Sejak 1960-an, NASA dan agensi antariksa lainnya telah mengirimkan semakin banyak barang ke orbit. Antara tahap roket yang dihabiskan, pemacu yang dihabiskan, dan satelit yang sejak itu menjadi tidak aktif, tidak ada kekurangan benda-benda buatan yang melayang di sana. Seiring waktu, ini telah menciptakan masalah yang signifikan (dan terus bertambah) dari puing-puing ruang, yang menjadi ancaman serius bagi Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS), satelit aktif dan pesawat ruang angkasa.
Sementara potongan puing yang lebih besar - mulai dari 5 cm (2 inci) hingga 1 meter (1,09 yard) dengan diameter - secara teratur dipantau oleh NASA dan badan antariksa lainnya, potongan yang lebih kecil tidak dapat terdeteksi. Dikombinasikan dengan seberapa umum serpihan-serpihan kecil ini, ini membuat benda-benda yang berukuran sekitar 1 milimeter menjadi ancaman serius. Untuk mengatasi ini, ISS mengandalkan instrumen baru yang dikenal sebagai Space Debris Sensor (SDS).
Sensor dampak yang dikalibrasi ini, yang dipasang di bagian luar stasiun, memonitor dampak yang disebabkan oleh puing-puing ruang skala kecil. Sensor ini dimasukkan ke dalam ISS kembali pada bulan September, di mana ia akan memantau dampak selama dua hingga tiga tahun ke depan. Informasi ini akan digunakan untuk mengukur dan mengkarakterisasi lingkungan puing orbital dan membantu badan antariksa mengembangkan langkah-langkah balasan tambahan.
Berukuran sekitar 1 meter persegi (~ 10,76 kaki²), SDS dipasang pada situs muatan eksternal yang menghadap vektor kecepatan ISS. Sensor terdiri dari lapisan depan tipis Kapton - film polimida yang tetap stabil pada suhu ekstrem - diikuti oleh lapisan kedua yang terletak 15 cm (5,9 inci) di belakangnya. Lapisan Kapton kedua ini dilengkapi dengan sensor akustik dan kisi-kisi kabel resistif, diikuti oleh backstop yang tertanam-indra.
Konfigurasi ini memungkinkan sensor untuk mengukur ukuran, kecepatan, arah, waktu, dan energi dari serpihan kecil yang bersentuhan dengannya. Sementara sensor akustik mengukur waktu dan lokasi dampak penetrasi, grid mengukur perubahan resistensi untuk memberikan perkiraan ukuran tubrukan. Sensor di backstop juga mengukur lubang yang dibuat oleh penabrak, yang digunakan untuk menentukan kecepatan penabrak itu.
Data ini kemudian diperiksa oleh para ilmuwan di Fasilitas Uji White Sands di New Mexico dan di University of Kent di Inggris, di mana tes hypervelocity dilakukan di bawah kondisi yang terkendali. Seperti Dr. Mark Burchell, salah satu penyelidik dan kolaborator di SDS dari University of Kent, mengatakan kepada Space Magazine melalui email:
“Idenya adalah perangkat multi-layer. Anda mendapatkan waktu ketika Anda melewati setiap lapisan. Dengan melakukan triangulasi sinyal dalam suatu lapisan Anda mendapatkan posisi di lapisan itu. Jadi dua kali dan posisi memberikan kecepatan ... Jika Anda mengetahui kecepatan dan arahnya, Anda bisa mendapatkan orbit debu dan itu bisa memberi tahu Anda apakah itu kemungkinan berasal dari angkasa luar (debu alami) atau berada di orbit bumi yang serupa dengan satelit sehingga kemungkinan puing-puing. Semua ini secara real time seperti elektronik. ”
Data ini akan meningkatkan keselamatan di atas ISS dengan memungkinkan para ilmuwan untuk memantau risiko tabrakan dan menghasilkan perkiraan yang lebih akurat tentang bagaimana puing-puing skala kecil ada di ruang angkasa. Sebagaimana dicatat, potongan puing yang lebih besar di orbit dipantau secara teratur. Ini terdiri dari sekitar 20.000 objek yang seukuran bola bisbol, dan 50.000 tambahan yang seukuran kelereng.
Namun, SDS difokuskan pada objek yang berdiameter antara 50 mikron dan 1 milimeter, yang jumlahnya jutaan. Meskipun kecil, fakta bahwa benda-benda ini bergerak dengan kecepatan lebih dari 28.000 km / jam (17.500 mph) berarti bahwa benda-benda itu masih dapat menyebabkan kerusakan signifikan pada satelit dan pesawat ruang angkasa. Dengan bisa memahami benda-benda ini dan bagaimana populasi mereka berubah secara waktu nyata, NASA akan dapat menentukan apakah masalah puing orbital semakin buruk.
Mengetahui seperti apa situasi puing-puing di atas sana juga merupakan intrinsik untuk menemukan cara untuk memitigasi hal itu. Ini tidak hanya akan berguna ketika datang ke operasi di atas ISS, tetapi di tahun-tahun mendatang ketika Space Launch System (SLS) dan kapsul Orion mengambil ruang. Seperti yang ditambahkan Burchell, mengetahui kemungkinan tabrakan akan terjadi, dan jenis kerusakan apa yang mungkin ditimbulkannya, akan membantu menginformasikan desain pesawat ruang angkasa - khususnya di mana perisai terkait.
“Jika Anda tahu bahaya, Anda dapat menyesuaikan desain misi masa depan untuk melindungi mereka dari dampak, atau Anda lebih persuasif ketika memberi tahu produsen satelit bahwa mereka harus membuat lebih sedikit puing di masa depan,” katanya. "Atau Anda tahu jika Anda benar-benar harus menyingkirkan satelit lama / sampah sebelum pecah dan menghujani orbit bumi dengan puing-puing skala mm."
Jer Chyi Liou, selain menjadi peneliti bersama di SDS, juga adalah Kepala Ilmuwan NASA untuk Puing Orbital dan Manajer Program untuk Kantor Program Puing Orbital di Johnson Space Center. Seperti yang dia jelaskan kepada Space Magazine melalui email:
"Benda-benda puing berukuran milimeter mewakili risiko penetrasi tertinggi untuk sebagian besar pesawat ruang angkasa operasional di orbit Bumi rendah (LEO). Misi SDS akan melayani dua tujuan. Pertama, SDS akan mengumpulkan data berguna tentang puing-puing kecil di ketinggian ISS. Kedua, misi ini akan menunjukkan kemampuan SDS dan memungkinkan NASA untuk mencari peluang misi untuk mengumpulkan data pengukuran langsung pada puing-puing berukuran milimeter di ketinggian LEO yang lebih tinggi di masa depan - data yang akan dibutuhkan untuk penilaian risiko dampak dan biaya puing-puing orbit yang andal. Tindakan mitigasi yang efektif untuk melindungi misi ruang angkasa di LEO dengan lebih baik. ”
Hasil dari percobaan ini dibangun berdasarkan informasi sebelumnya yang diperoleh oleh program Space Shuttle. Ketika angkutan kembali ke Bumi, tim insinyur memeriksa perangkat keras yang mengalami tabrakan untuk menentukan ukuran dan dampak kecepatan puing. SDS juga memvalidasi kelangsungan teknologi sensor dampak untuk misi masa depan di ketinggian yang lebih tinggi, di mana risiko dari puing-puing ke pesawat ruang angkasa lebih besar daripada di ketinggian ISS.
