अगर एक चीज है कि लो अर्थ ऑर्बिट (LEO) में दशकों के संचालन ने हमें सिखाया है, तो यह है कि अंतरिक्ष खतरों से भरा है। सौर flares और ब्रह्मांडीय विकिरण के अलावा, अंतरिक्ष मलबे से सबसे बड़ा खतरों में से एक है। हालांकि जंक के सबसे बड़े बिट्स (जो व्यास में 10 सेंटीमीटर से अधिक मापते हैं) निश्चित रूप से एक खतरा है, वास्तविक चिंता 166 मिलियन से अधिक वस्तुओं की है जो आकार में 1 मिमी से 1 सेमी तक की होती है।
छोटे होने पर, कबाड़ के ये बिट्स 56,000 किमी / घंटा (34,800 मील प्रति घंटे) तक की गति तक पहुंच सकते हैं और वर्तमान तरीकों का उपयोग करके ट्रैक करना असंभव है। उनकी गति के कारण, प्रभाव के क्षण में क्या होता है यह कभी स्पष्ट रूप से नहीं समझा गया है। हालांकि, एमआईटी की एक शोध टीम ने हाल ही में माइक्रोप्रार्टल प्रभाव प्रक्रिया का पहला विस्तृत उच्च गति इमेजिंग और विश्लेषण किया, जो अंतरिक्ष मलबे शमन रणनीतियों को विकसित करते समय काम आएगा।
उनके निष्कर्षों को एक पेपर में वर्णित किया गया है जो हाल ही में पत्रिका में दिखाई दिया प्रकृति संचार। अध्ययन का नेतृत्व मुस्तफा हसनी-गंगराज ने किया, जो एमआईटी के सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग (डीएमएसई) के एक पोस्टडॉक्टोरल सहयोगी थे। वह प्रोफेसर क्रिस्टोफर शुह (डीएमएसई विभाग के प्रमुख), के साथ-साथ स्टाफ शोधकर्ता डेविड वेयसेट और एमआईटी के इंस्टीट्यूट ऑफ सोल्जर नैनोटेक्नोलोजीज के प्रो कीथ नेल्सन द्वारा शामिल हुए थे।
माइक्रोपार्टिकल प्रभावों का उपयोग विभिन्न प्रकार के रोज़मर्रा के औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, जिसमें कोटिंग्स और सफाई सतहों को काटने से लेकर सामग्री और सैंडब्लास्टिंग (जहां कणों को सुपरसोनिक गति तक त्वरित किया जाता है) तक होता है। लेकिन अब तक, इन प्रक्रियाओं को शामिल किए गए अंतर्निहित भौतिकी की ठोस समझ के बिना नियंत्रित किया गया है।
अपने अध्ययन के लिए, हसनी-गंगराज और उनकी टीम ने पहले अध्ययन का संचालन करने की मांग की, जो इस बात की पड़ताल करता है कि प्रभाव के क्षण में माइक्रोप्रैटिकल्स और सतहों का क्या होता है। इसने दो प्रमुख चुनौतियां प्रस्तुत कीं: पहला, इसमें शामिल कण एक किलोमीटर प्रति सेकंड (3600 किमी / घंटा; 2237 मील प्रति घंटे) से ऊपर की यात्रा करते हैं, जिसका अर्थ है कि प्रभाव की घटनाएं बहुत जल्दी होती हैं।
दूसरा, कण स्वयं इतने छोटे होते हैं कि उन्हें देखने के लिए अत्यधिक परिष्कृत उपकरणों की आवश्यकता होती है। इन चुनौतियों का सामना करने के लिए, टीम ने एमआईटी में विकसित एक माइक्रोप्रार्टिकल इफेक्ट पर भरोसा किया, जो प्रति सेकंड 100 मिलियन फ्रेम तक प्रभाव वीडियो रिकॉर्ड करने में सक्षम है। फिर उन्होंने 1 किमी / सेकंड की गति तक टिन कणों (व्यास में लगभग 10 माइक्रोमीटर मापने) को तेज करने के लिए एक लेजर बीम का उपयोग किया।
एक दूसरे लेज़र का उपयोग उड़ने वाले कणों को रोशन करने के लिए किया जाता था क्योंकि वे प्रभाव सतह - टिन की एक चादर से टकराते थे। उन्होंने पाया कि जब कण एक निश्चित सीमा से ऊपर गति से बढ़ रहे होते हैं, तो प्रभाव के क्षण में पिघलने की एक संक्षिप्त अवधि होती है, जो सतह को नष्ट करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। उन्होंने तब इस डेटा का उपयोग यह अनुमान लगाने के लिए किया कि जब कण सतह से दूर उछलेंगे, चिपकेंगे, या सामग्री को गिराएंगे और इसे कमजोर करेंगे।
औद्योगिक अनुप्रयोगों में, यह व्यापक रूप से माना जाता है कि उच्च वेग से बेहतर परिणाम प्राप्त होंगे। ये नए निष्कर्ष इस बात का खंडन करते हैं, यह दर्शाता है कि उच्च वेग पर एक क्षेत्र है जहां एक कोटिंग या सामग्री की सतह में सुधार के बजाय गिरावट आती है। जैसा कि हसनी-गंगराज ने एक एमआईटी प्रेस विज्ञप्ति में बताया, यह अध्ययन महत्वपूर्ण है क्योंकि इससे वैज्ञानिकों को यह अनुमान लगाने में मदद मिलेगी कि प्रभाव किन स्थितियों से उत्पन्न होंगे:
"इससे बचने के लिए, हमें भविष्यवाणी करने में सक्षम होना चाहिए [जिस गति से प्रभाव बदलते हैं]। हम तंत्र और सटीक स्थितियों को समझना चाहते हैं जब ये क्षरण प्रक्रिया हो सकती है। ”
यह अध्ययन इस बात पर प्रकाश डाल सकता है कि अनियंत्रित स्थितियों में क्या होता है, जैसे कि जब माइक्रोप्रैटिक्स अंतरिक्ष यान और उपग्रहों पर हमला करते हैं। अंतरिक्ष मलबे की बढ़ती समस्या को देखते हुए - और उपग्रहों की संख्या, अंतरिक्ष यान और अंतरिक्ष आवास जो आने वाले वर्षों में लॉन्च होने की उम्मीद है - यह जानकारी प्रभाव शमन रणनीतियों के विकास में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकती है।
इस अध्ययन का एक और लाभ यह था कि मॉडलिंग ने इसके लिए अनुमति दी। अतीत में, वैज्ञानिकों ने प्रभाव परीक्षणों के पोस्टमॉर्टम विश्लेषणों पर भरोसा किया है, जहां परीक्षण सतह का अध्ययन किया गया था, जिसके बाद प्रभाव हुआ था। हालांकि इस पद्धति ने क्षति के आकलन के लिए अनुमति दी थी, लेकिन इस प्रक्रिया में शामिल जटिल गतिशीलता की बेहतर समझ नहीं थी।
इसके विपरीत, इस परीक्षण ने उच्च गति इमेजिंग पर भरोसा किया जिसने प्रभाव के क्षण में कण और सतह के पिघलने पर कब्जा कर लिया। टीम ने इस डेटा का उपयोग एक सामान्य मॉडल को विकसित करने के लिए किया था ताकि यह अनुमान लगाया जा सके कि किसी दिए गए आकार के कण और दी गई गति क्या प्रतिक्रिया देगी - यानी क्या वे किसी सतह से टकराएंगे, उससे चिपके रहेंगे या पिघल कर नष्ट हो जाएंगे? अब तक, उनके परीक्षणों ने शुद्ध धातु सतहों पर भरोसा किया है, लेकिन टीम को मिश्र और अन्य सामग्रियों का उपयोग करके आगे के परीक्षणों का संचालन करने की उम्मीद है।
वे विभिन्न प्रकार के कोणों पर प्रभावों का परीक्षण करने का इरादा रखते हैं, बजाय सीधे उन प्रभावों के जो उन्होंने अब तक परीक्षण किए हैं। "हम इसे हर उस स्थिति तक बढ़ा सकते हैं जहाँ कटाव महत्वपूर्ण है," डेविड वेयसेट ने कहा। उद्देश्य “एक ऐसा कार्य है जो हमें बता सकता है कि क्षरण होगा या नहीं। [वह इंजीनियरों की मदद कर सकता है] कटाव संरक्षण के लिए सामग्री डिजाइन करने के लिए, चाहे वह अंतरिक्ष में हो या जमीन पर, जहां भी वे कटाव का विरोध करना चाहते हैं, "उन्होंने कहा।
यह अध्ययन और इसके परिणामस्वरूप मॉडल आने वाले वर्षों और दशकों में बहुत काम आने की संभावना है। यह व्यापक रूप से स्वीकार किया जाता है कि यदि अनियंत्रित छोड़ दिया जाता है, तो निकट भविष्य में अंतरिक्ष मलबे की समस्या तेजी से बदतर हो जाएगी। इस कारण से, नासा, ईएसए और कई अन्य अंतरिक्ष एजेंसियां सक्रिय रूप से "अंतरिक्ष मलबे शमन" रणनीतियों का पीछा कर रही हैं - जिसमें उच्च घनत्व वाले क्षेत्रों में द्रव्यमान को कम करना और सुरक्षित पुन: प्रवेश प्रौद्योगिकियों के साथ शिल्प को डिजाइन करना शामिल है।
इस बिंदु पर "सक्रिय हटाने" के लिए मेज पर कई विचार भी हैं। ये अंतरिक्ष-आधारित लेजर से लेकर मलबे और चुंबकीय स्पेस टग को जला सकते हैं, जो इसे छोटे उपग्रहों पर कब्जा कर सकते हैं जो इसे हापून कर सकते हैं और इसे नष्ट कर सकते हैं या इसे प्लाज्मा वातावरण का उपयोग करके हमारे वायुमंडल (जहां यह जल जाएगा) में धकेल देंगे।
ये और अन्य रणनीतियां एक ऐसे युग में आवश्यक होंगी जहां लो अर्थ ऑर्बिट का न केवल व्यवसायीकरण किया जाता है, बल्कि उनका निवास भी किया जाता है; चंद्रमा, मंगल, और सौर मंडल में गहरे मिशन के लिए एक रोक बिंदु के रूप में सेवा का उल्लेख नहीं करना। यदि अंतरिक्ष गलियां व्यस्त होने जा रही हैं, तो उन्हें स्पष्ट रखा जाना चाहिए!
