Selama bertahun-tahun, ruang telah digambarkan sebagai persekitaran yang luas dan hampir kosong.
Tetapi pada hakikatnya, orbit Bumi menceritakan kisah yang sangat berbeza.
>Ia menjadi semakin sesak,-bergerak pantas dan tidak dapat diramalkan.
Menurut NASA, lebih daripada 500,000 keping serpihan angkasa sedang mengorbit Bumi. Ini termasuk satelit yang tidak berfungsi, serpihan daripada perlanggaran dan sisa komponen pelancaran.
Kesemua mereka bergerak pada kelajuan sehingga 28,000 km/j, cukup pantas untuk menyebabkan kerosakan teruk pada kapal angkasa yang beroperasi.
Dan kebimbangan itu bukan lagi teori.
Mengapa Serpihan Angkasa Menjadi Cabaran Kejuruteraan Kritikal
Ruang tidak lagi "kosong".
Bagi pengendali satelit dan jurutera angkasa lepas, ia telah menjadi-persekitaran operasi yang berisiko tinggi.
Walaupun serpihan kecil boleh:
- merosakkan panel satelit
- menusuk perisai kapal angkasa
- mengancam Stesen Angkasa Antarabangsa
- memaksa pelarasan orbital kecemasan
NASA telah menekankan bahawa bahaya terbesar datang daripada serpihan yang tidak-boleh dikesan, yang tidak boleh dipantau secara berterusan tetapi masih membawa tenaga yang merosakkan.
Dengan kata lain:
>Risiko terbesar adalah apa yang kita tidak dapat lihat dalam masa.
Pendekatan Sedia Ada: Penjejakan dan Pengelakan
Pada masa ini, agensi angkasa lepas bergantung pada dua strategi utama.
1. Sistem Penjejakan Orbital
NASA dan Jabatan Pertahanan AS mengekalkan katalog yang sangat terperinci bagi objek orbit yang diketahui.
Ini membolehkan jurutera meramalkan potensi risiko perlanggaran.
2. Manuver Mengelak Perlanggaran
Satelit dan kapal angkasa dilengkapi dengan-sistem terbina dalam yang boleh melaraskan laluan orbit apabila risiko perlanggaran dikesan.
Walau bagaimanapun, kedua-dua pendekatan berkongsi had:
>Mereka mengelakkan serpihan-tetapi tidak mengalihkannya.
Pendekatan Inovatif Jepun: Konsep "Jaring Pancing" Angkasa
Agensi aeroangkasa Jepun JAXA telah meneroka penyelesaian yang berbeza.
Daripada hanya menjejak serpihan, ideanya adalah untuk mengeluarkannya secara aktif.
Untuk membangunkan konsep ini, JAXA bekerjasama dengan pakar industri yang tidak dijangka:
>Pengilang pukat ikan Jepun dengan lebih 100 tahun pengalaman dalam kejuruteraan jaring.
Kerjasama itu membawa kepada pembangunan sistem tether elektrodinamik.
Menariknya, dalam rantaian bekalan bahan industri di sebalik komponen aeroangkasa berprestasi tinggi-sebegitu, syarikat seperti Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. turut menyokong industri kejuruteraan berkaitan dengan membekalkan bahan aloi termaju seperti Inconel, keluli tahan karat dan aloi berasaskan nikel-kekuatan tinggi-yang biasa digunakan dalam persekitaran{5}suhu tinggi aeroangkasa.
Sistem Penambat Elektrodinamik
Struktur yang dibangunkan oleh JAXA menyerupai jaringan panjang dan nipis yang mengekori di belakang kapal angkasa.
Walaupun ia bukan bentuk jaring tradisional, ia berkongsi konsep utama:
>Struktur mesh berkekuatan tinggi-yang fleksibel direka untuk berinteraksi dengan objek luar dalam orbit.
JAXA memilih reka bentuk mesh dan bukannya satu kabel untuk satu sebab penting:
rintangan yang lebih tinggi untuk pecah
ketahanan yang lebih baik dalam keadaan hentaman
kebolehpercayaan yang lebih baik dalam persekitaran ruang
Di sinilah kepakaran Nitto Seimo, pengeluar pukat ikan, menjadi berharga.
Bagaimana Sistem Berfungsi
Sistem ini tidak "menangkap" serpihan secara fizikal dalam erti kata tradisional.
Sebaliknya, ia menggunakan persekitaran elektromagnet Bumi.
Langkah 1: Penerapan
Sebuah kapal angkasa melepaskan tambatan panjang di belakangnya, pada mulanya sekitar 700 meter panjangnya.
Langkah 2: Pelepasan Elektron
Pemancar elektron onboard membebaskan zarah bercas ke angkasa.
Langkah 3: Interaksi Elektrik
Penambat mengumpul elektron ini dan menjadi bercas elektrik.
Langkah 4: Seret Elektromagnet
Penambat yang dicas berinteraksi dengan medan magnet Bumi, menghasilkan daya brek.
Langkah 5: Pereputan Orbital
Serpihan angkasa secara beransur-ansur perlahan dan bergerak ke orbit yang lebih rendah.
Langkah 6: Kemasukan-Semula Atmosfera
Akhirnya, serpihan memasuki atmosfera Bumi dan terbakar dengan selamat.
Menskalakan Teknologi
Versi percubaan semasa masih dalam pembangunan.
Menurut jurutera yang terlibat dalam projek itu:
panjang tether semasa: ~700 meter
keperluan masa hadapan: 5,000 hingga 10,000 meter
Penambatan yang lebih lama akan meningkatkan kecekapan brek dan keupayaan penyingkiran serpihan dengan ketara.
JAXA telah menjalankan beberapa misi ujian, termasuk:
penggunaan percubaan 2014
ujian 2016 yang disepadukan dengan misi bekalan semula ISS
Matlamat jangka panjang-adalah sistem penyingkiran serpihan yang beroperasi sepenuhnya.
Perspektif Kejuruteraan: Mengapa Ini Penting
Infrastruktur angkasa semakin bergantung kepada:
- satelit komunikasi
- sistem navigasi
- Platform pemerhatian bumi
- rangkaian berasaskan-angkasa
Apabila kesesakan orbital meningkat, begitu juga risiko perlanggaran rantai.
Ini mewujudkan cabaran-kejuruteraan jangka panjang:
>Bagaimanakah kita secara aktif mengekalkan persekitaran orbit yang selamat?
Jika berjaya, sistem tether elektrodinamik boleh menjadi sebahagian daripada infrastruktur penyelenggaraan orbit global.
Kejuruteraan Bahan Di Sebalik Sistem Angkasa
Walaupun sistem penyingkiran serpihan orbit menumpukan pada kejuruteraan aeroangkasa, prestasi mereka juga banyak bergantung pada bahan termaju.
Aloi-tinggi, keluli tahan karat-dan bahan berasaskan nikel-digunakan secara meluas dalam:
- komponen struktur kapal angkasa
- sistem sokongan satelit
- persekitaran aeroangkasa bersuhu tinggi-
- pendorong-himpunan berkaitan
Sebagai contoh, Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. menyediakan bahan gred-perindustrian seperti keluli tahan karat, keluli tahan karat dupleks, Inconel dan aloi berasaskan-nikel lain yang biasa digunakan dalam menuntut aplikasi kejuruteraan di mana kekuatan, kestabilan dan rintangan haba adalah kritikal.
Fikiran Akhir
Konsep jaringan angkasa Jepun mewakili anjakan dalam pemikiran.
Daripada pengelakan pasif:
>"Bagaimana kita mengelak serpihan angkasa?"
Untuk campur tangan aktif:
>"Bagaimanakah kita membersihkan orbit Bumi?"
Walaupun masih dalam peringkat percubaan, sistem ini menunjukkan cara inovasi antara disiplin-menggabungkan kejuruteraan aeroangkasa, teori elektromagnet dan juga pembuatan pukat ikan tradisional-boleh menangani salah satu masalah yang paling mendesak dalam penerokaan angkasa lepas.
Apabila trafik orbital terus berkembang, penyelesaian seperti ini mungkin menjadi infrastruktur penting untuk mengekalkan persekitaran ruang yang selamat untuk misi masa depan.
