碰撞產生的微小火花可幫助追蹤微小空間碎片 避免撞擊太空船風險
直徑不超過鉛筆芯寬的物體碰撞所產生的微弱電能爆發,有朝一日可以幫助航天學界追蹤到直徑小於一毫米的空間碎片,從而減少對地球軌道上航天器的危險。隨著越來越多的衛星被送入軌道,太空碎片的潛在危險也增加。
根據美國國家航空暨太空總署(NASA)的數據,目前已經有超過 2.5 萬個直徑大於 10 公分(4 英吋)的物體在地球軌道上運行。在 1 公分到 10 公分之間,估計會增加到大約 50 萬個。再縮小到 1 毫米,則為 1 億個,這還是 2022 年 1 月的數字。據估計,地球附近總計有 1.7 億塊碎片,總重量達 9,000 噸。
其中一些碎片是由死亡的衛星和發射它們的火箭組成的。其他則是由螺母和螺栓、火箭管道碎片,甚至丟失的太空人工具袋等雜物組成的混合體。世界各地的航太機構投入大量資金追蹤這些物體,但它們只是眾所周知的冰山一角。
由太空碎片造成的美國太空總署”Solar Max”太空船上的洞
最令人擔憂的問題是非常微小的碎片–尤其是早期的太空任務中產生的碎片,因為當時還沒有旨在最大限度減少太空碎片的技術。此外,還有衛星意外碰撞的結果,以及一些國家不負責任地進行反衛星武器試驗所產生的碎片,這些碎片的數量不斷增加。其中有些碎片只有油漆斑點大小,但以每小時 22000 英里(35000 公里)的速度飛行的油漆斑點所造成的破壞不亞於一顆步槍子彈。
不幸的是,小碎片很難被偵測和跟踪,因為它們反射的陽光或雷達訊號不足以被偵測到。作為一種替代方法,密西根大學的研究人員正在研究一種不同的原理。
他們發現,當兩個粒子(即使是小粒子)在太空中碰撞時,它們會釋放出一團氣體和碎片,產生一陣靜電,為碎片充電。最初的碰撞不僅可以被偵測到,而且當帶電碎片短暫地相互靠近時,它們之間會產生微小的電火花。
據該研究小組稱,如果兩塊鋁以軌道速度相撞,所產生的電脈衝可以被地球上26米(85英尺)高的無線電天線以及美國宇航局深空網絡(DSN)中更大、更靈敏的天線探測到。
雖然這個想法作為一個概念已經得到了支持,但要成為一個實用的追蹤系統,還有很多工作要做。控制電訊號頻率的因素很多,還有背景無線電訊號和穿過地球大氣層的碎片訊號造成的衰減問題。
下一步將利用 DSN 搜尋來自太空的實際訊號,並查看海軍研究實驗室和美國國家航空暨太空總署艾姆斯研究中心的超高速實驗數據。此外,研究團隊還將利用雷射進行實驗,以不同的軌道速度發射各種碎片,從而建立一個電發射資料庫。
氣候與太空科學和工程助理研究科學家Mojtaba Akhavan-Tafti說:”我們想知道物體是硬的還是軟的,因為這將影響它的軌道運行以及它的破壞性。 “