Två nedlagda satelliter kolliderade nästan den 29 januari och deras nära samtal (föremålen missade varandra med uppskattningsvis 154 fot, eller 47 meter) förnyade uppmärksamheten för ett växande problem långt ovanför jorden: ett moln av rymdskräp.
Miljontals föremål utgör detta kretsloppande skräpgård, där skadande fragment kan nå hastigheter på nästan 18 000 km / h (cirka 7 000 km / h), cirka sju gånger snabbare än hastigheten på en kula, enligt NASA. Cirka 500 000 bitar av avfall har minst marmorstorlek, och cirka 20 000 föremål är storleken på en softball eller större, rapporterade NASA 2013.
Att lägga till röran är spridningen av miniatyrsatelliter som kallas cubesats. Dessa 4 tum långa (10 centimeter) kuber väger bara 3 kg. (1,4 kilogram) och lanseringskostnader börjar på $ 40 000; privata företag uppmanar dem av tusentals att samla in data och tillhandahålla internet och radiotjänst, enligt Los Alamos National Laboratory.
Med denna uppbyggnad av rymdstockning tävlar flyg- och rymdingenjörer för att utveckla teknik och system som kan förhindra kraschar för att skydda fungerande satelliter, framtida rymduppdrag och människor och egendom på marken, sa experter från Los Alamos till Live Science.
Cirka 5 000 satelliter transporterar nyttolaster till en bana runt vår planet, men bara cirka 2 000 är aktiva och kommunicerar med jorden, säger David Palmer, en Los Alamos-rymd och fjärrkännande forskare.
"För närvarande, när något lanseras - och en lansering kan släppa 100 eller fler satelliter - måste operatörerna och rymdövervakningspersonarna spåra varje rymdmaskinvara som släpps ut av raketen och bestämma individuellt vilken bit som är vilken," sa han Levande vetenskap
Palmer är den huvudsakliga utredaren för ett projekt som utvecklar en typ av elektronisk registreringsskylt för satelliter. Detta gör det möjligt för banbrytare att sända sina ägare och positioner så länge de är i rymden, även efter att satelliten upphör att fungera.
Självstyrd och laserpulserande
Den så kallade registreringsskylten är ungefär lika stor som en Scrabble-kakel, tillräckligt liten för att bäras av även små kuber. Döptes den extremt låga resursoptiska identifieraren eller ELROI och producerar en unik identifieringskod - ett satellitlicensnummer - med en laser som blinkar 1 000 gånger per sekund. Mönster som skapats av blinkarna översätter till seriekoder som kan läsas av teleskop på marken och identifierar en satellits ägare och koordinater.
Eftersom ELROI drivs av sin egen solcell kan den fortsätta "prata" med jorden efter satellitens livslängd. Och eftersom ELROI är liten och lätt och inte kräver någon extern ström kan den enkelt fästas på bitar av rymdhårdvara som inte har radiosändare, till exempel raketer som sänder ut satelliter i rymden och lindrar upp som fritt flytande skräp.
Genom att tillhandahålla spårbar data för enskilda föremål i det ständigt ökande molnet av rymdskräp skulle ELROI kunna spela en kritisk roll när det gäller att kollisionera. Det kan till och med övervaka radiosändningar i fungerande satelliter och varna operatörer när kommunikationen störs, sade Palmer.
"Utöver sin identifieringsfunktion kan den också användas som en diagnostisk funktion med låg bandbredd. Så det kommer också att bidra till att minska mängden trasiga satelliter i rymden," tillade han. "Typskylt-teknik är bara en del av lösningen - men det är en viktig del."
Raketvetenskap
När raketer skickar ut satelliter i omloppsbana bränner de vanligtvis ut allt sitt bränsle på en gång. Att fylla raketer med en typ av bränsle som kan repeteras upprepade gånger kan emellertid ge markoperatörer ytterligare ett alternativ för att hålla satelliter skyddade från rymdkrasch, berättade Los Alamos forskningsingenjör Nick Dallmann till Live Science.
"Det vi har arbetat med här i Los Alamos är att skapa en solid raket där du kan starta den, stoppa den och sedan starta om den igen," sa Dallmann, projektledare för utvecklingen av denna nya metod. Att kunna reignitera en rakets bränsle även efter att en satellit har uppnått en bana kan göra det möjligt för rymdhårdvara att skifta kurs för att undvika en potentiell kollision, förklarade han.
"Vi har mognat konceptet där vår raket är en nyttolast integrerad i en satellit," sa Dallmann. "Potentiellt, många år efter att satelliten har separerat sig från det övre scenen för lanseringsfordon, kan vår nyttolast uppmanas att utföra en akut manöver för att undvika orbital skräp."
Sedan 1960-talet har forskare vetat att snabbt dekomprimering av förbränningskammaren i en raket med fast bränsle kan släcka brännskadorna efter antändning. För Dallmann och hans kollegor var utmaningen att skapa ett återanvändbart tändningssystem i kombination med en mekanism för att snabbt dekomprimera bränslekammaren.
En annan utmaning var hur man brännar bränslet igen, eftersom tändare vanligtvis förstörs av den första bränningen. För att lösa det beslutade forskarna att inte använda den konventionella pyrotekniska tändaren. Istället experimenterade de med att separera vatten i väte och syre i förbränningskammaren och antände dem sedan med hjälp av en elektrod för att alstra en gnista. Sedan släckte forskarna brännskadorna genom dekomprimering.
"Vi har kunnat utveckla detta till den punkt där vi kan utföra flera brännskador i följd i en liten raket," sade Dallmann. Nästa steg kommer att innehålla test i omloppsbana, "där vi skulle utföra flera brännskador ombord på en kubikvatten", sa Dallmann.
