Uzay çekici ışınları uzun süre bilimkurgu konusu olmayabilir

10 Şubat 2009’da, Sibirya Yarımadası’nın yüzlerce kilometre yukarısında bir felaket meydana geldi. O akşam, Dünya yörüngesinde bulunan feshedilmiş bir Rus uydusu, saatte binlerce mil hızla hareket eden Iridium 33 adlı bir iletişim uydusuna çarptı. Her iki uzay aracı da bir şarapnel yağmuruna dönüştü ve dünyanın dört bir yanına 1.800’den fazla enkaz parçası gönderdi.

Başka hiçbir uzay aracı (veya insan) zarar görmedi, ancak birçok uzay mühendisi için olay, gelecek şeylerin bir işaretiydi. Görünüşe göre uzay kalabalıklaşıyordu.

NASA, şu anda uzayda bir softbol veya daha büyük boyutta yaklaşık 23.000 parça enkazın döndüğünü tahmin ediyor. Tüm bu ıvır zıvır, Iridium 33’ü yok eden çarpışma gibi başka bir çarpışmanın her yıl daha olası hale geldiği anlamına geliyor – ancak bu sefer serpinti çok daha kötü olabilirdi.

CU Boulder’da havacılık ve uzay mühendisliği bilimlerinde doktora öğrencisi olan Julian Hammerl, “Uzay enkazıyla ilgili sorun, bir kez çarpışmanız olduğunda, daha da fazla uzay enkazı yaratmanızdır” dedi. “Başka bir çarpışmaya neden olma olasılığınız daha yüksek, bu da daha da fazla enkaz yaratacaktır. Art arda gelen bir etki var.”

Hammerl ve Profesör Hanspeter Schaub liderliğindeki bir ekibin, bu çağlayanları başlamadan önce durdurmak için bir planı vardır. Araştırmacılar, bilim kurgudaki en eski mecazlardan birini kullanıyorlar: Starship Enterprise’ın asteroitleri güvenli bir şekilde yoldan çekmek için kullandıklarına benzer çekici ışınlar.

Şunu hayal edin: Çok da uzak olmayan bir gelecekte, küçük bir uzay aracı filosu Dünya’nın etrafında hızla uçabilir ve gezegenin etrafındaki jeosenkronize yörüngede ölü metal yığınlarıyla buluşabilir. Daha sonra, “elektron ışınları” adı verilen cihazları kullanarak, bu uzay çöp kamyonları, bu çöpü, hiç dokunmak zorunda kalmadan, yavaşça güvenli bir yere taşıyordu – hepsi de, çoraplarınızın kurutucuda pantolonunuza yapışmasına neden olan aynı tür fiziğe dokunarak.

Ann ve HJ Smead Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bilimleri Bölümü başkanı Schaub, “Çekici veya itici bir elektrostatik güç yaratıyoruz” dedi. “Uzay Yolu’nda gördüğünüz çekici ışına benziyor, ancak onun kadar güçlü değil.”

İlk olarak, Schaub ve meslektaşlarının şu bölümde tanımladıkları bir dizi sorunu çözmesi gerekiyor: çok sayıda yeni çalışma. Örneğin araştırmacılar, Dünya çevresindeki şaşırtıcı derecede karmaşık ortamı kopyalamak için yeni bir tesis kullanıyorlar. Ayrıca çekici ışınların bir gün Dünya ile Ay arasındaki uzay bölgesindeki kalıntıları nasıl kaldırabileceğine de dikkat çekiyorlar.

Schaub ile çalışan bir doktora öğrencisi olan Kaylee Champion, “Uzaydaki şeylere dokunmak çok tehlikelidir. Nesneler çok hızlı ve çoğu zaman tahmin edilemez şekilde hareket ediyor” dedi. “Bu, uzay aracına hizmet vermek için çok daha güvenli yollar açabilir.”

Bir kutudaki boşluk

Champion ve araştırmacı arkadaşları, üniversitenin Doğu Kampüsü’ndeki Flatirons manzaralı bir laboratuvardan bu caddeleri keşfediyor.

Bir avuç dolusu öğrenci, yaklaşık bir viski fıçısı büyüklüğündeki bir silindirin etrafına toplanmıştır. Kalın bir paslanmaz çelik tabakasından yapılmıştır ve içeriye bakmak için lomboz benzeri birkaç pencere vardır. Plazma ve Uzay Aracı Etkileşimleri için Elektrostatik Şarj Laboratuvarı (ECLIPS) adı verilen bu vakum odası şu anda üssünde açık. Ancak bir motor vızıltısıyla, silindir kenetlenene kadar yavaşça aşağı iner.

Yakında, bir pompa haznenin basıncını düşürmeye başlayacak. Yaklaşık bir gün içinde, Boulder’ın tam ortasında küçük bir boşluk olan içeride hiç hava kalmayacak. Schaub ve ekibi odayı kendileri tasarladılar ve ülkedeki diğer hiçbir araştırma tesisine benzemiyor.

Bu minyatür uzay, grubun elektrostatik traktörlerle yaptığı deneylerin merkezinde yer alıyor. İçeride grup, boş olmayan, bunun yerine plazma adı verilen yüklü atomlardan ve serbest elektronlardan oluşan ince bir gazla yıkanan Dünya çevresindeki ortamı kopyalayabilir. Grup, metalden yapılmış küpler veya daha karmaşık şekiller kullanarak bu odadaki kalıntıları bile simüle edebilir.

Bugün araştırmacılar, Schaub’ın uzayda “pahalı bir emlak parçası” olarak adlandırdığı koşulları taklit etmeye çalışıyorlar.

Dünyanın jeosenkronize yörüngesi veya “GEO”, gezegenin yüzeyinden yaklaşık 22.000 mil uzakta, alçak Dünya yörüngesinden veya Iridium 33’ün ölümüyle karşılaştığı “LEO”dan çok uzakta başlar. Orada, şimdiye kadar yapılmış en pahalı uydulardan bazılarını bulabilirsiniz – okul otobüslerinin boyutuna ulaşan ve bir tondan fazla ağırlığa sahip askeri ve telekomünikasyon uzay araçları.

Schaub, “GEO, uzayın Bel Air’i gibidir” dedi.

Ayrıca kalabalıklaşıyor. Mühendisler, uyduların sıkışabileceği yaklaşık 180 potansiyel jeosenkronize yörünge park yeri olduğunu tahmin ediyor. Hepsi sahiplenildi veya zaten işgal edildi.

Schaub, traktör kirişlerinin eski uzay araçlarını güvenli bir şekilde yoldan çekebileceğini ve yeni nesil uydulara yer açabileceğini söyledi.

Sanal bağlar

Hammerl için araştırma projesi, memleketi Avusturya, Viyana’da genç bir öğrenciyken hayal bile edemeyeceği bir proje. Hammerl, lisans olarak makine mühendisliği okudu, ancak uzay araştırmalarına olan tutkusunu sürdürmek için yüksek lisans yapmak üzere Boulder’a taşındı. (Avusturya’nın kendi uzay programı yoktur.)

Geldiğinde, görünüşte boş olan bu geniş alanın ne kadar karmaşık olabileceği hakkında hiçbir fikri yoktu.

Basit bir ifadeyle, ekibin “elektrostatik traktör” konseptinin, saçlarınızın diken diken olması için kafanıza bir balon sürtmeye benzer şekilde çalıştığını açıkladı. İlk olarak, bir servis gemisi sahipsiz bir uyduya yaklaşık 15 ila 25 metre (49 ila 89 fit) mesafeden yaklaşır, ardından onu bir elektron demeti ile vurur. Bu elektronlar uzay çöpüne negatif bir yük verirken, servis elemanını daha pozitif hale getirecekti.

Atasözünün dediği gibi, zıt kutuplar birbirini çeker.

Hammerl, “Bu çekici güçle, esasen enkazı hiç dokunmadan çekebilirsiniz,” dedi. “Sanal ip dediğimiz şey gibi davranıyor.”

O da işe yarıyor gibi görünüyor. ECLIPS ve bilgisayar modellerindeki deneylere dayanan araştırmacılar, elektrostatik bir römorkörün iki ila üç ayda birkaç ton ağırlığındaki bir uyduyu yaklaşık 200 mil çekebileceğini hesapladılar. Bu yavaş bir hız, ancak esasen yüceltilmiş kağıt ağırlıklarını değerli yörünge yuvalarından çıkarmak için yeterince iyi.

Bilim adamları, yörüngedeki enkazı kaldırmak için, zıpkın kullanarak asi uyduları kapmak gibi başka stratejiler önerdiler. Ancak tüm bu yaklaşımlar, önemsiz şeylerle doğrudan temas kurmayı gerektirir.

Bununla birlikte, pratikte, uzayda bir çekici ışını kullanmak, komplikasyonlarla doludur.

Başlangıç ​​olarak, hizmet dışı bırakılan uydular genellikle sabit durmazlar ve hatta uzayda çılgınca takla atabilirler. Çalışmalarda, Schaub ve öğrencileri, bu metal parçalarına sabit bir ışın yerine ritmik bir elektron darbesiyle vurursanız, dönüşlerini potansiyel olarak yavaşlatabileceğinizi ve uyduları çekip uzaklaşmak ve hatta yaklaşmak için güvenli hale getirebileceğinizi gösterdi. onarım yapmak için.

Evden uzak

Ekip ayrıca, bugün birkaç parça enkazın bulunduğu ancak çok daha yoğun hale gelmek üzere olan bir uzay bölgesi hakkında düşünmeye başladı: “cislunar” uzay veya Dünya ile uydusu arasındaki bölge. Burada koşullar gerçekten vahşileşebilir.

Champion, güneşin güneş rüzgarı olarak adlandırılan neredeyse sabit bir plazma akışı püskürttüğünü açıkladı. Dünyanın koruyucu manyetik alanının dışında, bu plazma ortamı tahmin edilemez hale gelebilir. İçinden süzülen araçlar, plazma akışını bozabilir ve neredeyse suda süzülen bir yelkenli gibi, arkalarında bir iyon izi oluşturabilir. Bu uyanmalar, sırayla, bir elektrostatik traktörün performansını etkileyebilir.

Champion, “Bu teknolojiyi bu kadar zorlu yapan da bu” dedi. “Alçak Dünya yörüngesinde tamamen farklı plazma ortamlarına sahipsiniz, jeosenkronize yörüngeye karşı Ay’ın etrafında. Bununla başa çıkmalısınız.”

Tam da bunu yapmak için, Champion ve laboratuvar arkadaşları, ECLIPS’i odanın içinde hızlı hareket eden argon iyonları akımları yaratabilen bir cihaz olan bir “iyon tabancası” ile güçlendirdiler.

Çalışmalarının bir gün NASA’nın Artemis Programı aracılığıyla insanları aya ve oradan da daha ötesine gönderme çabalarına yardımcı olabileceğini umuyor.

Champion, “İnsanları aya geri koyduğumuzda, bu, Mars’a seyahat etmek için bir atlama taşıdır” dedi.

Schaub, uzay çekici ışınlarının uzun süre bilim kurgu konusu olmayabileceğini belirtti. Doğru finansmanla, ekibinin yalnızca beş ila 10 yıl içinde uzaya prototip bir elektrostatik traktör fırlatmaya hazır olacağını tahmin ediyor.

Schaub, “Bu teknolojiyle ilgili heyecan verici şey, aynı servis gemisinin kullanım ömrü boyunca iki, üç hatta düzinelerce nesneyi hareket ettirebilmesidir. Bu, maliyetinizi oldukça düşürür,” dedi. “Kimse çöp taşımak için bir milyar dolar harcamak istemez.”