หากมีสิ่งหนึ่งที่ทศวรรษของการดำเนินงานในวงโคจรต่ำของโลก (LEO) ได้สอนเรามันเป็นพื้นที่ที่เต็มไปด้วยอันตราย นอกจากเปลวสุริยะและรังสีคอสมิกแล้วหนึ่งในอันตรายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดมาจากเศษอวกาศ ในขณะที่เศษขยะที่ใหญ่ที่สุด (ซึ่งมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางมากกว่า 10 ซม.) เป็นภัยคุกคาม แต่ความกังวลที่แท้จริงคือวัตถุมากกว่า 166 ล้านชิ้นที่มีขนาดตั้งแต่ 1 มม. ถึง 1 ซม. ในเส้นผ่าศูนย์กลาง
ในขณะที่ขนาดเล็กชิ้นส่วนขยะเหล่านี้สามารถเข้าถึงความเร็วสูงสุด 56,000 กม. / ชม. (34,800 ไมล์ต่อชั่วโมง) และไม่สามารถติดตามได้โดยใช้วิธีการในปัจจุบัน เนื่องจากความเร็วของพวกเขาสิ่งที่เกิดขึ้นในขณะที่เกิดการปะทะไม่เคยเข้าใจชัดเจน อย่างไรก็ตามทีมวิจัยจาก MIT ได้ทำการถ่ายภาพความเร็วสูงครั้งแรกโดยละเอียดและวิเคราะห์กระบวนการผลกระทบของอนุภาคขนาดเล็กซึ่งจะมีประโยชน์เมื่อพัฒนากลยุทธ์การลดเศษพื้นที่
การค้นพบของพวกเขาอธิบายไว้ในกระดาษที่เพิ่งปรากฏในวารสาร การสื่อสารทางธรรมชาติ. การศึกษาดังกล่าวนำโดย Mostafa Hassani-Gangaraj ภาคีหลังปริญญาเอกร่วมกับภาควิชาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุของ DMSE (MIT) เขาเข้าร่วมโดยศ. Christopher Schuh (หัวหน้าแผนก DMSE) รวมถึง David Veysset นักวิจัยเจ้าหน้าที่และศาสตราจารย์ Keith Nelson จากสถาบันนาโนเทคโนโลยีทหารของ MIT
ผลกระทบของอนุภาคขนาดเล็กใช้สำหรับงานอุตสาหกรรมทุกวันตั้งแต่การเคลือบผิวและทำความสะอาดไปจนถึงการตัดวัสดุและการพ่นทราย (ซึ่งอนุภาคถูกเร่งความเร็วเป็นความเร็วเหนือเสียง) แต่จนถึงขณะนี้กระบวนการเหล่านี้ได้รับการควบคุมโดยไม่มีความเข้าใจที่ลึกซึ้งเกี่ยวกับฟิสิกส์พื้นฐานที่เกี่ยวข้อง
เพื่อประโยชน์ในการศึกษาของพวกเขา Hassani-Gangaraj และทีมของเขาพยายามทำการศึกษาครั้งแรกที่ตรวจสอบสิ่งที่เกิดขึ้นกับอนุภาคขนาดเล็กและพื้นผิวในช่วงเวลาที่เกิดผลกระทบ สิ่งนี้นำเสนอความท้าทายที่สำคัญสองประการ: ประการแรกอนุภาคเกี่ยวข้องกับการเดินทางที่สูงกว่าหนึ่งกิโลเมตรต่อวินาที (3600 km / h; 2237 mph) ซึ่งหมายความว่าเหตุการณ์กระทบจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว
ประการที่สองอนุภาคของตัวเองมีขนาดเล็กมากซึ่งการสังเกตพวกมันต้องการเครื่องมือที่มีความซับซ้อนสูง เพื่อรับมือกับความท้าทายเหล่านี้ทีมอาศัยการทดสอบไมโครอิมแพ็คระดับอนุภาคที่พัฒนาขึ้นที่ MIT ซึ่งสามารถบันทึกวิดีโอผลกระทบสูงถึง 100 ล้านเฟรมต่อวินาที จากนั้นพวกเขาใช้ลำแสงเลเซอร์เพื่อเร่งอนุภาคดีบุก (วัดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 ไมโครเมตร) จนถึงความเร็ว 1 กม. / วินาที
เลเซอร์อันที่สองถูกใช้เพื่อส่องสว่างอนุภาคที่ลอยอยู่ในขณะที่พวกมันกระแทกกับพื้นผิวที่กระทบคือแผ่นดีบุก สิ่งที่พวกเขาพบคือเมื่ออนุภาคเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงกว่าระดับที่กำหนดมีช่วงเวลาสั้น ๆ ที่จะหลอมละลายในขณะที่เกิดการกระแทกซึ่งมีบทบาทสำคัญในการกัดกร่อนพื้นผิว จากนั้นพวกเขาใช้ข้อมูลนี้เพื่อทำนายว่าเมื่อใดที่อนุภาคจะกระเด็นออกไปติดหรือกระแทกวัสดุออกจากพื้นผิวและทำให้มันอ่อนแอลง
ในงานอุตสาหกรรมนั้นมีการสันนิษฐานกันอย่างกว้างขวางว่าความเร็วที่สูงขึ้นจะนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ดีกว่า การค้นพบใหม่เหล่านี้ขัดแย้งกับสิ่งนี้แสดงให้เห็นว่ามีภูมิภาคที่มีความเร็วสูงกว่าซึ่งความแข็งแกร่งของสารเคลือบผิวหรือพื้นผิวของวัสดุลดลงแทนที่จะปรับปรุง ตามที่ Hassani-Gangaraj อธิบายไว้ในการแถลงข่าวของ MIT การศึกษาครั้งนี้มีความสำคัญเพราะจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ทำนายภายใต้เงื่อนไขว่าการกัดกร่อนจากผลกระทบจะเกิดขึ้น:
“ เพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งนั้นเราต้องสามารถทำนาย [ความเร็วที่เอฟเฟกต์เปลี่ยน] เราต้องการเข้าใจกลไกและเงื่อนไขที่แน่นอนเมื่อกระบวนการพังทลายเหล่านี้เกิดขึ้นได้”
การศึกษาครั้งนี้อาจทำให้เข้าใจได้ว่าเกิดอะไรขึ้นในสถานการณ์ที่ไม่สามารถควบคุมได้เช่นเมื่ออนุภาคขนาดเล็กกระทบกับยานอวกาศและดาวเทียม เมื่อพิจารณาถึงปัญหาการเพิ่มขึ้นของขยะอวกาศและจำนวนดาวเทียมยานอวกาศและที่อยู่อาศัยของอวกาศที่คาดว่าจะเปิดตัวในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าข้อมูลนี้อาจมีบทบาทสำคัญในการพัฒนากลยุทธ์บรรเทาผลกระทบ
ประโยชน์อีกประการของการศึกษานี้คือการสร้างแบบจำลองที่ได้รับอนุญาต ในอดีตนักวิทยาศาสตร์พึ่งพาการวิเคราะห์หลังการทดสอบการกระแทกซึ่งมีการศึกษาพื้นผิวการทดสอบหลังจากเกิดการกระแทก ในขณะที่วิธีการนี้ได้รับอนุญาตสำหรับการประเมินความเสียหายมันไม่ได้นำไปสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้องในกระบวนการ
ในทางตรงกันข้ามการทดสอบนี้อาศัยการถ่ายภาพความเร็วสูงที่จับการละลายของอนุภาคและพื้นผิวในช่วงเวลาที่เกิดการกระแทก ทีมใช้ข้อมูลนี้ในการพัฒนาแบบจำลองทั่วไปเพื่อคาดการณ์ว่าอนุภาคขนาดที่กำหนดและความเร็วที่กำหนดจะตอบสนอง - เช่นพวกเขาจะกระเด็นพื้นผิวติดกับมันหรือกัดเซาะโดยการละลาย? จนถึงการทดสอบของพวกเขาอาศัยพื้นผิวโลหะบริสุทธิ์ แต่ทีมหวังที่จะทำการทดสอบเพิ่มเติมโดยใช้โลหะผสมและวัสดุอื่น ๆ
พวกเขายังต้องการทดสอบผลกระทบในมุมที่หลากหลายมากกว่าผลกระทบทางตรงที่พวกเขาทดสอบมา “ เราสามารถขยายสิ่งนี้ไปยังทุกสถานการณ์ที่การกัดเซาะเป็นสิ่งสำคัญ” เดวิดเวย์เซทกล่าว เป้าหมายคือการพัฒนา“ ฟังก์ชั่นเดียวที่สามารถบอกเราได้ว่าการสึกกร่อนจะเกิดขึ้นหรือไม่ [ที่สามารถช่วยวิศวกร] ในการออกแบบวัสดุเพื่อป้องกันการกัดเซาะไม่ว่าจะเป็นในพื้นที่หรือบนพื้นดินทุกที่ที่พวกเขาต้องการต้านทานการกัดเซาะ” เขากล่าวเสริม
การศึกษาและแบบจำลองที่เกิดขึ้นมีแนวโน้มว่าจะมีประโยชน์มากในไม่กี่ปีข้างหน้า เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่าหากปล่อยทิ้งไว้โดยไม่ได้ตรวจสอบปัญหาของเศษอวกาศก็จะแย่ลงอย่างมากในอนาคตอันใกล้ ด้วยเหตุนี้ NASA, ESA และหน่วยงานอวกาศอื่น ๆ จึงใช้กลยุทธ์“ การลดเศษซากพื้นที่” อย่างแข็งขันซึ่งรวมถึงการลดมวลในภูมิภาคที่มีความหนาแน่นสูงและการออกแบบยานด้วยเทคโนโลยีการเข้าสู่ที่ปลอดภัย
นอกจากนี้ยังมีแนวคิดหลายประการในตารางสำหรับ“ การลบที่ใช้งานอยู่” ณ จุดนี้ ช่วงเหล่านี้มีตั้งแต่เลเซอร์ตามพื้นที่ที่สามารถเผาซากสิ่งสกปรกและดึงพื้นที่แม่เหล็กที่จะจับมันไปยังดาวเทียมขนาดเล็กที่สามารถฉมวกและ deorbit หรือผลักดันมันเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของเรา
กลยุทธ์เหล่านี้และอื่น ๆ จะมีความจำเป็นในยุคที่วงโคจรของโลกต่ำไม่ได้เป็นเพียงแค่การค้า แต่ยังเป็นที่อยู่อาศัย ไม่พูดถึงการทำหน้าที่เป็นจุดแวะพักสำหรับภารกิจสู่ดวงจันทร์ดาวอังคารและลึกเข้าไปในระบบสุริยะ หากช่องว่างกำลังยุ่งพวกเขาจะต้องได้รับการดูแลอย่างชัดเจน!
