Se há uma coisa que décadas de operação na órbita baixa da terra (LEO) nos ensinou, é que o espaço está cheio de perigos. Além das explosões solares e da radiação cósmica, um dos maiores perigos advém dos detritos espaciais. Embora os maiores pedaços de lixo (que medem mais de 10 cm de diâmetro) sejam certamente uma ameaça, a preocupação real são os mais de 166 milhões de objetos que variam em tamanho de 1 mm a 1 cm de diâmetro.
Embora pequenos, esses pedaços de lixo podem atingir velocidades de até 56.000 km / h (34.800 mph) e são impossíveis de rastrear usando os métodos atuais. Devido à sua velocidade, o que acontece no momento do impacto nunca foi claramente entendido. No entanto, uma equipe de pesquisa do MIT recentemente conduziu a primeira imagem detalhada de alta velocidade e análise do processo de impacto de micropartículas, que será útil ao desenvolver estratégias de mitigação de detritos espaciais.
Suas descobertas são descritas em um artigo que apareceu recentemente na revista Comunicações da natureza. O estudo foi liderado por Mostafa Hassani-Gangaraj, um associado de pós-doutorado no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT (DMSE). Ele juntou-se ao professor Christopher Schuh (chefe do departamento DMSE), além do pesquisador David Veysset e do professor Keith Nelson, do Institute for Soldier Nanotechnologies do MIT.
Os impactos das micropartículas são usados para uma variedade de aplicações industriais diárias, variando da aplicação de revestimentos e superfícies de limpeza a materiais de corte e jateamento de areia (onde as partículas são aceleradas a velocidades supersônicas). Mas até agora, esses processos foram controlados sem uma sólida compreensão da física subjacente envolvida.
Para o estudo, Hassani-Gangaraj e sua equipe procuraram conduzir o primeiro estudo que examina o que acontece com as micropartículas e superfícies no momento do impacto. Isso apresentou dois grandes desafios: primeiro, as partículas envolvidas viajam a mais de um quilômetro por segundo (3600 km / h; 2237 mph), o que significa que os eventos de impacto ocorrem extremamente rapidamente.
Segundo, as próprias partículas são tão pequenas que observá-las requer instrumentos altamente sofisticados. Para enfrentar esses desafios, a equipe contou com um teste de micropartículas desenvolvido no MIT, capaz de gravar vídeos de impacto em até 100 milhões de quadros por segundo. Eles então usaram um raio laser para acelerar as partículas de estanho (medindo cerca de 10 micrômetros de diâmetro) até velocidades de 1 km / s.
Um segundo laser foi usado para iluminar as partículas voadoras quando atingiram a superfície do impacto - uma folha de estanho. O que eles descobriram foi que, quando as partículas estão se movendo a velocidades acima de um certo limiar, há um breve período de fusão no momento do impacto, que desempenha um papel crucial na erosão da superfície. Eles então usaram esses dados para prever quando as partículas vão se soltar, grudar ou derrubar o material de uma superfície e enfraquecê-lo.
Em aplicações industriais, é amplamente assumido que velocidades mais altas levarão a melhores resultados. Essas novas descobertas contradizem isso, mostrando que há uma região em velocidades mais altas em que a resistência de um revestimento ou a superfície de um material diminui em vez de melhorar. Como Hassani-Gangaraj explicou em um comunicado de imprensa do MIT, este estudo é importante porque ajudará os cientistas a prever sob quais condições a erosão dos impactos ocorrerá:
“Para evitar isso, precisamos ser capazes de prever [a velocidade com que os efeitos mudam]. Queremos entender os mecanismos e condições exatas quando esses processos de erosão podem ocorrer. ”
Este estudo poderia lançar luz sobre o que acontece em situações não controladas, como quando as micropartículas atingem naves espaciais e satélites. Dado o crescente problema de detritos espaciais - e o número de satélites, naves espaciais e habitats espaciais que devem ser lançados nos próximos anos - essas informações podem desempenhar um papel fundamental no desenvolvimento de estratégias de mitigação de impacto.
Outro benefício deste estudo foi a modelagem permitida. No passado, os cientistas se baseavam em análises post-mortem de testes de impacto, onde a superfície de teste era estudada após o impacto. Embora esse método tenha permitido avaliações de danos, não levou a uma melhor compreensão da dinâmica complexa envolvida no processo.
Por outro lado, esse teste contou com imagens de alta velocidade que capturaram o derretimento das partículas e da superfície no exato momento do impacto. A equipe usou esses dados para desenvolver um modelo geral para prever como as partículas de um determinado tamanho e dada velocidade reagiriam - ou seja, elas ricocheteariam na superfície, a fariam ou a desgastariam por derretimento? Até agora, seus testes se basearam em superfícies de metal puro, mas a equipe espera realizar mais testes usando ligas e outros materiais.
Eles também pretendem testar os impactos em vários ângulos, em vez dos impactos retos que eles testaram até agora. "Podemos estender isso a todas as situações em que a erosão é importante", disse David Veysset. O objetivo é desenvolver “uma função que possa nos dizer se a erosão ocorrerá ou não. [Isso poderia ajudar os engenheiros] a projetar materiais para proteção contra erosão, seja no espaço ou no solo, onde quer que eles resistam à erosão ", acrescentou.
É provável que este estudo e seu modelo resultante sejam muito úteis nos próximos anos e décadas. É amplamente aceito que, se não for controlado, o problema dos detritos espaciais se tornará exponencialmente pior no futuro próximo. Por esse motivo, a NASA, a ESA e várias outras agências espaciais estão buscando ativamente estratégias de “mitigação de detritos espaciais” - que incluem a redução de massa em regiões de alta densidade e o design de embarcações com tecnologias de reentrada seguras.
Também há várias idéias na tabela para "remoção ativa" neste momento. Eles variam de lasers espaciais que podem queimar detritos e rebocadores magnéticos espaciais que o capturam a pequenos satélites que podem arpoá-lo e desorbitá-lo ou empurrá-lo para a nossa atmosfera (onde queimará) usando raios de plasma.
Essas e outras estratégias serão necessárias em uma época em que a órbita baixa da terra não é apenas comercializada, mas também habitada; para não mencionar servindo como um ponto de parada para missões na Lua, Marte e mais profundamente no Sistema Solar. Se as faixas espaciais ficarem ocupadas, elas devem ser mantidas limpas!
