空间站正在使用新工具来探测太空碎片

【博科园-科学科普】自上世纪60年代以来，美国国家航空航天局(NASA)和其他航天机构一直在将越来越多的物质送入轨道。在火箭的使用阶段，用过的助推器，以及后来变得不活跃的卫星，在那里漂浮的人造物体很多。随着时间的推移，这已经造成了空间碎片的重大(和日益增长的)问题，这对国际空间站(ISS)、活动卫星和宇宙飞船构成了严重威胁。

地球轨道上所有太空垃圾，图片版权：NASA

虽然更大的碎片——从5厘米(2英寸)到1米(1.09码)的直径——经常受到NASA和其他空间机构的监控，但较小的碎片是无法探测到的。结合这些碎片的常见程度，这使得测量大约1毫米大小的物体成为严重的威胁。为了解决这个问题，国际空间站正在依靠一种名为“太空碎片传感器”的新仪器。

这个校准的撞击传感器，安装在空间站的外部，监测由小型空间碎片造成的影响。该传感器在9月份被并入国际空间站，在那里它将监测未来2到3年的影响。这些信息将用于测量和描述轨道碎片环境，并帮助空间机构制定额外的反措施。

以地球为背景的国际空间站(ISS)。图片版权：NASA

测量约1平方米(~ 10.76英尺²)，SDS是安装在一个外部负载网站面临国际空间站的速度矢量。该传感器由一层薄薄的卡帕顿(一种聚酰亚胺薄膜)组成，在极端温度下保持稳定，其次是在它后面15厘米(5.9英寸)的第二层。这第二个卡普顿层配备了声学传感器和电阻线栅极，然后是一个传感器嵌入的后盖。

这种配置允许传感器测量它接触到的任何小碎片的大小、速度、方向、时间和能量。虽然声学传感器测量了穿透冲击的时间和位置，但栅格测量电阻的变化来提供冲击器的尺寸估计。在backstop的传感器也测量一个撞击器产生的孔，它被用来确定撞击器的速度。

在新墨西哥州的白沙试验场和英国肯特大学的科学家们对这些数据进行了研究，在控制条件下进行了超高速测试。马克·波切尔博士是肯特大学SDS的联合调查员和合作者之一说：这个想法是一个多层设备。当穿过每一层时会得到一段时间。通过三角信号在一层中得到位置。所以速度两倍和职位给…如果知道速度和方向可以得到轨道的灰尘，如果它可能来自外太空尘埃(自然)或在一个类似地球轨道卫星碎片可能也是如此。所有这些都是实时的，因为它是电子的。

宇航员蒂姆·皮克拍摄的国际空间站“圆顶窗户”上的芯片。图片版权：ESA/NASA/Tim Peake

这些数据将使科学家能够监测碰撞的风险，并产生更准确的估计空间中存在的小碎片的可能性，从而提高国际空间站的安全性。如前所述，轨道上较大的碎片被定期监测。这些东西包括大约2万件与棒球大小有关的物体，另外还有5万件与大理石尺寸有关的物体。

然而，SDS聚焦于直径在50微米到1毫米之间的物体。虽然微小，但这些物体以超过28000公里/小时(17500英里/小时)的速度移动，这意味着它们仍然会对卫星和宇宙飞船造成重大损害。通过对这些物体的感知，以及轨道如何实时变化，NASA将能够确定轨道碎片的问题是否正在“恶化”。

知道碎片的情况是什么样子的，也有寻找方法来减轻它。这不仅将在国际空间站的操作上派上用场，而且在未来几年，太空发射系统(SLS)和“猎户座”太空舱也将进入太空。波切尔补充说：知道碰撞的可能性，以及可能造成的伤害，将有助于告知宇宙飞船的设计——特别是在屏蔽方面。

他可以调整未来任务的设计，以保护它们不受影响，或者更有说服力地告诉卫星制造商，他们在未来必须创造更少的碎片。如果真的需要扔掉旧的卫星/垃圾，它就会在地球轨道上出现小的毫米级碎片。

NASA艾姆斯研究中心的超速度弹道的内部。这个测试是用来模拟当一块轨道碎片击中轨道上的航天器时所发生的情况。图片版权：NASA/Ames

Jer Chyi Liou博士，除了是SDS的联合调查员，也是美国宇航局轨道碎片的首席科学家和约翰逊航天中心轨道碎片项目办公室的项目经理。他说：在近地轨道上，毫米级的轨道碎片物体代表着最高的穿透风险。SDS任务将服务于两个目的。首先SDS将收集在国际空间站高度上的小碎片的有用数据。第二任务将演示SDS的功能，使美国国家航空航天局任务寻求机会收集效果的直接测量数据碎片狮子座更高海拔地区未来的数据，需要可靠的轨道碎片影响风险评估和有效的缓解措施以更好地保护未来太空任务。

这个实验的结果建立在航天飞机项目获得的先前的信息之上。当航天飞机返回地球时，工程师团队检查了经过碰撞的硬件，以确定碎片的大小和碰撞速度。SDS还验证了影响传感器技术在更高海拔地区的未来任务的可行性，在那里，从碎片到航天器的风险大于国际空间站的高度。

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参考：NASA

作者：Matt Williams

内容：“博科园”判定符合今主流科学

来自：Universe Today

编译：卿君侧

审校：博科园

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