Trong nhiều năm, không gian được mô tả là một môi trường rộng lớn và gần như trống rỗng.
Nhưng trên thực tế, quỹ đạo Trái đất lại kể một câu chuyện rất khác.
>Nó ngày càng trở nên đông đúc,{0}}di chuyển nhanh và khó đoán.
Theo NASA, hiện có hơn 500.000 mảnh rác vũ trụ đang quay quanh Trái đất. Chúng bao gồm các vệ tinh không còn tồn tại, các mảnh vỡ do va chạm và các thành phần phóng còn sót lại.
Tất cả chúng đều di chuyển với tốc độ lên tới 28.000 km/h, đủ nhanh để gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho tàu vũ trụ đang hoạt động.
Và mối lo ngại đó không còn mang tính lý thuyết nữa.
Tại sao mảnh vỡ không gian lại trở thành một thách thức kỹ thuật quan trọng
Không gian không còn "trống rỗng".
Đối với các nhà khai thác vệ tinh và kỹ sư vũ trụ, đây đã trở thành một-môi trường hoạt động có rủi ro cao.
Ngay cả những mảnh nhỏ cũng có thể:
- làm hỏng tấm vệ tinh
- che chắn tàu vũ trụ đâm thủng
- đe dọa Trạm vũ trụ quốc tế
- buộc điều chỉnh quỹ đạo khẩn cấp
NASA đã nhấn mạnh rằng mối nguy hiểm lớn nhất đến từ các mảnh vỡ-không thể theo dõi được, không thể theo dõi liên tục nhưng vẫn mang năng lượng hủy diệt.
Nói cách khác:
>Rủi ro lớn nhất là những gì chúng ta không thể nhìn thấy kịp thời.
Các phương pháp tiếp cận hiện tại: Theo dõi và Phòng tránh
Hiện tại, các cơ quan vũ trụ dựa vào hai chiến lược chính.
1. Hệ thống theo dõi quỹ đạo
NASA và Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ duy trì các danh mục rất chi tiết về các vật thể có quỹ đạo đã biết.
Điều này cho phép các kỹ sư dự đoán rủi ro va chạm tiềm ẩn.
2. Các thao tác tránh va chạm
Vệ tinh và tàu vũ trụ được trang bị-hệ thống tích hợp có thể điều chỉnh đường quỹ đạo khi phát hiện thấy nguy cơ va chạm.
Tuy nhiên, cả hai phương pháp đều có chung một hạn chế:
>Chúng tránh các mảnh vụn-nhưng không loại bỏ nó.
Phương pháp tiếp cận sáng tạo của Nhật Bản: Khái niệm "Lưới đánh cá" trong không gian
Cơ quan hàng không vũ trụ Nhật Bản JAXA đang nghiên cứu một giải pháp khác.
Thay vì chỉ theo dõi các mảnh vỡ, ý tưởng là tích cực loại bỏ nó.
Để phát triển khái niệm này, JAXA đã hợp tác với một chuyên gia bất ngờ trong ngành:
>Là nhà sản xuất lưới đánh cá của Nhật Bản với hơn 100 năm kinh nghiệm về kỹ thuật lưới.
Sự hợp tác đã dẫn tới sự phát triển của hệ thống dây buộc điện động lực.
Điều thú vị là, trong chuỗi cung ứng vật liệu công nghiệp đằng sau các bộ phận hàng không vũ trụ có hiệu suất cao-như vậy, các công ty như Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. cũng hỗ trợ các ngành kỹ thuật liên quan bằng cách cung cấp vật liệu hợp kim tiên tiến như Inconel, thép không gỉ và hợp kim dựa trên-niken có độ bền cao{4}}, thường được sử dụng trong các môi trường hàng không vũ trụ có yêu cầu cao và{5}}nhiệt độ cao.
Hệ thống Tether điện động
Cấu trúc do JAXA phát triển giống như một tấm lưới dài và mỏng phía sau tàu vũ trụ.
Mặc dù nó không phải là một chiếc lưới truyền thống về hình dạng nhưng nó có chung một khái niệm chính:
>Cấu trúc lưới có độ bền cao,-linh hoạt được thiết kế để tương tác với các vật thể bên ngoài trên quỹ đạo.
JAXA chọn thiết kế dạng lưới thay vì một dây cáp duy nhất vì một lý do quan trọng:
khả năng chống vỡ cao hơn
độ bền tốt hơn trong điều kiện va đập
độ tin cậy được cải thiện trong môi trường không gian
Đây là nơi chuyên môn của Nitto Seimo, một nhà sản xuất lưới đánh cá, trở nên có giá trị.
Hệ thống hoạt động như thế nào
Hệ thống không "bắt" các mảnh vụn theo nghĩa truyền thống.
Thay vào đó, nó sử dụng môi trường điện từ của Trái đất.
Bước 1: Triển khai
Một tàu vũ trụ giải phóng một sợi dây dài phía sau nó, ban đầu dài khoảng 700 mét.
Bước 2: Phát xạ điện tử
Một bộ phát điện tử trên tàu sẽ giải phóng các hạt tích điện vào không gian.
Bước 3: Tương tác điện
Dây buộc thu thập các electron này và trở nên tích điện.
Bước 4: Kéo điện từ
Dây buộc tích điện tương tác với từ trường của Trái đất, tạo ra lực hãm.
Bước 5: Phân rã quỹ đạo
Các mảnh vụn không gian dần dần chậm lại và di chuyển vào quỹ đạo thấp hơn.
Bước 6: Tái{1}}khí quyển
Cuối cùng, các mảnh vụn đi vào bầu khí quyển Trái đất và bốc cháy một cách an toàn.
Mở rộng quy mô công nghệ
Các phiên bản thử nghiệm hiện tại vẫn đang được phát triển.
Theo các kỹ sư tham gia dự án:
chiều dài dây buộc hiện tại: ~ 700 mét
yêu cầu trong tương lai: 5.000 đến 10.000 mét
Dây buộc dài hơn sẽ làm tăng đáng kể hiệu quả phanh và khả năng loại bỏ mảnh vụn.
JAXA đã thực hiện nhiều nhiệm vụ thử nghiệm, bao gồm:
triển khai thử nghiệm năm 2014
một cuộc thử nghiệm năm 2016 được tích hợp với nhiệm vụ tiếp tế cho ISS
Mục tiêu dài hạn-là một hệ thống loại bỏ mảnh vụn hoạt động hoàn chỉnh.
Quan điểm kỹ thuật: Tại sao điều này lại quan trọng
Cơ sở hạ tầng không gian ngày càng phụ thuộc vào:
- vệ tinh truyền thông
- hệ thống định vị
- Nền tảng quan sát trái đất
- mạng dựa trên không gian-
Khi tắc nghẽn quỹ đạo tăng lên, nguy cơ va chạm dây chuyền cũng tăng theo.
Điều này tạo ra thách thức kỹ thuật dài hạn-:
>Làm thế nào để chúng ta chủ động duy trì môi trường quỹ đạo an toàn?
Nếu thành công, hệ thống dây buộc điện động có thể trở thành một phần của cơ sở hạ tầng bảo trì quỹ đạo toàn cầu.
Kỹ thuật vật liệu đằng sau các hệ thống không gian
Trong khi các hệ thống loại bỏ mảnh vụn quỹ đạo tập trung vào kỹ thuật hàng không vũ trụ thì hiệu suất của chúng cũng phụ thuộc rất nhiều vào các vật liệu tiên tiến.
Hợp kim-có độ bền cao, thép-chống ăn mòn và vật liệu gốc niken-được sử dụng rộng rãi trong:
- thành phần cấu trúc tàu vũ trụ
- hệ thống hỗ trợ vệ tinh
- môi trường hàng không vũ trụ có nhiệt độ-cao
- các cụm liên quan đến- động cơ đẩy
Ví dụ: Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. cung cấp các vật liệu-công nghiệp như thép không gỉ, thép không gỉ song công, Inconel và các hợp kim gốc niken- khác thường được sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật đòi hỏi khắt khe, trong đó độ bền, độ ổn định và khả năng chịu nhiệt là rất quan trọng.
suy nghĩ cuối cùng
Khái niệm mạng lưới không gian của Nhật Bản thể hiện sự thay đổi trong tư duy.
Từ sự né tránh thụ động:
>“Làm thế nào để chúng ta tránh được các mảnh vụn không gian?”
Để can thiệp tích cực:
>“Làm thế nào để chúng ta làm sạch quỹ đạo Trái đất?”
Mặc dù vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm nhưng hệ thống này cho thấy sự đổi mới liên ngành-kết hợp kỹ thuật hàng không vũ trụ, lý thuyết điện từ và thậm chí cả việc sản xuất lưới đánh cá truyền thống-có thể giải quyết một trong những vấn đề cấp bách nhất của hoạt động khám phá không gian.
Khi lưu lượng quỹ đạo tiếp tục phát triển, các giải pháp như thế này có thể trở thành cơ sở hạ tầng thiết yếu để duy trì môi trường không gian an toàn cho các sứ mệnh trong tương lai.
