Sekiranya ada satu perkara yang telah mengajar kita selama beberapa dekad beroperasi di Low Earth Orbit (LEO), ruang itu penuh dengan bahaya. Sebagai tambahan kepada suar suria dan sinaran kosmik, salah satu bahaya terbesar berasal dari serpihan angkasa. Walaupun potongan sampah terbesar (yang berukuran lebih dari 10 cm diameter) tentu menjadi ancaman, perhatian sebenarnya adalah lebih dari 166 juta objek yang berukuran dari 1 mm hingga 1 cm diameter.
Walaupun kecil, sampah ini dapat mencapai kelajuan hingga 56,000 km / jam (34,800 mph) dan tidak mungkin dilacak menggunakan kaedah semasa. Oleh kerana kepantasan mereka, apa yang berlaku pada saat hentaman tidak dapat difahami dengan jelas. Walau bagaimanapun, pasukan penyelidik dari MIT baru-baru ini melakukan pengimejan dan analisis berkelajuan tinggi terperinci pertama mengenai proses impak mikropartikel, yang akan sangat berguna ketika mengembangkan strategi pengurangan serpihan ruang.
Penemuan mereka dijelaskan dalam makalah yang baru-baru ini muncul dalam jurnal Komunikasi Alam. Kajian ini diketuai oleh Mostafa Hassani-Gangaraj, rakan pasca doktoral dengan Jabatan Sains dan Kejuruteraan Bahan (DMSE) MIT. Dia disertai oleh Prof Christopher Schuh (ketua jabatan DMSE), serta penyelidik kakitangan David Veysset dan Prof Keith Nelson dari Institut Nanoteknologi MIT.
Impak mikroartikel digunakan untuk berbagai aplikasi industri sehari-hari, mulai dari menggunakan lapisan dan permukaan pembersih hingga bahan pemotong dan pelemparan pasir (di mana partikel dipercepat hingga kecepatan supersonik). Tetapi sehingga kini, proses-proses ini telah dikendalikan tanpa pemahaman yang kukuh mengenai asas fizik yang terlibat.
Demi kajian mereka, Hassani-Gangaraj dan pasukannya berusaha untuk melakukan kajian pertama yang meneliti apa yang terjadi pada mikropartikel dan permukaan pada saat terjejas. Ini menghadirkan dua cabaran utama: pertama, zarah-zarah yang terlibat bergerak dengan kecepatan satu kilometer sesaat (3600 km / jam; 2237 mph), yang bermaksud bahawa peristiwa impak berlaku dengan sangat cepat.
Kedua, zarah itu sendiri sangat kecil sehingga memerhatikannya memerlukan instrumen yang sangat canggih. Untuk mengatasi cabaran ini, tim bergantung pada uji impak mikropartikel yang dikembangkan di MIT, yang mampu merakam video impak hingga 100 juta bingkai sesaat. Mereka kemudian menggunakan sinar laser untuk mempercepat partikel timah (berukuran kira-kira 10 mikrometer diameter) hingga kelajuan 1 km / s.
Laser kedua digunakan untuk menerangi zarah-zarah terbang ketika mereka menyentuh permukaan hentaman - selembar timah. Apa yang mereka dapati adalah bahawa ketika zarah bergerak dengan kecepatan di atas ambang tertentu, ada tempoh singkat lebur pada saat hentaman, yang memainkan peranan penting dalam menghakis permukaan. Mereka kemudian menggunakan data ini untuk meramalkan kapan zarah-zarah akan melambung, menempel, atau mengetuk bahan dari permukaan dan melemahkannya.
Dalam aplikasi industri, banyak diandaikan bahawa halaju yang lebih tinggi akan menghasilkan hasil yang lebih baik. Penemuan baru ini bertentangan dengan ini, menunjukkan bahawa terdapat kawasan pada halaju yang lebih tinggi di mana kekuatan lapisan atau permukaan bahan menurun dan bukannya bertambah baik. Seperti yang dijelaskan oleh Hassani-Gangaraj dalam siaran akhbar MIT, kajian ini penting kerana ia akan membantu para saintis meramalkan dalam keadaan apa hakisan akan berlaku:
"Untuk mengelakkannya, kita harus dapat meramalkan [kelajuan perubahan kesannya]. Kami ingin memahami mekanisme dan keadaan yang tepat apabila proses hakisan ini boleh berlaku. "
Kajian ini dapat menjelaskan apa yang terjadi dalam situasi yang tidak terkawal, seperti ketika mikropartikel menyerang kapal angkasa dan satelit. Memandangkan masalah runtuhan ruang angkasa yang semakin meningkat - dan jumlah satelit, kapal angkasa dan habitat ruang angkasa yang dijangka dilancarkan dalam beberapa tahun mendatang - maklumat ini dapat memainkan peranan penting dalam pengembangan strategi mitigasi dampak.
Manfaat lain dari kajian ini adalah pemodelan yang dibenarkan. Pada masa lalu, para saintis bergantung pada analisis postmortem mengenai ujian impak, di mana permukaan ujian dikaji setelah kesan itu berlaku. Walaupun kaedah ini memungkinkan untuk menilai kerosakan, itu tidak membawa kepada pemahaman yang lebih baik mengenai dinamika kompleks yang terlibat dalam proses tersebut.
Sebaliknya, ujian ini bergantung pada pengimejan berkelajuan tinggi yang menangkap pencairan zarah dan permukaan pada saat hentaman. Pasukan menggunakan data ini untuk mengembangkan model umum untuk meramalkan bagaimana zarah dengan ukuran tertentu dan kelajuan tertentu akan bertindak balas - iaitu adakah mereka akan melantun dari permukaan, melekat padanya, atau menghakisnya dengan mencair? Setakat ini, ujian mereka bergantung pada permukaan logam tulen, tetapi pasukan berharap dapat melakukan ujian selanjutnya menggunakan aloi dan bahan lain.
Mereka juga bermaksud menguji hentaman pada berbagai sudut, dan bukannya kesan lurus yang mereka uji sejauh ini. "Kami dapat memperluas ini ke setiap situasi di mana hakisan penting," kata David Veysset. Tujuannya adalah untuk mengembangkan "satu fungsi yang dapat memberitahu kita sama ada hakisan akan berlaku atau tidak. [Itu dapat membantu jurutera] untuk merancang bahan untuk perlindungan hakisan, sama ada di ruang angkasa atau di tanah, di mana sahaja mereka mahu menahan hakisan, ”tambahnya.
Kajian ini dan modelnya yang dihasilkan mungkin akan sangat berguna dalam beberapa tahun dan dekad yang akan datang. Adalah diterima secara meluas bahawa jika tidak diperiksa, masalah serpihan ruang akan menjadi semakin buruk dalam masa terdekat. Atas sebab ini, NASA, ESA dan beberapa agensi angkasa lain secara aktif menjalankan strategi "mitigasi puing-puing ruang" - yang merangkumi pengurangan massa di kawasan berkepadatan tinggi dan merancang kapal dengan teknologi masuk semula yang selamat.
Terdapat juga beberapa idea di atas meja untuk "penyingkiran aktif" pada ketika ini. Ini berkisar dari laser berbasis ruang yang dapat membakar serpihan dan penarik ruang magnetik yang akan menangkapnya ke satelit kecil yang dapat menabrak dan membuangnya atau mendorongnya ke atmosfer kita (di mana ia akan terbakar) menggunakan sinar plasma.
Ini dan strategi-strategi lain akan diperlukan pada zaman di mana Orbit Bumi Rendah tidak hanya dikomersialkan, tetapi juga dihuni; belum lagi berfungsi sebagai titik persinggahan misi ke Bulan, Marikh, dan lebih jauh ke dalam Sistem Suria. Sekiranya lorong-lorong ruang akan sibuk, ia mesti dijaga dengan jelas!
