低地球軌道（LEO）で何十年にもわたって運用されてきたことが1つあったとすれば、宇宙は危険に満ちているということです。太陽フレアと宇宙線に加えて、最大の危険の1つは宇宙ゴミによるものです。ジャンクの最大のビット（直径が10 cmを超える）は確かに脅威ですが、実際の懸念事項は、直径が1 mmから1 cmの1億6600万を超えるオブジェクトです。
小さいながらも、これらのがらくたは56,000 km / h（34,800 mph）までの速度に達する可能性があり、現在の方法を使用して追跡することは不可能です。彼らのスピードのために、インパクトの瞬間に何が起こるかは、はっきりと理解されていません。しかし、MITの研究チームは最近、微粒子衝突プロセスの最初の詳細な高速イメージングと分析を実施しました。これは、宇宙ゴミの軽減戦略を開発するときに役立ちます。
彼らの調査結果は、最近ジャーナルに掲載された論文に記載されています 自然コミュニケーション。この研究は、MITの材料科学工学部（DMSE）の博士研究員であるMostafa Hassani-Gangarajが主導しました。彼にはクリストファーシュー教授（DMSE部門の責任者）のほか、MITのソルジャーナノテクノロジー研究所のスタッフリサーチャーであるデイビッドヴェセット氏とキースネルソン教授も加わりました。
微粒子インパクトは、コーティングの適用や表面の洗浄から切削材料やサンドブラスト（粒子が超音速に加速される）に至るまで、さまざまな日常の産業用途に使用されます。しかし、これまで、これらのプロセスは、関連する基礎となる物理学をしっかりと理解することなく制御されてきました。
彼らの研究のために、Hassani-Gangarajと彼のチームは、衝撃の瞬間に微粒子と表面に何が起こるかを調べる最初の研究を実施しようとしました。これには2つの大きな課題がありました。1つ目は、関与する粒子が毎秒1キロ（3600 km / h; 2237 mph）以上の速度で移動することです。
第二に、粒子自体は非常に小さいため、それらを観察するには非常に高度な機器が必要です。これらの課題に対処するために、チームはMITで開発された微粒子衝撃テストベッドを使用しました。このテストベッドは、最大1億フレーム/秒で衝撃動画を記録できます。次に、レーザービームを使用してスズ粒子（直径約10マイクロメートル）を1 km / sの速度まで加速しました。
2番目のレーザーを使用して、飛散する粒子が衝突面にぶつかったときにそれらを照らしました。これはスズのシートです。彼らが発見したのは、粒子が特定のしきい値を超える速度で移動しているとき、衝撃の瞬間に溶融の短い期間があり、それが表面の侵食に重要な役割を果たすことです。次に、このデータを使用して、粒子が表面から跳ね返ったり、付着したり、ノックしたりして表面が弱くなる時期を予測しました。
工業用途では、速度が速いほど結果が良くなると広く考えられています。これらの新しい発見はこれと矛盾し、より高速で、コーティングまたは材料の表面の強度が向上する代わりに低下する領域があることを示しています。 Hassani-GangarajがMITのプレスリリースで説明したように、この研究は科学者がどのような条件下で衝撃による侵食が発生するかを予測するのに役立つため、重要です。
「それを回避するには、[効果が変化する速度]を予測できる必要があります。これらの侵食プロセスが発生する可能性があるメカニズムと正確な条件を理解したいのです。」
この研究は、微粒子が宇宙船や衛星に衝突したときなど、制御されていない状況で何が起こるかを明らかにすることができます。増大する宇宙デブリの問題、および今後数年間に打ち上げられると予想される衛星、宇宙船および宇宙の生息地の数を考えると、この情報は影響緩和戦略の開発において重要な役割を果たす可能性があります。
この調査のもう1つの利点は、許可されたモデリングでした。過去には、科学者は衝撃試験の死後分析に依存していました。そこでは、衝撃が発生した後に試験表面が研究されました。この方法は損傷評価を可能にしましたが、プロセスに関与する複雑なダイナミクスをよりよく理解することにはなりませんでした。
対照的に、このテストは、衝撃の瞬間に粒子と表面の融解を捉えた高速イメージングに依存していました。チームはこのデータを使用して、特定のサイズと特定の速度の粒子がどのように反応するかを予測する一般的なモデルを開発しました。つまり、表面から跳ね返ったり、付着したり、溶けて侵食したりしますか？これまでのところ、彼らのテストは純粋な金属表面に依存していたが、チームは合金や他の材料を使用してさらにテストを実施したいと考えている。
また、これまでにテストした直線的な影響ではなく、さまざまな角度から影響をテストする予定です。 「侵食が重要なすべての状況にこれを拡張できます」とDavid Veysset氏は語った。目的は、「侵食が発生するかどうかを判断できる1つの機能を開発することです。 [エンジニアの助けになるかもしれない]侵食に抵抗したい場所ならどこでも、それが宇宙であろうと地上であろうと、侵食防止のための材料を設計することになる」と彼は付け加えた。
この研究とその結果のモデルは、今後数十年で非常に便利になるでしょう。未チェックのままにすると、スペースデブリの問題は近未来で指数関数的に悪化することは広く受け入れられています。このため、NASA、ESA、および他のいくつかの宇宙機関は、高密度領域での質量の削減や安全な再突入技術を備えたクラフトの設計など、「スペースデブリの軽減」戦略を積極的に追求しています。
この時点で、「アクティブな削除」のアイデアはいくつかあります。これらは、破片を燃やす可能性のある宇宙ベースのレーザーや、それを捕獲する磁気宇宙タグから、プラズマビームを使って、銛や軌道を外したり、大気中に（燃焼する場所に）押し込んだりする小型衛星にまで及びます。
低地球軌道が商用化されているだけでなく、人が住んでいる時代には、これらの戦略やその他の戦略が必要になります。言うまでもなく、月、火星、および太陽系の深部へのミッションのためのストップオーバーポイントとして機能します。スペースレーンが混雑する場合は、スペースを確保する必要があります。
