Centenas de milhões de pedaços de lixo espacial orbitam a Terra diariamente, de lascas de tinta de foguete antiga, a fragmentos de painéis solares, e satélites inteiros mortos. Esta nuvem de detritos de alta tecnologia gira em torno do planeta por volta dos 17, 500 milhas por hora. Nessas velocidades, até mesmo lixo tão pequeno quanto um seixo pode torpedear uma espaçonave que esteja passando.

A NASA e o Departamento de Defesa dos EUA estão usando telescópios terrestres e radares a laser (ladars) para rastrear mais de 17, 000 objetos de detritos orbitais para ajudar a prevenir colisões com missões operacionais. Esses ladars lançam lasers de alta potência em objetos alvo, medindo o tempo que leva para o pulso de laser retornar à Terra, para localizar destroços no céu.

Agora, os engenheiros aeroespaciais do MIT desenvolveram uma técnica de detecção a laser que pode decifrar não apenas onde, mas que tipo de lixo espacial pode estar passando por cima. Por exemplo, a tecnica, chamada de polarimetria a laser, pode ser usado para discernir se um pedaço de entulho é de metal ou coberto com tinta. A diferença, os engenheiros dizem, pode ajudar a determinar a massa de um objeto, impulso, e potencial de destruição.

"No espaço, as coisas tendem a quebrar com o tempo, e houve duas grandes colisões nos últimos 10 anos que causaram picos bastante significativos de entulho, "diz Michael Pasqual, um ex-aluno de pós-graduação no Departamento de Aeronáutica e Astronáutica do MIT. "Se você puder descobrir do que um pedaço de entulho é feito, você pode saber o quão pesado é e com que rapidez pode sair da órbita com o tempo ou atingir outra coisa. "

Kerri Cahoy, a Rockwell International Career Development Associate Professor de aeronáutica e astronáutica no MIT, diz que a técnica pode ser facilmente implementada em sistemas existentes baseados em solo que atualmente monitoram detritos orbitais.

"[As agências governamentais] querem saber onde estão esses pedaços de entulho, para que eles possam ligar para a Estação Espacial Internacional e dizer, 'Grande pedaço de entulho vindo em sua direção, dispare seus propulsores e mova-se para cima para estar livre, '"Cahoy diz." Mike veio com uma maneira onde, com algumas modificações na ótica, eles poderiam usar as mesmas ferramentas para obter mais informações sobre do que esses materiais são feitos. "

Pasqual e Cahoy publicaram seus resultados na revista Transações IEEE em sistemas aeroespaciais e eletrônicos .

Vendo uma assinatura

A técnica da equipe usa um laser para medir o efeito de um material no estado de polarização da luz, que se refere à orientação do campo elétrico oscilante da luz que reflete no material. Por exemplo, quando os raios do sol refletem em uma bola de borracha, o campo elétrico da luz que entra pode oscilar verticalmente. Mas certas propriedades da superfície da bola, como sua aspereza, pode fazer com que reflita com uma oscilação horizontal, ou em uma orientação completamente diferente. O mesmo material pode ter vários efeitos de polarização, dependendo do ângulo em que a luz o atinge.

Pasqual raciocinou que um material como tinta poderia ter uma assinatura de polarização diferente, "refletindo a luz do laser em padrões distintos dos padrões de, dizer, alumínio puro. As assinaturas de polarização, portanto, podem ser uma maneira confiável para os cientistas identificarem a composição dos detritos orbitais no espaço.

Para testar esta teoria, ele montou um polarímetro de bancada - um aparelho que mede, em muitos ângulos diferentes, a polarização da luz laser à medida que ela reflete em um material. A equipe usou um feixe de laser de alta potência com comprimento de onda de 1, 064 nanômetros, semelhantes aos lasers usados ​​em ladars terrestres existentes para rastrear detritos orbitais. O laser foi polarizado horizontalmente, o que significa que sua luz oscilou ao longo de um plano horizontal. Pasqual então usou a óptica de filtragem de polarização e detectores de silício para medir os estados de polarização da luz refletida.

Peneirando lixo espacial

Na escolha de materiais para analisar, Pasqual escolheu seis que são comumente usados ​​em satélites:tinta branca e preta, alumínio, titânio, e Kapton e Teflon - dois materiais semelhantes a filmes usados ​​para proteger satélites.

"Achamos que eles eram muito representativos do que você pode encontrar em detritos espaciais, "Pasqual diz.

Ele colocou cada amostra no aparato experimental, que foi motorizado para que as medições pudessem ser feitas em diferentes ângulos e geometrias, e mediu seus efeitos de polarização. Além de refletir a luz com a mesma polarização da luz incidente, materiais também podem exibir outros, comportamentos de polarização estranhos, como girar ligeiramente a oscilação da luz - um fenômeno denominado retardância. Pasqual identificou 16 principais estados de polarização, em seguida, tomou nota de quais efeitos um dado material exibido como ele refletia a luz do laser.

"O teflon tinha uma propriedade única em que, quando você ilumina a luz do laser com uma oscilação vertical, ele cospe de volta algum ângulo de luz intermediário, "Pasqual diz." E algumas das tintas tinham despolarização, onde o material cuspirá combinações iguais de estados verticais e horizontais. "

Cada material tinha uma assinatura de polarização suficientemente única para distingui-lo das outras cinco amostras. Pasqual acredita que outros materiais aeroespaciais, como vários filmes de blindagem, ou materiais compostos para antenas, células solares, e placas de circuito, também pode exibir efeitos de polarização exclusivos. Sua esperança é que os cientistas possam usar a polarimetria a laser para estabelecer uma biblioteca de materiais com assinaturas de polarização únicas. Ao adicionar certos filtros a lasers em ladars existentes em solo, os cientistas podem medir os estados de polarização dos detritos que passam e combiná-los com uma biblioteca de assinaturas para determinar a composição do objeto.

"Já existem muitas instalações no terreno para rastrear detritos como estão, "Pasqual diz." O ponto desta técnica é, enquanto você está fazendo isso, você também pode colocar alguns filtros em seus detectores que detectam mudanças de polarização, e são esses recursos de polarização que podem ajudá-lo a inferir do que o material é feito. E você pode obter mais informações, basicamente de graça. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.