ORBITAL VEILIGHEID: de uitdagingen van OVERLEVEN ruimteafval

Opknoping rond in baan om de aarde is zoals wandelen in het midden van een Wild West vuurgevecht – kogels vliegen rond overal, en ook al heeft geen doelbewust op jou gericht, zou men kunnen hebben je naam erop. tal van deze kogels zijn synthetische satellieten die actief worden gecontroleerd en bewaakt, maar wij vinden ook dood satellieten, overblijfselen van satellieten, afgedankte rakettrappen, gereedschap verloren tijdens ruimtewandelingen, en zelfs vlekken van verf en roest, veel van het zippen rond op meerdere kilometers per seconde zonder begeleiding.

Hoewel het verwijderen van deze ruimtepuin direct zou ideaal zijn, de realiteit is dat een ruimtevaartuig en alle ruimtepak dat moet tijd doorbrengen in een baan behoeften in staat te zijn het behoud van ten minste een aantal hits van ruimtepuin invloed te zijn.

Orbital Mechanics

Dat is het gemakkelijk om nieuwe puin te creëren moet komen niet als een verrassing voor iedereen. Wat kan een beetje nemen veel meer fantasie is gewoon hoe lang het kan duren voordat deze puin zijn weg in de richting van atmosfeer van de aarde, waar het uneventfully zal verbranden. alles in een baan valt in de richting van de aarde, maar de tangentiële snelheid houdt het van het raken – zoals een marmeren spinnen rond het gat in een trechter. Sleep uit de atmosfeer van de planeet is de wrijving die uiteindelijk vertraagt het voorwerp naar beneden, en waar het banen in de planeet sfeer identificeert hoe lang deze afdaling zal duren.

Orbital vervalsnelheid infographic. (Credit: ULA)
Zoals door Orbital Debris Program kantoor NASA bij ARES aangehaald in hun FAQ, zijn er meer dan 23.000 brokstukken groter dan 10 cm in een baan objecten, in aanvulling op veel meer dan een half miljoen objecten tussen 1 cm en 10 cm, en miljoenen objecten tussen 1 mm en 10 mm. De belangrijkste bronnen van orbitaal puin satelliet explosies en botsingen. Dit geldt ook voor China’s 2007 anti-satelliet (ASAT) test, evenals de India’s 2019 en Rusland 2021 asat tests, die gebeurde in aanvulling op de Sovjet-Unie en ons 57 (totaal) ASAT testen.

Satellieten in sommige gevallen exploderen, zoals de 2004 en 2015 ons DSMP satelliet explosies. de andere keer satellieten met elkaar in botsing, zoals Iridium-33 met Cosmos-2251, geraakt door puin of micrometeorieten, en ga zo maar door. Al in een lage omloopbaan (LEO) puin neigt reizen met een snelheid hoger dan 7 km / s.

Afhankelijk van de massa van de brokstukken object, het effect ervan invloed van een satelliet of een ander object in het pad, waarschijnlijk het toevoegen van een ~ 7 km / s in de tegengestelde richting, kan de overdracht van gigajoule waarde van kinetische energie, gelijkwaardig ton TNT. zelfs een vlek van verf reizen bij deze snelheden is aangetoond dat aanzienlijke schade te berokkenen, vooral voor kwetsbare structuren zoals zonnepanelen. Zoals gezegd, dit maakt het van essentieel belang dat dergelijke structuren een zekere mate van invloed schade kan accepteren.

Altijd de kleine Ones

De Whipple schild gebruikt op NASA’s Stardust-sonde. (Credit: NASA)
Hoewel zeker de uitvoering veel meer energie, het goede ding over de grotere brokstukken stukken is dat ze relatief eenvoudig op te sporen met behulp van grondapparatuur. Een satelliet of ruimtestation kunnen gebruiken onboard thrusters als het te dicht bij de baan van een van die grote stukken puin.

Dit dan laat meestal de kleinere brokstukken, vooral de kleine vlokken en granen die te klein zijn om te volgen zijn, maar met genoeg massa om aanzienlijke schade te berokkenen. Al tientallen jaren, de go-to bescherming voor ruimtevaart is de Whipple schild. net als de vergelijkbare multi-shock schild, het is een soort afstand van elkaar harnas, dat is een soort van harnas voor het eerst populair met ijzer oorlogsschepen van het midden van de 19e eeuw gemaakt.

In plaats van simpelweg het maken van pantser dikker worden meerdere lagen gebruikt, met lege ruimte of een soort van opvulling tussen hen in. Dit bespaart gewicht, terwijl een inkomend projectiel onschadelijk zijn energie dissiperen. Ditzelfde principe kan worden gezien met b.v. vensters op het ISS, die bestaat uit meerdere lagen. In het geval van het ISS’Cupola, zijn er vier lagen:

Buitenste ruit puin.

Twee 25 mm druk ruiten.

Inner ruit scratch.

De buitenste ruit zal naar verwachting verdwijnen veel van de energie van een staking, met de laag achter het puin wolk, die zou moeten worden reizen op langzaam genoeg snelheden die ze zouden moeten geen aanzienlijke schade doen vangen. Elk venster kan in de omloopbaan worden vervangen na het aanbrengen van een externe dekken, moeten ze lijden zoveel schade dat vervanging gerechtvaardigd is.

Schade waargenomen ISS zonne bereik 3A paneel 58 (celzijde RV Kapton achterzijde rechts). note by-pass diode wordt verbroken als gevolg van MMOD impact. (Credit:. Hyde et al, 2019)
Voor de overige delen van het ISS worden ballistische panelen op enige afstand van de primaire romp, die zijn ontwikkeld om vangst en verdrijven de energie van micrometeorieten en kleine orbitale vuil. Meteoroïde en orbitaal puin schade aan het ISS is onderzocht voor tientallen jaren, met een 2019 artikel van Hyde et al. het beschrijven van recente bevindingen.

Een interessante bevinding is dat van schade aan het ISS’Solar range Wings. In één geval een miCrometeoriet heeft een van de panelen beïnvloed en creëerde een gat van 7 mm diameter. Dit vernietigde een bypass-diode in het paneel en veroorzaakte een huidige opbouw die uiteindelijk resulteerde in een bijna 40 cm lang verbranding langs de randen van drie cellen.

Uiteraard is het beschermen van zonnepanelen in deze omgeving allesbehalve makkelijk, omdat bij definitie beschermende panelen voor hen voegt nogal het hele doel van het hebben van zonnepanelen. Het ISS heeft meer dan 250.000 cellen, met de verwachting dat sommige van hen ongetwijfeld in de loop van de tijd verloren zullen zijn. In juni 2021 installeerden astronauten bij het ISS nieuwe zonnepanelen om de oudste te vervangen.

Terwijl het vervangen van zonnepanelen als dit een haalbare optie is om te gaan met verzamelde schade op een ruimtestation, is het minder bruikbaar voor satellieten, die dus voldoende overtollige elektrische capaciteit hebben om het verlies in de loop van de tijd te behandelen.

Overtreding als de beste verdediging

Omdat het puin in sommige banen al tientallen jaren of langer rondhangt, kunnen we uiteindelijk een punt bereiken waar de actieve verwijdering van dit puin een noodzaak wordt. Dit is waar orbitale mechanica en de verbazingwekkende hoeveelheid ruimte in, nou, de ruimte dingen erg lastig maken. Hoewel het risico van orbitaal puin hoog is, omdat satellieten en puin allebei vrij snel bewegen, is de dichtheid erg laag. Dat is de reden waarom Astronauten op het ISS geen stukjes puin zien zipperen door de hele tijd.

Deze dunheid maakt actieve puin verwijdering van een karwei, en bespreekt waarom recente spraakmakende missies zoals remontage, clearspace-1 en anderen zich richten op groot puin dat reist in eerder bekende banen. Ze vereisen vaak satellieten tot verhuizing binnen een bepaalde afstand van het doelwit en voeren delicate operaties uit. Zoals eerder vastgesteld, komt het grootste risico van het puin dat niet gemakkelijk kan worden gevolgd, die dus de opruimingsmethoden meestal zou lijken te verslaan.

Hier is de beste methode om deze objecten niet actief te jagen, maar om ze passief te vangen met een uitgebreid systeem, zoals hoe een spin een web gebruikt om nietsvermoedende prooi te vangen. Dit is wat Russische startup Startwitchet met hun schuimdebris-catcher in gedachten heeft. Het gebruik van schuim om orbitaal puin vast te leggen, is niet nieuw, met een ESA-rapport van 2011 dat ook het gebruik van schuimdiepte bedekt.

Geen zwerver

Zelfs met mitigatiediensten en met orbitale puin verwijderingsmethoden die worden onderzocht en mogelijk in de komende decennia worden ingezet, is het beste wat we het beste nu kunnen doen om te voorkomen dat u veel meer een puinhoop kunt maken. Tegenwoordig wordt Space Traffic Management voornamelijk behandeld door het kantoor van de Verenigde Naties voor Outer Space Affairs (UNOOSA), met nationaal beleid na internationale overeenkomsten over het vermijden van orbitale puin en andere overwegingen.

De versterking van de focus op herbruikbaarheid van ruimtevaartuig is een gelukkige ontwikkeling. Het grootste doel van het Amerikaanse Space Shuttle-programma – dat het zou dienen als een platform voor het onderhouden van satellieten – nooit betwijfeld betwisting buiten het onderhoud van Hubble. We hopen misschien al snel een einde te zien aan de routine die wordt weggegooid van eenvoudigweg het verlaten van de hele raketstadia die rondzweven, waardoor ten minste één bron van ruimtevervuiling wordt verminderd.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *