, 500 mph) betekent dat ze nog steeds aanzienlijke schade kunnen aanrichten aan satellieten en ruimtevaartuigen. Door een idee te krijgen van deze objecten en hoe hun populatie in realtime verandert, NASA zal kunnen bepalen of het probleem van orbitaal puin erger wordt.

Weten hoe de puinsituatie daarboven is, is ook inherent aan het vinden van manieren om het te verminderen. Dit komt niet alleen van pas bij operaties aan boord van het ISS, maar in de komende jaren wanneer het Space Launch System (SLS) en de Orion-capsule de ruimte in gaan. Zoals Burchell heeft toegevoegd, weten hoe waarschijnlijk botsingen zullen zijn, en wat voor soort schade ze kunnen veroorzaken, zal helpen bij het ontwerpen van ruimtevaartuigen, vooral als het om afscherming gaat.

"Zodra je het gevaar kent, kun je het ontwerp van toekomstige missies aanpassen om ze te beschermen tegen schokken, of je bent overtuigender als je satellietfabrikanten vertelt dat ze in de toekomst minder puin moeten maken, "zei hij. "Of je weet of je echt van oude satellieten/rommel af moet voordat het stuk gaat en de baan om de aarde bedolven wordt met klein mm-afval."

Dr. Jer Chyi Liou, naast medeonderzoeker van het SDS, is ook de NASA Chief Scientist voor Orbital Debris en de Program Manager voor het Orbital Debris Program Office in het Johnson Space Center. Zoals hij via e-mail aan Universe Today uitlegde:

"De orbitale puinobjecten van millimeters vertegenwoordigen het hoogste penetratierisico voor de meeste operationele ruimtevaartuigen in een lage baan om de aarde (LEO). De SDS-missie zal twee doelen dienen. Ten eerste, het SDS zal nuttige gegevens verzamelen over klein puin op de ISS-hoogte. Tweede, de missie zal de mogelijkheden van de SDS demonstreren en NASA in staat stellen missiemogelijkheden te zoeken om in de toekomst directe meetgegevens te verzamelen over millimeter-formaat puin op hogere LEO-hoogten - gegevens die nodig zijn voor betrouwbare risicobeoordelingen van de impact van orbitaal puin en kosteneffectief beperkende maatregelen om toekomstige ruimtemissies in LEO beter te beschermen."

De resultaten van dit experiment bouwen voort op eerdere informatie verkregen door het Space Shuttle-programma. Toen de shuttles terugkeerden naar de aarde, teams van ingenieurs inspecteerden hardware die botsingen onderging om de grootte en impactsnelheid van puin te bepalen. De SDS valideert ook de levensvatbaarheid van impactsensortechnologie voor toekomstige missies op grotere hoogte, waar de risico's van puin naar ruimtevaartuigen groter zijn dan op de ISS-hoogte.