Compartir el conocimiento humano del vuelo espacial: Micrometeoroids y ruina Orbital

Concepto del artista que representa el campo de desechos orbitales cercanos a la Tierra, basado en datos reales de la oficina de programa de escombros orbitales NASA.

Crédito: NASA Goddard Space Flight Center

Riesgo asociado de micrometeoroids y ruina orbital fue un tema clave de discusión en el reciente humano Spaceflight conocimiento compartir Foro de la NASA.

Nota del editor: La Oficina de la NASA del ingeniero jefe y la dirección de misión operaciones y exploración humana han patrocinado el foro de compartir conocimiento humano de vuelo espacial en noviembre de 2016. Seleccionan a responsables de formar el futuro de la NASA durante los próximos 10 a 20 años centrados en técnicas prácticas y lecciones aprendidas de las misiones de vuelo espacial humano exitosas y fracasadas. Esta es la primera de una serie de artículos que cubren lecciones aprendidas y el conocimiento compartido por estos individuos en el conocimiento experimental de compartir un evento.

El riesgo de no. 1 para los programas de vuelos espaciales tripulados de la NASA, incluyendo Orion, es de micrometeoroids y ruina orbital (MMOD). Debido al peligro MMOD poses para las misiones espaciales, NASA invierte significativamente en la investigación sobre el riesgo potencial de micrometeoroids, objetos naturales, por lo general compuesto por partículas procedentes de asteroides o cometas, y desechos orbitales artificiales como satélites fuera de servicio, cuerpos de cohete, mantas térmicas e incluso tan pequeño como escamas de pintura que podrían causar daños catastróficos cuando se precipitan a través del espacio a velocidades de hasta a 44 millas (70 kilómetros) por segundo.

Mike Squire, Ingeniero Principal en la ingeniería de la NASA y el centro de seguridad (NESC), presentó un resumen MMOD como parte del panel del Foro de compartir conocimientos de vuelo espacial humano en "uso de lecciones aprendidas para mitigar los riesgos técnicos superior de la NASA." Squire dijo desechos orbitales es más una preocupación por la nave espacial en órbita sobre la Tierra que de micrometeoroids porque hay más de lo mismo.

"No teníamos idea que la población MMOD iba a crecer en órdenes de magnitud hoy y seguir creciendo en el futuro," dijo Squire . "Así que el riesgo sólo es cada vez peor."

El Departamento de defensa espacio vigilancia red pistas objetos tan pequeños como 4 pulgadas (10 centímetros) de diámetro en órbita terrestre baja y de 1 yarda (1 metro) en órbita geosincrónica. La red del DOD pistas actualmente más de 21.000 objetos. Squire dijo objetos de menos de 4 pulgadas son la mayor preocupación puesto que no pueden ser rastreados, pero todavía puede causar un daño significativo.

Relacionados con el vídeo Mike Squire en la mitigación de riesgos MMOD

Desechos orbitales viaja hasta 33.500 mph (aproximadamente 54.000 kilómetros por hora), lo suficientemente rápido como para que incluso un objeto relativamente pequeño dañe un satélite o nave espacial. Micrometeoroids puede moverse a velocidades 10 veces superiores a los desechos orbitales.

Riesgo y mitigación:

Squire ha compartido el alto nivel MMOD de lecciones aprendidas y destacaron la importancia de la medición directa. «Por medición directa, quiero decir o conseguir sus manos en una pieza de hardware de espacio que voló y fue traído detrás, y tiene daño del impacto y ser capaz de analizar e incorporar esos datos o, alternativamente, tener sensores en órbita que son capaces de detectar impactos y alimentar esa información a la Tierra,» dijo Squire  durante su presentación de foro.

Dijo la evidencia comenzó con el montaje durante la era de Géminis que los desechos orbitales estaba empezando a ser un problema, y la comprensión de la magnitud del problema aumentó durante los años de Apolo y la lanzadera del espacio. Squire  dijo que la comunidad técnica tiene una relativamente buena comprensión del entorno de desechos orbitales alrededor de la Estación Espacial Internacional (ISS) y altitudes de la lanzadera de espacio debido a mediciones directas realizadas en paneles de radiador, ventanas y el hardware que han sido traído de órbita. Más allá de esa región, dijo extrapolación y varias asunciones entran en juego, pero que modelos de diferentes desechos orbitales están generalmente de acuerdo que el pico de desechos orbitales aparece a una altitud de aproximadamente 500 435 millas (700 a 800 kilómetros), destacando por ello es importante conseguir activos en la región más alta y obtener mediciones más directas.

Varios sitios de impacto en ISS en el módulo de servicio que se muestra como un ejemplo de daño MMOD de vuelos espaciales tripulados.

Crédito de la foto: NASA

Squire ha explicado por qué el último NASA Orbital ingeniería modelo de desechos — 3.0 de ORDEM, muestra un riesgo mayor que los modelos anteriores. El nuevo modelo incorpora los acontecimientos recientes como la prueba de anti satélite Chino y la colisión de iridio-Cosmos que no estaban en el modelo anterior. Basado en parte en una recomendación del NESC, ORDEM 3.0 también incluye una población de mayor densidad las partículas, tales como acero inoxidable, que infligen más daño cuando llegan a una nave espacial y por lo tanto elevan las cifras de riesgo sobre el más viejo modelo que asume que todas las partículas de desechos fueron aluminio, que tiene una menor densidad de material que el acero.

Además de validar los modelos con datos del mundo real a través de la medición directa, Squire dijo es muy importante. Aunque la prueba de impacto de hiper velocidad es difícil y costosa, dijo que es muy importante ser capaces de «ver lo que la física real es diferentes a objetos que están impactando diferentes escudos y componentes de naves espaciales diferentes».

Radiador con daños a lanzadera de espacio esfuerzo por impacto MMOD durante STS-118 en 2007.

Crédito de la foto: NASA

Squire se animó a la comunidad técnica para intercambiar información MMOD y hacer un gran esfuerzo para entender la enorme incertidumbre en el proceso de evaluación de riesgo, incluidas las limitaciones de las herramientas, elementos y asegurarse de que los clientes saben que van a esas incertidumbres en el proceso de diseño. Advirtió que es fundamental para saber la diferencia entre riesgo y riesgo evaluado, indicando riesgo evaluado puede mejorarse por obtener más información sobre los modelos de medio ambiente y mejorar la fidelidad de la configuración de la nave espacial .

"Detalles importan evaluar riesgo MMOD," dijo Squire. "Puede hacer cambios muy pequeños en su evaluación del riesgo, y estos terminan siendo cambios relativamente importantes en el riesgo evaluado. Por lo significa que usted necesita para asegurarse de que usted clava su configuración de la nave espacial. Tenga tan preciso como sea posible. Por ejemplo, sabe que su tanque de espesores son, cuántas capas de MLI (aislamiento de capas múltiples) tienes, y cuánta área la manta que cubre, pues pequeños cambios en este importantes cambios en su riesgo, y que impulsará las decisiones en el diseño." Se refirió a la importancia de entender la transición de mitigación basados en diseño basada en operaciones, teniendo en cuenta que normalmente no hay tantas opciones para cambios en la fase operativa. Blindaje de aumentos se han hecho en la ISS, pero dicho ajuste actitud y órbita y mitigaciones similares suelen ser todo lo que queda una vez que una nave espacial está en funcionamiento.

Las Misiones en curso no son la única preocupación. Squire recordó la explosión de 1981 de una etapa superior del Delta-"solo un muerto abandonado en órbita" lanzado en 1978, que produjo cerca de 200 pedazos de desechos rastreables, ofreciendo el "primer indicio de que esto era una fuente de desechos orbitales — estos objetos muertos están en órbita." El incidente de Delta dio lugar a las directrices de mitigación para apaciguar los objetos según sea necesario o asegúrese de que no permanecen en órbita durante décadas después de que han dejado de trabajar. Impactos de desechos de desechos están acelerando, y dijo que dio lugar a la llamada "regla de 25 años" que prohíbe a los satélites en órbita durante más de 25 años en un esfuerzo por evitar la generación adicional de desechos.

Aplicación robótica

El enfoque del Foro de intercambio de conocimiento fue en vuelos espaciales tripulados, pero Squire mencionó que la comunidad robótica también está viendo un aumento en problemas MMOD. "Están siendo gravadas con requerimientos para mitigar la generación de más desechos orbitales," dijo Squire . "Tienen que ser capaces de demostrar que pueden sobrevivir a su misión y poder de órbita después del final de su misión para que no generar más desechos orbitales".

Squire dijo que CubeSats también son motivo de preocupación cuando las empresas se preparan para lanzar cientos o miles de los satélites miniatura que podrían añadir a la creciente problemática de desechos orbitales.

NASA's Goddard Space Flight Center

Traducción: El Quelonio Volador