Dagli anni Sessanta, La NASA e altre agenzie spaziali hanno inviato sempre più cose in orbita. Tra gli stadi spesi dei razzi, booster spesi, e satelliti che da allora sono diventati inattivi, non sono mancati gli oggetti artificiali che galleggiano lassù. Col tempo, questo ha creato il significativo (e crescente) problema dei detriti spaziali, che rappresenta una seria minaccia per la Stazione Spaziale Internazionale (ISS), satelliti attivi e veicoli spaziali.

Mentre i detriti più grandi - che vanno da 5 cm (2 pollici) a 1 metro (1,09 iarde) di diametro - sono regolarmente monitorati dalla NASA e da altre agenzie spaziali, i pezzi più piccoli non sono rilevabili. In combinazione con quanto sono comuni questi piccoli frammenti di detriti, questo rende gli oggetti che misurano circa 1 millimetro di dimensioni una seria minaccia. Per affrontare questo, la ISS si affida a un nuovo strumento noto come Space Debris Sensor (SDS).

Questo sensore di impatto calibrato, che è montato all'esterno della stazione, monitora gli impatti causati da detriti spaziali su piccola scala. Il sensore è stato incorporato nella ISS a settembre, dove monitorerà gli impatti per i prossimi due o tre anni. Queste informazioni verranno utilizzate per misurare e caratterizzare l'ambiente dei detriti orbitali e aiutare le agenzie spaziali a sviluppare ulteriori contromisure.

Misurando circa 1 metro quadrato (~10,76 ft²), l'SDS è montato su un sito di carico utile esterno che si trova di fronte al vettore di velocità della ISS. Il sensore è costituito da un sottile strato frontale di Kapton, un film di poliimmide che rimane stabile a temperature estreme, seguito da un secondo strato situato a 15 cm (5,9 pollici) dietro di esso. Questo secondo strato di Kapton è dotato di sensori acustici e una griglia di fili resistivi, seguito da un dispositivo antiritorno integrato nel sensore.

Questa configurazione consente al sensore di misurare le dimensioni, velocità, direzione, tempo, e l'energia di ogni piccolo detrito con cui entra in contatto. Mentre i sensori acustici misurano il tempo e il luogo di un impatto penetrante, la griglia misura le variazioni di resistenza per fornire stime dimensionali del dispositivo di simulazione. I sensori nell'antiretro misurano anche il foro creato da un impattatore, che viene utilizzato per determinare la velocità del dispositivo di simulazione.

Questi dati vengono poi esaminati dagli scienziati del White Sands Test Facility nel New Mexico e dell'Università del Kent nel Regno Unito, dove i test di ipervelocità sono condotti in condizioni controllate. Come il dottor Mark Burchell, uno dei co-investigatori e collaboratori sulla SDS dell'Università del Kent, ha detto a Universe Today via e-mail:

"L'idea è un dispositivo multistrato. Ottieni un tempo mentre passi attraverso ogni strato. Triangolando i segnali in uno strato ottieni la posizione in quello strato. Quindi due volte e le posizioni danno una velocità... Se conosci la velocità e la direzione, può ottenere l'orbita della polvere e questo può dirti se probabilmente proviene dallo spazio profondo (polvere naturale) o si trova in un'orbita terrestre simile a quella dei satelliti, quindi è probabile che siano detriti. Tutto questo in tempo reale poiché è elettronico. "

Questi dati miglioreranno la sicurezza a bordo della ISS consentendo agli scienziati di monitorare i rischi di collisioni e generare stime più accurate di come i detriti su piccola scala esistono nello spazio. Come notato, i pezzi più grandi di detriti in orbita vengono monitorati regolarmente. Questi sono costituiti da circa 20, 000 oggetti delle dimensioni di una palla da baseball, e altri 50, 000 che sono circa le dimensioni di una biglia.

Però, la SDS è focalizzata su oggetti di diametro compreso tra 50 micron e 1 millimetro, quale numero in milioni. Sebbene minuscolo, il fatto che questi oggetti si muovano a velocità superiori a 28, 000 chilometri all'ora (17, 500 mph) significa che possono ancora causare danni significativi a satelliti e veicoli spaziali. Essendo in grado di avere un'idea di questi oggetti e di come la loro popolazione sta cambiando in tempo reale, La NASA sarà in grado di determinare se il problema dei detriti orbitali sta peggiorando.

Sapere com'è la situazione dei detriti lassù è anche intrinseco nel trovare modi per mitigarlo. Questo non sarà utile solo quando si tratta di operazioni a bordo della ISS, ma nei prossimi anni quando lo Space Launch System (SLS) e la capsula Orion prenderanno il volo. Come ha aggiunto Burchell, sapendo quanto saranno probabili le collisioni, e che tipo di danni possono causare, contribuirà a informare la progettazione di veicoli spaziali, in particolare per quanto riguarda la schermatura.

"[O] una volta che conosci il pericolo, puoi modificare il design delle missioni future per proteggerle dagli impatti, o sei più persuasivo quando dici ai produttori di satelliti che devono creare meno detriti in futuro, " ha detto. "O sai se hai davvero bisogno di sbarazzarti di vecchi satelliti / spazzatura prima che si rompa e inonda l'orbita terrestre con detriti di piccole dimensioni".

Dott. Jer Chyi Liou, oltre ad essere un co-investigatore sulla SDS, è anche Chief Scientist della NASA per Orbital Debris e Program Manager per l'Orbital Debris Program Office presso il Johnson Space Center. Come ha spiegato a Universe Today via e-mail:

"Gli oggetti detriti orbitali di dimensioni millimetriche rappresentano il più alto rischio di penetrazione per la maggior parte dei veicoli spaziali operativi in ​​orbita terrestre bassa (LEO). La missione SDS servirà a due scopi. Primo, l'SDS raccoglierà dati utili su piccoli detriti all'altitudine della ISS. Secondo, la missione dimostrerà le capacità dell'SDS e consentirà alla NASA di cercare opportunità di missione per raccogliere dati di misurazione diretta su detriti di dimensioni millimetriche ad altitudini LEO più elevate in futuro - dati che saranno necessari per valutazioni affidabili del rischio di impatto dei detriti orbitali e convenienti misure di mitigazione per proteggere meglio le future missioni spaziali in LEO."

I risultati di questo esperimento si basano su informazioni precedenti ottenute dal programma Space Shuttle. Quando le navette tornarono sulla Terra, squadre di ingegneri hanno ispezionato l'hardware che ha subito collisioni per determinare le dimensioni e la velocità di impatto dei detriti. L'SDS sta anche convalidando la fattibilità della tecnologia dei sensori di impatto per future missioni ad altitudini più elevate, dove i rischi di detriti per veicoli spaziali sono maggiori rispetto all'altitudine della ISS.