hängande i omloppsbana runt jorden är som att gå in i mitten av en vilda västern eldstrid – kulor flyger runt överallt, och även om ingen är avsiktligt syftar till dig, kan man ha ditt namn på det. många av dessa punkter är syntetiska satelliter som aktivt kontrolleras och övervakas, men vi hittar också döda satelliter, rester av satelliter, kasserade raketsteg, verktyg förlorade under rymdpromenader och även fläckar av färg och rost, mycket av det zippa runt på flera kilometer per sekund utan någon vägledning.
När du tar bort den här rymdskrot direkt skulle vara perfekt, är verkligheten den att varje rymdfarkoster och alla rymd som har att spendera tid i omloppsbana måste vara i stånd att upprätthålla åtminstone några träffar med rymdskrot påverkar det.
atmosfärisk friktion
Att det är lätt att skapa ny skräp bör komma som någon överraskning för någon. Vad kan ta lite mer fantasi är bara hur lång tid det kan ta för detta skräp att göra sin väg mot jordens atmosfär, där det händelselöst kommer att brinna upp. allt i omloppsbana faller mot jorden, men dess tangentiella hastighet håller den från att träffa – som en marmor spinning runt hål i en tratt. Dra från planetens atmosfär är friktionen som så småningom saktar objektet ner, och där det banor i planetens atmosfär identifierar hur länge denna nedstigning tar.
Orbital avklingningshastigheten infographic. (Credit: ULA)
Som citeras av NASA: s Orbital Debris Program kontor på ARES i deras FAQ, det finns över 23.000 skräp föremål större än 10 cm i omloppsbana, förutom att mycket mer än en halv miljon föremål mellan 1 cm och 10 cm, och miljontals föremål mellan 1 mm och 10 mm. De viktigaste källorna till orbital skräp är satellit explosioner och kollisioner. Detta inkluderar Kinas 2007 anti-satellit (ASAT) testet, liksom Indiens 2019 och Rysslands 2021 ASAT tester, som hände förutom Sovjetunionen och USA 57 (totalt) ASAT tester.
Satelliter i vissa fall explodera, såsom 2004 och 2015 oss DSMP satellit explosioner. andra gånger satelliter kolliderar med varandra, som Iridium-33 med Cosmos-2251, träffas av skräp eller mikrometeoriter, och så vidare. Som i låg bana runt jorden (LEO) skräp tenderar att resa i hastigheter uppemot 7 km / s.
Beroende på massan av skräp objektet, effekten av det påverkar med en satellit eller annat föremål i sin väg, sannolikt lägga till en annan ~ 7 km / s in i den motsatta riktningen, skulle kunna vara en överföring av gigajoule värde av kinetisk energi, motsvarande ton TNT. även en fleck av färg färdas i dessa hastigheter har visat sig orsaka betydande skador, särskilt känsliga strukturer såsom solpaneler. Som nämnts, gör det viktigt att sådana strukturer kan acceptera en viss grad av slagskador.
Alltid de små
Den Whipple sköld som används på NASA: s Stardust sond. (Credit: NASA)
Även säkert bära mycket mer energi, är det bra om de större skräp bitar som de är relativt lätta att spåra använda markbaserade utrustning. En satellit eller rymdstation kan använda ombord raketmotorer om det blir för nära omloppsbana en av de stora bitar av skräp.
Detta då det mesta lämnar mindre skräp, särskilt de små flingor och korn som är för små för att spåra, men med tillräckligt massa för att orsaka betydande skada. Under årtionden är go-to skydd för rymdfarkoster Whipple sköld. ungefär som den liknande fler chock sköld, är det en typ av skiktat pansar, som är en typ av pansar först gjorde populärt med järnkrigsfartyg i mitten av 19-talet.
I stället för att helt enkelt göra rustning tjockare, är flera lager används, med tomt utrymme eller någon form av stoppning i mellan dem. Detta sparar vikt, medan den tillåter en inkommande projektil att ofarligt avleda sin energi. Denna samma princip kan ses med t ex fönstren på ISS, som består av flera lager. I fallet med ISS Cupola finns fyra lager:
Yttre skräp rutan.
Två 25 mm tryckrutor.
Inner scratch rutan.
Den yttre rutan väntas skingra många av energin i en strejk, med lagret bakom fånga skräp molnet, som borde vara färdas i tillräckligt låga hastigheter att de borde göra någon betydande skada. Varje fönster kan ersättas i omloppsbana efter montering en yttre hölje, borde de lider så mycket skada som ersättning är motiverad.
Skador observeras till ISS sol intervall 3A, panel 58 (cellsidan på vänster, Kapton baksidan på höger). not by-pass diod kopplas bort på grund av MMOD effekt. (Credit:. Hyde et al, 2019)
För de återstående delarna av ISS, är ballistiska paneler placeras en bit från den primära skrov, som är utvecklade för att fånga och skingra energin från mikrometeoriter och små orbital skräp. Meteoroid och orbital skräp skador på ISS har studerats under årtionden nu, med en 2019 papper från Hyde et al. beskriver nya rön.
Ett intressant fynd är att skador på ISS’Solar range Wings. I ett fall en miCrometeorite påverkade en av panelerna och skapade ett hål med 7 mm diameter. Detta förstörde en förbikopplingsdiod i panelen och orsakade en aktuell uppbyggnad som slutligen resulterade i en nästan 40 cm långbränning längs kanterna av tre celler.
Självklart är skydd av solpaneler i den här miljön allt annat än lätt, som per definition lägger skyddspaneler framför dem ganska besegrar hela syftet med att ha solpaneler. ISS har över 250 000 celler, med förväntan att vissa av dem utan tvekan kommer att gå förlorade över tiden. I juni 2021 installerade astronauterna på ISS nya solpaneler för att ersätta den äldsta.
Samtidigt som man ersätter solpaneler som detta är ett lönsamt alternativ för att hantera ackumulerade skador på en rymdstation, är det mindre användbart för satelliter, vilket borde ha tillräcklig överskott av elektrisk kapacitet för att hantera förlusten över tiden.
Brott som bäst försvar
Eftersom skräpet i vissa banor kommer att hänga i årtionden eller längre, kan vi så småningom nå en punkt där aktivt borttagning av denna skräp blir en nödvändighet. Det är här orbitalmekanik och den fantastiska mängden utrymme i, väl, gör saker väldigt knepiga. Även om risken för orbital skräp är hög, eftersom satelliter och skräp både rör sig ganska snabbt, är densiteten mycket låg. Därför ser astronauterna på ISS inte bitar av skräp som zipprar hela tiden.
Denna sparshet gör Active Debris-borttagning av en chore och diskuterar varför de senaste högprofilerade uppdrag som SustaSebri, ClearSpace-1, och andra fokuserar på stora skräp som reser i tidigare kända banor. De kräver ofta satelliter till omlokalisering inom ett visst avstånd från målet och utföra känsliga operationer. Som tidigare etablerat kommer den största risken från skräp som inte lätt kan spåras, vilket således skulle tyckas att de flesta skulle besegra dessa rengöringsmetoder.
Här är kanske den bästa metoden att inte aktivt jaga dessa föremål, men att passivt fånga dem med ett expansivt system, mycket som hur en spindel använder en webb för att fånga intet ont anande byte. Det här är det ryska startstödet med sin skumavfallshavare har i åtanke. Användningen av skum för att fånga orbital skräp är inte nytt, med en ESA-rapport från 2011 som också täcker användningen av skum i djupet.
Ingen nedskräpning
Även med begränsande tjänster på plats, och med Orbital Debris-borttagningsmetoder som undersöks och eventuellt deployerade under de kommande årtiondena, är det bästa vi kan göra bäst nu att undvika att göra mycket mer av en röra. Dessa dagar hanteras rymdtrafikledning huvudsakligen av FN: s kontor för yttre rymdfrågor (Unoosa), med nationell politik enligt internationella avtal om att undvika orbital skräp och andra överväganden.
Det ökande fokuset på RE-användbarhet av rymdfarkoster är en lycklig utveckling. Det stora målet för det amerikanska rymdbussprogrammet – att det skulle fungera som en plattform för service satelliter – aldrig berörde att fruffa bortom service hubble. Vi kan dock hoppas snart att se ett slut på rutinen som helt enkelt lämnar hela raketstegen som flyter runt, minskade minst en källa till rymdförorening.