Cientos de millones de piezas de basura espacial orbitan la Tierra a diario, de astillas de pintura vieja de cohete, a fragmentos de paneles solares, y satélites enteros muertos. Esta nube de detritos de alta tecnología gira alrededor del planeta a las 17, 500 millas por hora. A estas velocidades, incluso basura tan pequeña como un guijarro puede torpedear una nave espacial que pasa.

La NASA y el Departamento de Defensa de EE. UU. Están utilizando telescopios terrestres y radares láser (ladars) para rastrear más de 17, 000 objetos de escombros orbitales para ayudar a prevenir colisiones con misiones operativas. Tales ladares hacen brillar láseres de alta potencia en los objetos de destino, medir el tiempo que tarda el pulso láser en regresar a la Tierra, para localizar escombros en el cielo.

Ahora, los ingenieros aeroespaciales del MIT han desarrollado una técnica de detección láser que puede descifrar no solo dónde, sino qué tipo de basura espacial puede estar pasando por encima. Por ejemplo, la técnica, llamada polarimetría láser, se puede usar para discernir si una pieza de escombros es de metal desnudo o está cubierta con pintura. La diferencia, los ingenieros dicen, podría ayudar a determinar la masa de un objeto, impulso, y potencial de destrucción.

"En el espacio, las cosas tienden a romperse con el tiempo, y ha habido dos colisiones importantes en los últimos 10 años que han causado picos bastante significativos en los escombros, "dice Michael Pasqual, ex estudiante de posgrado en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT. "Si puedes averiguar de qué está hecho un trozo de escombros, puede saber qué tan pesado es y qué tan rápido podría desorbitar con el tiempo o golpear algo más ".

Kerri Cahoy, el profesor asociado de Rockwell International Career Development Associate de aeronáutica y astronáutica en el MIT, dice que la técnica se puede implementar fácilmente en los sistemas terrestres existentes que actualmente monitorean los desechos orbitales.

"[Las agencias gubernamentales] quieren saber dónde están estos trozos de escombros, para que puedan llamar a la Estación Espacial Internacional y decir:'Un gran trozo de escombros viene hacia ti, enciende tus propulsores y muévete hacia arriba para estar despejado, ", Dice Cahoy". Mike ideó una forma en la que, con algunas modificaciones en la óptica, podrían usar las mismas herramientas para obtener más información sobre de qué están hechos estos materiales ".

Pasqual y Cahoy han publicado sus resultados en la revista Transacciones IEEE en sistemas electrónicos y aeroespaciales .

Ver una firma

La técnica del equipo utiliza un láser para medir el efecto de un material en el estado de polarización de la luz, que se refiere a la orientación del campo eléctrico oscilante de la luz que se refleja en el material. Por ejemplo, cuando los rayos del sol se reflejan en una pelota de goma, El campo eléctrico de la luz entrante puede oscilar verticalmente. Pero ciertas propiedades de la superficie de la pelota, como su rugosidad, puede hacer que se refleje con una oscilación horizontal en su lugar, o en una orientación completamente diferente. El mismo material puede tener múltiples efectos de polarización, dependiendo del ángulo en el que la luz incida.

Pasqual razonó que un material como la pintura podría tener una "firma de polarización diferente, "reflejando la luz láser en patrones distintos de los patrones de, decir, Aluminio desnudo. Por lo tanto, las firmas de polarización podrían ser una forma confiable para que los científicos identifiquen la composición de los desechos orbitales en el espacio.

Para probar esta teoría, instaló un polarímetro de sobremesa, un aparato que mide, en muchos ángulos diferentes, la polarización de la luz láser cuando se refleja en un material. El equipo utilizó un rayo láser de alta potencia con una longitud de onda de 1, 064 nanómetros, similar a los láseres utilizados en los ladar terrestres existentes para rastrear los desechos orbitales. El láser estaba polarizado horizontalmente, lo que significa que su luz oscilaba a lo largo de un plano horizontal. Pasqual luego utilizó ópticas de filtrado de polarización y detectores de silicio para medir los estados de polarización de la luz reflejada.

Examinando la basura espacial

Al elegir materiales para analizar, Pasqual eligió seis que se usan comúnmente en satélites:pintura blanca y negra, aluminio, titanio, y Kapton y Teflon, dos materiales similares a películas que se utilizan para proteger los satélites.

"Pensamos que eran muy representativos de lo que se puede encontrar en los desechos espaciales, "Dice Pasqual.

Colocó cada muestra en el aparato experimental, que estaba motorizado para poder realizar mediciones en diferentes ángulos y geometrías, y midió sus efectos de polarización. Además de reflejar la luz con la misma polarización que la luz incidente, Los materiales también pueden mostrar otros comportamientos de polarización extraños, como girar ligeramente la oscilación de la luz, un fenómeno llamado retardo. Pasqual identificó 16 estados de polarización principales, luego tomó nota de los efectos que exhibía un material dado al reflejar la luz láser.

"El teflón tenía una propiedad única en la que cuando se ilumina la luz láser con una oscilación vertical, escupe un ángulo de luz intermedio, "Dice Pasqual." Y algunas de las pinturas tenían despolarización, donde el material escupirá combinaciones iguales de estados verticales y horizontales ".

Cada material tenía una firma de polarización suficientemente única para distinguirlo de las otras cinco muestras. Pasqual cree que otros materiales aeroespaciales, como varias películas de protección, o materiales compuestos para antenas, células solares, y placas de circuito, también puede exhibir efectos de polarización únicos. Su esperanza es que los científicos puedan utilizar la polarimetría láser para establecer una biblioteca de materiales con firmas de polarización únicas. Al agregar ciertos filtros a los láseres en los ladares terrestres existentes, los científicos pueden medir los estados de polarización de los escombros que pasan y relacionarlos con una biblioteca de firmas para determinar la composición del objeto.

"Ya hay muchas instalaciones sobre el terreno para rastrear los escombros tal como están, "Dice Pasqual." El objetivo de esta técnica es, mientras haces eso, también podría poner algunos filtros en sus detectores que detecten cambios de polarización, y son esas características de polarización las que pueden ayudarlo a inferir de qué está hecho el material. Y puedes obtener más información básicamente gratis ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.