Rrezet e traktorëve hapësinor mund të mos jenë objekt i fantashkencës për një kohë të gjatë

Më 10 shkurt 2009, fatkeqësia goditi qindra milje mbi Gadishullin Siberian. Atë mbrëmje, një satelit rus i zhdukur që rrotullohej rreth Tokës u përplas me një satelit komunikimi të quajtur Iridium 33 që lëvizte me një shpejtësi prej mijëra miljesh në orë. Të dy anijet kozmike shpërthyen në një shi me copëza, duke dërguar më shumë se 1,800 copa mbeturinash në spirale rreth globit.

Asnjë anije tjetër kozmike (ose njerëz) nuk u dëmtua, por për shumë inxhinierë të hapësirës ajrore, ngjarja ishte një shenjë e gjërave që do të vinin. Hapësira, dukej se po mbushej me njerëz.

NASA vlerëson se rreth 23,000 copa mbeturinash në madhësinë e një topi të butë ose më të madh aktualisht rrotullohen nëpër hapësirë. Gjithë ato mbeturina do të thotë se një përplasje tjetër si ajo që shkatërroi Iridium 33 bëhet gjithnjë e më e mundshme çdo vit – vetëm këtë herë, pasojat mund të jenë shumë më keq.

“Problemi me mbeturinat hapësinore është se sapo të keni një përplasje, po krijoni edhe më shumë mbeturina hapësinore,” tha Julian Hammerl, një student i doktoraturës në shkencat e inxhinierisë së hapësirës ajrore në CU Boulder. “Ju keni një mundësi të shtuar për të shkaktuar një përplasje tjetër, e cila do të krijojë edhe më shumë mbeturina. Ka një efekt kaskadë.”

Hammerl dhe një ekip i udhëhequr nga profesori Hanspeter Schaub kanë një plan për të ndaluar ato kaskada përpara se të fillojnë. Studiuesit janë duke u mbështetur në një nga tropet më të vjetra në fantashkencën: trarët e traktorëve si ato që përdor Starship Enterprise për të lëvizur në mënyrë të sigurt asteroidët nga rruga.

Imagjinoni këtë: në një të ardhme jo shumë të largët, një flotë anijesh të vogla kozmike mund të rrotullohen rreth Tokës, duke u takuar me copa të vdekura metali në orbitë gjeosinkrone rreth planetit. Më pas, duke përdorur pajisje të quajtura “rrezet elektronike”, këta kamionë hekuri hapësinor do t’i transportonin ngadalë ato mbeturina në një vend të sigurt pa pasur nevojë t’i preknin kurrë – të gjitha duke prekur të njëjtin lloj fizik që i bën çorapet tuaja të ngjiten në pantallonat tuaja në tharëse.

“Ne po krijojmë një forcë elektrostatike tërheqëse ose refuzuese,” tha Schaub, kryetar i Departamentit të Shkencave të Inxhinierisë Ajrore të Ann dhe H.J. Smead. “Është e ngjashme me rrezen e traktorit që shihni në Star Trek, megjithëse jo aq i fuqishëm.”

Së pari, Schaub dhe kolegët e tij duhet të zgjidhin një sërë sfidash, të cilat ata i kanë përshkruar në studime të shumta të fundit. Studiuesit, për shembull, po përdorin një strukturë të re për të përsëritur mjedisin çuditërisht kompleks rreth Tokës. Ata po vendosin gjithashtu se si rrezet e traktorëve mund të largojnë një ditë mbeturinat nga rajoni i hapësirës midis Tokës dhe Hënës.

“Të prekësh gjërat në hapësirë është shumë e rrezikshme. Objektet lëvizin shumë shpejt dhe shpesh në mënyrë të paparashikueshme,” tha Kaylee Champion, një studente doktorature që punon me Schaub. “Kjo mund të hapë shumë rrugë më të sigurta për shërbimin e anijeve kozmike.”

Champion dhe kolegët e saj studiues po i eksplorojnë ato rrugë tani nga një laborator me pamje nga Flatirons në kampusin lindor të universitetit.

Një grusht studentësh grumbullohen rreth një cilindri sa një fuçi uiski. Është bërë nga një shtresë e trashë çeliku inox me disa dritare të ngjashme me vrimë për të parë brenda. Kjo dhomë me vakum, e quajtur Laboratori i Karikimit Elektrostatik për Ndërveprimet ndërmjet Plazmës dhe Anijes Hapësinore (ECLIPS), është hapur në bazën e saj tani. Por me një zhurmë të motorit, cilindri ngadalë ulet derisa të mbyllet.

Së shpejti, një pompë do të fillojë të shtypë dhomën. Për rreth një ditë, nuk do të mbetet ajër brenda – një xhep i vogël hapësire pikërisht në mes të Boulder. Schaub dhe ekipi i tij e projektuan vetë dhomën, dhe është ndryshe nga çdo strukturë tjetër kërkimore në vend.

Kjo hapësirë-në-miniaturë zë vendin qendror në eksperimentet e grupit me traktorët elektrostatikë. Brenda, grupi mund të përsërisë mjedisin rreth Tokës, i cili nuk është bosh, por, në vend të kësaj, laget në një gaz të hollë elektronesh të lira dhe atomesh të ngarkuar të quajtur plazma. Grupi madje mund të simulojë mbeturinat në këtë dhomë duke përdorur kube ose forma më komplekse të bëra prej metali.

Sot, studiuesit po përpiqen të imitojnë kushtet në atë që Schaub e quajti “një pjesë e shtrenjtë e pasurive të paluajtshme” në hapësirë.

Orbita gjeosinkrone e Tokës, ose “GEO”, fillon rreth 22,000 milje nga sipërfaqja e planetit, një udhëtim shumë larg nga orbita e ulët e Tokës, ose “LEO”, ku Iridium 33 u zhduk. Atje mund të gjeni disa nga satelitët më të shtrenjtë të ndërtuar ndonjëherë—anije kozmike ushtarake dhe telekomunikuese që arrijnë madhësinë e autobusëve të shkollës dhe peshojnë më shumë se një ton.

“GEO është si Bel Air i hapësirës,” tha Schaub.

Gjithashtu po bëhet e mbushur me njerëz. Inxhinierët vlerësojnë se ka rreth 180 pika të mundshme parkimi orbitale gjeosinkrone ku satelitët mund të futen. Të gjitha ato janë pretenduar ose janë tashmë të zëna.

Rrezet e traktorëve, tha Schaub, mund të jenë në gjendje të largojnë në mënyrë të sigurt anijen e vjetër kozmike nga rruga, duke krijuar vend për gjeneratën e ardhshme të satelitëve.

Për Hammerl-in, projekti kërkimor është një projekt që ai nuk mund ta kishte ëndërruar kur ishte student i ri në qytetin e tij të lindjes në Vjenë, Austri. Hammerl studioi inxhinieri mekanike si universitar, por ai u zhvendos në Boulder për shkollë pasuniversitare për të ndjekur pasionin e tij për eksplorimin e hapësirës. (Austria nuk ka programin e saj hapësinor.)

Kur mbërriti, ai nuk e kishte idenë se sa komplekse mund të ishte kjo hapësirë në dukje boshe.

Në një kuptim të thjeshtë, shpjegoi ai, koncepti i ekipit për një “traktor elektrostatik” funksionon paksa si të fërkoni një tullumbace në kokë për t’ju ngritur flokët. Së pari, një anije shërbimi do t’i afrohej një sateliti të braktisur nga një distancë prej rreth 15 deri në 25 metra (49 deri në 89 këmbë), më pas do ta shkatërronte atë me një rreze elektronesh. Ato elektrone do t’i jepnin mbeturinave hapësinore një ngarkesë negative, duke e bërë shërbimin më pozitiv.

Siç thotë një fjalë e urtë, të kundërtat tërhiqen.

“Me atë forcë tërheqëse, në thelb mund të tërhiqni mbeturinat pa i prekur kurrë,” tha Hammerl. “Ajo vepron si ajo që ne e quajmë një lidhje virtuale.”

Duket se funksionon gjithashtu. Bazuar në eksperimentet në ECLIPS dhe modelet kompjuterike, studiuesit llogaritin se një tërheqje elektrostatike mund të tërheqë një satelit që peshon disa tonë rreth 200 milje në dy deri në tre muaj. Ky është një ritëm i ngadaltë, por mjaft i mirë për të hequr ato që në thelb janë pesha letre të lavdëruara nga hapësirat e çmuara orbitale.

Shkencëtarët kanë propozuar strategji të tjera për heqjen e mbeturinave nga orbita, të tilla si kapja e satelitëve të padrejtë duke përdorur fuzhnjë. Por të gjitha këto qasje kërkojnë të vijnë në kontakt të drejtpërdrejtë me mbeturinat.

Megjithatë, në praktikë, përdorimi i një trau traktori në hapësirë është i mbushur me komplikime.

Si fillim, satelitët e çaktivizuar zakonisht nuk qëndrojnë të qetë dhe madje mund të bien në mënyrë të egër nëpër hapësirë. Në studime, Schaub dhe studentët e tij kanë treguar se nëse i goditni këto copa metali me një puls ritmik elektronesh, në vend të një rreze të qëndrueshme, ju mund të ngadalësoni rrotullimin e tyre – duke i bërë satelitët të sigurt për t’u tërhequr apo edhe për t’u afruar. për kryerjen e riparimeve.

Ekipi ka filluar gjithashtu të mendojë për një rajon të hapësirës ku sot banojnë pak copa mbeturinash, por do të bëhet shumë më i ngarkuar: hapësira “cishënore” ose zona midis Tokës dhe Hënës së saj. Këtu, kushtet mund të bëhen vërtet të egra.

Champion shpjegoi se dielli nxjerr një rrymë pothuajse konstante të plazmës, të referuar si era diellore. Jashtë fushës magnetike mbrojtëse të Tokës, ai mjedis plazmatik mund të bëhet i paparashikueshëm. Automjetet që fluturojnë lart mund të shqetësojnë rrjedhën e plazmës dhe të gjenerojnë një valë jonesh pas tyre, pothuajse si një varkë me vela që kalon nëpër ujë. Këto zgjime, nga ana tjetër, mund të ndikojnë në performancën e një traktori elektrostatik.

“Kjo është ajo që e bën këtë teknologji kaq sfiduese,” tha Champion. “Ju keni mjedise plazmatike krejtësisht të ndryshme në orbitën e ulët të Tokës, kundrejt orbitës gjeosinkrone kundrejt hënës. Ju duhet të merreni me këtë.”

Për ta bërë këtë, Champion dhe kolegët e saj anëtarë të laboratorit kanë shtuar ECLIPS me një “armë jonike”, një pajisje që mund të krijojë rryma të shpejta të joneve të argonit brenda dhomës.

Ajo shpreson se puna e saj një ditë mund të ndihmojë përpjekjet e NASA-s përmes Programit të saj Artemis për të dërguar njerëzit përsëri në Hënë – dhe, prej andej, edhe më larg.

“Sapo i vendosim njerëzit përsëri në Hënë, ky është një hap për të udhëtuar në Mars”, tha Champion.

Schaub vuri në dukje se rrezet e traktorëve hapësinorë mund të mos jenë lëndë e fantashkencës për një kohë të gjatë. Me financimin e duhur, ai parashikon se ekipi i tij do të jetë gati të lëshojë një prototip elektrostatik në hapësirë në vetëm pesë deri në 10 vjet.

“Gjëja emocionuese në lidhje me këtë teknologji është se e njëjta anije shërbimi mund të lëvizë dy ose tre apo edhe dhjetëra objekte gjatë jetës së saj. Kjo ul koston tuaj,” tha Schaub. “Askush nuk dëshiron të shpenzojë një miliard dollarë për të lëvizur plehrat.”