atârnând în jurul orbitei de pe pământ este ca și cum merge în mijlocul unei gunoaie sălbatice Westfight – gloanțele zboară peste tot, și chiar dacă nimeni nu se îndreaptă în mod intenționat, s-ar putea să ai Numele tău pe el. Numeroasele din aceste gloanțe sunt sateliții sintetici care sunt controlați și monitorizați în mod activ, dar găsim, de asemenea, sateliți morți, rămășițe de sateliți, etapele de rachete aruncate, uneltele pierdute în timpul sălilor spațiale și chiar și picături de vopsea și rugină, o mulțime de zipping în jurul valorii de peste jumătate pe secundă fără nici o orientare.
În timp ce eliminăm acest resturi spațiale ar fi ideal, realitatea este că orice navă spațială și orice spațiu de spatiu care trebuie să-și petreacă timpul în orbită trebuie să fie capabili să susțină cel puțin unele hituri prin resturile spațiale care le influențează.
Mecanica orbitală
Că este ușor să creați noi resturi ar trebui să nu vină ca nici o surpriză pentru nimeni. Ceea ce poate dura un pic mai multă imaginație este cât timp poate dura pentru ca aceste resturi să se îndrepte spre atmosfera Pământului, unde va arde fără probleme. Totul în orbită se încadrează spre Pământ, dar viteza ta tangențială îl ține de lovirea – ca o marmură care se rotește în jurul gaurei într-o pâlnie. Trageți din atmosfera planetei este fricțiunea care încetinește în cele din urmă obiectul în jos și unde orbitează în atmosfera planetei identifică cât de mult va dura această coborâre.
Rata de dezintegrare orbitală infografică. (Credit: ULA)
Așa cum a citat de biroul programului de resturi orbitale NASA la Ares în FAQ, există peste 23.000 de obiecte de resturi mai mari de 10 cm în orbită, în plus față de mai mult de o jumătate de milion de obiecte între 1 cm și 10 cm și milioane de obiecte între 1 mm și 10 mm. Principalele surse de resturi orbitale sunt explozii și coliziuni prin satelit. Aceasta include testul Anti-satelit al Chinei (ASAT), precum și testele ASAT din 2019 din Rusia din India și Rusia, care au avut loc în plus față de testele URSS & US 57 (total) ASAT.
Sateliții în unele cazuri explodează, cum ar fi explozii de satelit din 2004 și 2015 US DSMP. Alți timpi sateliți se ciocnesc unul cu celălalt, cum ar fi Iridium-33 cu Cosmos-2251, sunt loviți de resturi sau micrometeoriți și așa mai departe. Ca și în resturile orbitei scăzute (Leo) tind să călătorească la viteze în sus de 7 km / s.
În funcție de masa obiectului de resturi, efectul impactului asupra unui obiect prin satelit sau alt obiect în calea sa, probabil adăugând un alt ~ 7 km / s în direcția opusă, ar putea fi transferul de energie cinetică de gigajoules, echivalentă cu tone de tnt. Chiar și un frack de vopsea care călătorește la aceste viteze sa dovedit a provoca daune semnificative, în special la structuri delicate, cum ar fi panourile solare. După cum sa menționat, acest lucru face esențial ca astfel de structuri să poată accepta un anumit nivel de deteriorare a impactului.
Întotdeauna cei mici
Shield-ul Whipple folosit pe sonda Stardust a NASA. (Credit: NASA)
Deși cu siguranță purtând mult mai multă energie, lucrurile bune despre piesele de resturi mai mari este că acestea sunt relativ ușor de urmărit folosind echipamente bazate pe sol. O stație satelit sau spațială poate folosi propulsoarele la bord dacă se apropie prea mult de orbita uneia dintre acele bucăți mari de resturi.
Acest lucru lasă în cea mai mare parte resturile mai mici, în special fulgiile mici și boabele care sunt prea mici pentru a urmări, dar cu o masă suficientă pentru a provoca daune semnificative. De zeci de ani, protecția pentru nave spațiale este scutul de whipple. La fel ca scutul multi-șoc similar, este un tip de armură distanțată, care este un tip de armură făcută mai întâi popular cu nave de război de la mijlocul secolului al XIX-lea.
În loc de a face pur și simplu armura mai groasă, se folosesc mai multe straturi, cu spațiu gol sau un fel de umplutură între ele. Acest lucru economisește în greutate, permițând în același timp un proiectil de intrare să-și disipeze inofensiv energia. Același principiu poate fi văzut cu de ex. Ferestrele de pe ISS, care constă din mai multe straturi. În cazul Cupola ISS, există patru straturi:
Pane de resturi exterioare.
Două geamuri de presiune de 25 mm.
Panoul de zgârieturi interioare.
Se așteaptă ca panoul exterior să disipuie multe din energia unei greve, cu stratul din spatele lui prinzând cloud-ul de resturi, care ar trebui să călătorească la viteze suficiente de încetinire încât nu ar trebui să facă rău semnificativ. Fiecare fereastră poate fi înlocuită în orbită după montarea unui capac extern, ar trebui să sufere atât de multe deteriorări încât înlocuirea este justificată.
Deteriorările observate la intervalul solar ISS 3A, panoul 58 (partea celulară din partea stângă, la dreapta kapton pe dreapta). Notă Diodul de by-pass este deconectat din cauza impactului MMOD. (Credit: Hyde et al., 2019)
Pentru secțiunile rămase ale ISS, panourile balistice sunt plasate la o distanță de corpul primar, care sunt dezvoltați pentru a capta și a disipa energia de la micrometeoriți și resturile mici orbitale. Deteriorarea resturilor meteoroide și orbitale asupra ISS a fost studiată acum de zeci de ani, cu o lucrare din 2019 de Hyde et al. descriind constatările recente.
O constatare interesantă este aceea de deteriorare a aripilor intervalului solar al ISS. Într-un singur cazCromeoritul a afectat unul dintre panouri și a creat o gaură cu diametrul de 7 mm. Acest lucru a distrus o diodă de by-pass în panou și a provocat o acumulare curentă care a dus în cele din urmă la o ardere de aproape 40 cm lungime de-a lungul marginilor a trei celule.
Evident, protejarea panourilor solare în acest mediu este altceva decât ușor, deoarece prin definirea adăugând panouri de protecție în fața lor, mai degrabă înfrângerea întregului scop de a avea panouri solare. ISS are peste 250.000 de celule, cu așteptările că unii dintre ei vor fi, fără îndoială, pierduți în timp. În iunie 2021, astronauții de la ISS au instalat noi panouri solare pentru a înlocui cele mai vechi.
În timp ce înlocuind panourile solare, este o opțiune viabilă pentru a face față daunelor acumulate pe o stație spațială, este mai puțin utilă pentru sateliți, care ar trebui să aibă astfel o capacitate electrică suficientă pentru a face față pierderii în timp.
Infracțiunea ca cea mai bună apărare
Deoarece resturile din unele orbite vor rămâne în jur de zeci de ani sau mai mult, putem ajunge în cele din urmă la un punct în care îndepărtarea activă a acestui rest devine o necesitate. Acesta este locul în care mecanica orbitală și cantitatea uimitoare de spațiu, bine, spațiu fac lucrurile foarte complicate. Chiar dacă riscul de resturi orbitale este ridicat, deoarece sateliții și resturile se mișcă destul de repede, densitatea este foarte scăzută. De aceea astronauții de pe ISS nu văd biți de zipping de resturi de tot timpul.
Această redusă face ca resturile active să elimine o corvoadă și discută de ce misiunile recente de înaltă calitate, cum ar fi eliminareadebris, Clearspace-1, și alții se concentrează pe resturile mari care călătoresc în orbitele cunoscute anterior. Ei necesită adesea sateliți să se relocheze la o anumită distanță față de țintă și să efectueze operații delicate. După cum sa stabilit anterior, cel mai mare risc provine din resturile care nu pot fi urmărite cu ușurință, ceea ce ar părea astfel să învingă în cea mai mare parte aceste metode de curățare.
Aici, eventual, cea mai bună metodă nu este de a vâna în mod activ aceste obiecte în jos, ci să le prindă pasiv folosind un sistem expansiv, la fel ca un păianjen folosește o rețea pentru a prinde pradă nesuspectată. Aceasta este ceea ce pornirea rusă a început cu capcanul de resturi de spumă are în minte. Utilizarea spumei pentru capturarea resturilor orbitale nu este nouă, cu un raport ESA din 2011, care acoperă, de asemenea, utilizarea spumei în profunzime.
Fără gunoi
Chiar și cu serviciile de atenuare și cu metode de îndepărtare a resturilor orbitale fiind investigate și, eventual, fiind implementate în deceniile următoare, cel mai bun lucru pe care îl putem face cel mai bine acum este să evităm mult mai mult de mizerie. Aceste zile, managementul traficului spațial este gestionat în principal de Oficiul Națiunilor Unite pentru Afaceri Spațiu Extext (UNOOSA), cu politici naționale urmând acordurile internaționale privind evitarea resturilor orbitale și a altor considerente.
Îmbunătățirea accentului pe re-consumabilitatea navei spațiale este o dezvoltare norocoasă. Cel mai mare obiectiv al programului de navetă spațială din SUA – că va servi ca o platformă pentru servirea sateliților – niciodată nu se preocupă dincolo de servirea Hubble. Cu toate acestea, s-ar putea să sperăm să vedem în curând ca un sfârșit al rutinei care aruncând pur și simplu lăsând etapele de rachete întregi plutitoare în jurul valorii de, scăzând cel puțin o sursă de poluare spațială.