211service.com
Foregriber kollisioner mellem rumfartøjer og rumskrot
I september brød et stykke affald af en 19-årig ikke-operativ NASA-satellit 330 miles oppe på himlen. United States Space Surveillance Network (SSN), som er ansvarlig for at overvåge de mere end 22.000 satellitter og andre objekter i kredsløb, opdagede hændelsen, plottede fragmentets kredsløbssti ud og fastslog, at det var på vej mod den internationale rumstation (ISS) ). Hvis det rammer laboratoriet for 100 milliarder dollars, kan skrammel forårsage katastrofale skader. Efter at have modtaget advarslen besluttede NASA at manøvrere rumfartøjet ud af affaldets vej, en opgave, som den nu udfører omkring to gange om året. Truslen om sådan en kollision er mere end fordoblet på blot de seneste to år, siger Nicholas L. Johnson , NASA's chefforsker for orbitalaffald.
Rodende plads: Dette computergenererede billede viser den enorme mængde menneskeskabt skrammel i kredsløb.
Mere end en halv million menneskeskabte genstande på størrelse med en marmor eller større kredser nu om Jorden - og 15.000 af dem er større end en knytnæve. Dette orbitale affald, eller rumskrot, inkluderer inaktive satellitter, brugte raketkroppe, materialer fra solide raketmotorer, kollisionsfragmenter og missionsaffald. De fleste operationelle rumfartøjer bruger beskyttende afskærmning for at afbøde påvirkningen af genstande mindre end en centimeter i diameter. Men da de større racer rundt om Jorden med hastigheder på fem miles i sekundet, kunne enhver af dem ødelægge enhver satellit, den kolliderede med. Situationen bringer 160 milliarder dollars satellitserviceindustrien i fare, som spiller en afgørende rolle for internationale telefonopkald, tv-udsendelser, klima- og vejrdata og militær overvågning.
Væksthastighed i antallet af jord-kredsende affaldsobjekter større end 10 centimeter.
Kredit: NASA
For at forstå, hvordan sådanne trusler vil udvikle sig, og for at forudse rumskrots veje, så kollisioner kan undgås, udviklede NASA en af verdens mest sofistikerede forudsigelsesmodeller. Hedder Legende (for affald fra lavt jord til geosynkront miljø), simulerer den tredimensionelle model ruterne for alle sporbare rumobjekter og endda faktorer i nyt affald fra fremtidige nedbrud. For at tage hensyn til usikkerhed og tilfældighed, genereres hundredvis af scenarier ved hjælp af Monte Carlo-metoden, et sæt algoritmer, der kan beregne risikofaktorer i et komplekst miljø. Med Legend bruger NASA-forskere gennemsnittet af flere simuleringer til at estimere antallet, størrelsen og typen af objekter, der vil kollidere - og cirka hvor ofte. I modsætning til modeller brugt af U.S. Strategic Command Joint Space Operations Center , som registrerer og sporer store objekter og skærmer aktive satellitter dagligt for mulige kollisioner inden for 72 timer, Legend inkluderer mindre fragmenter og ser langt ud i fremtiden.
NASA-modellen, der har været på plads siden 2004, er konstant fodret med data indsamlet fra resultaterne af jordforsøg og rumfartøjer, der er gået i stykker i kredsløb; fra teleskoper og radarer, der ser himlen; og fra analyse af kratermærkede rumfartøjsoverflader, der er vendt tilbage til Jorden. Det betyder, at nye simuleringer skal køres løbende. Legenden gør det muligt for videnskabsmænd at beregne konsekvenserne af et bestemt brud eller kollision og hjælper dem med at advare ledere på rumstationen om, at et stykke affald kan være på dens vej. Modellen råder også til, at satellitter, der snart skal opsendes, undgås, og vil guide videnskabsmænd, når de forsøger at udvikle og opsende teknologi til fjernelse af affald for første gang.
Rumforudsigelser: Dette diagram viser det samlede antal kollisioner mellem objekter på 10 centimeter og større. Hældningen på kurven, der begynder i 2009, er baseret på Legend-modellens forudsigelse af cirka 0,14 affaldsproducerende kollisioner om året mellem katalogiserede objekter. Faktiske kollisioner fandt sted i 1991, 2005 og 2009. (Tre scenarier er modelleret: BAU = business as usual; PMD = bortskaffelse efter mission; NFL = ingen fremtidige lanceringer)
I sit foredrag på den første Orbital Debris Removal Conference sidste år sagde J.C. Liou, NASAs ledende videnskabsmand for Legend, at modellen forudsagde 178 kollisioner i de næste 200 år, 83 af dem katastrofale i lav kredsløb om Jorden. Kollisioner forventes i gennemsnit cirka én gang hvert femte år. Det seneste styrt skete i februar 2009, da en fungerende Iridium-telekommunikationssatellit smadrede ind i en pensioneret russisk Cosmos-satellit med mere end 15.000 miles i timen. Kollisionen var den første til at ødelægge en aktiv satellit, og den genererede mere end 2.000 nye stykker sporbart affald. Begivenheden førte til en ændring i en politik, der havde været på plads siden oprettelsen af NASA for mere end 50 år siden. Under big sky-teorien blev rumskrot ikke set som en stor trussel, fordi rummet er så stort. Big Sky-teorien er ikke længere et levedygtigt koncept for rumoperationer, siger Chris Moss, direktøren for Joint Space Operations Center på Californiens Vandenberg Air Force Base. Satellitter bliver nu koncentreret i specifikke baner, påpeger Moss. Det er ikke længere trivielt, at to genstande kan støde sammen. Vi tager problemet alvorligt og bruger vores ressourcer på måder at løse det på.
Det er en skræmmende opgave, især da de mindre stykker rumskrot ikke nemt kan spores fra jorden. Vi går nu ind i en tid, hvor det orbitale affaldsmiljø i stigende grad vil blive styret af tilfældige kollisioner, siger Donald Kessler , en konsulent, der trak sig tilbage fra NASA for 14 år siden. I 1978 forudsagde Kessler, som en ung NASA-astrofysiker, at i 2000 ville fragmenter fra tilfældige kollisioner i lav kredsløb om Jorden blive en væsentlig kilde til små snavs, der ville øge sandsynligheden for endnu flere kollisioner. Hans skelsættende papir Kollisionsfrekvens af kunstige satellitter: skabelsen af et affaldsbælte førte til oprettelsen af NASA's Orbital Debris Program Office , hvor han tilbragte 17 år som ledende videnskabsmand for forskning i orbitalt affald. I løbet af den tid blev det scenarie, han forudsagde, kendt som Kessler Syndrome .
Kessler for nylig udgivet et nyt papir verificerede, at hans forudsigelser fra 1978 var nogenlunde korrekte, og han sammenlignede dem med rummiljøet i dag. Hans konklusion: vi står over for et alvorligt problem. Hvis vi opretholder den nuværende befolkning af kredsende rumfartøjer uden at tilføje noget andet, ville blot resultatet af tilfældige kollisioner være at producere affald hurtigere, end atmosfærisk modstand kunne rense ud i lav kredsløb om Jorden, siger han. Hans anbefaling: det er på tide at begynde aktivt at fjerne de største affaldsgenstande fra himlen. Legend-modellen viser, at selv hvis vi formåede at undgå kollisioner med alle de operationelle rumfartøjer med succes, siger han, ville det ikke gøre meget forskel i resultatet, fordi der er så meget affald, der ikke kan manøvrere.
Budskabet fra modellen når endelig igennem. I sin nationale rumpolitik fra 2010 pålagde præsident Obama NASA og forsvarsministeriet at rydde op i rummet og leverede et charter til at udføre forskning i, hvordan man gør det. Udbedring er næste skridt, siger Johnson. Indledende finansiering af indsatsen for rumrensning forventes i 2011.