Interessante feiten over ruimteschroot. Hoe de baan van ruimteschroot te verwijderen

Ruimtepuin

Verdeling van puin in de ruimte nabij de aarde

Onder ruimtepuin verwijst naar alle kunstmatige objecten en hun fragmenten in de ruimte die al defect zijn, niet functioneren en nooit meer een nuttig doel zullen kunnen dienen, maar een gevaarlijke factor zijn die functionerende ruimtevaartuigen beïnvloedt, vooral bemande ruimtevaartuigen. In sommige gevallen kunnen ruimteschrootobjecten die groot zijn of gevaarlijke (nucleaire, giftige, enz.) materialen aan boord bevatten een direct gevaar voor de aarde vormen - in het geval van hun ongecontroleerde deorbit, onvolledige verbranding bij het passeren door dichte lagen van de aarde. De atmosfeer van de aarde en het puin dat naar bevolkte gebieden, industriële faciliteiten, transportcommunicatie, enz. valt.

Het probleem van de vervuiling van de nabije aardse ruimte met ‘ruimteschroot’ ontstond als puur theoretisch probleem in wezen onmiddellijk na de lancering van de eerste kunstmatige aardse satellieten eind jaren vijftig. Het kreeg een officiële status op internationaal niveau na het rapport van de secretaris-generaal van de VN getiteld “The Impact of Space Activity on omgeving“10 december, waar vooral werd opgemerkt dat het probleem van internationale, mondiale aard is: er is geen vervuiling van de nationale ruimte nabij de aarde, er is vervuiling van de buitenste ruimte van de aarde, die alle landen even negatief beïnvloedt.

De noodzaak van maatregelen om de intensiteit van door de mens veroorzaakt ruimteschroot te verminderen wordt duidelijk bij het overwegen van mogelijke scenario's voor ruimteverkenning in de toekomst. Er zijn schattingen van het zogenaamde ‘cascade-effect’, dat op de middellange termijn kan ontstaan ​​door onderlinge botsingen van objecten en deeltjes van ‘ruimteschroot’. Bij extrapolatie Bestaande voorwaarden verstopping van lage banen om de aarde (LEO), zelfs als we rekening houden met maatregelen om het toekomstige aantal orbitale explosies (42% van al het ruimteschroot) en andere maatregelen om door de mens gemaakt puin te verminderen in aanmerking te nemen, zou dit effect op de lange termijn kunnen leiden tot een catastrofale toename van het aantal orbitale puinobjecten in LEO en, als gevolg daarvan, tot de praktische onmogelijkheid van verdere verkenning van de ruimte. Er wordt aangenomen dat “na 2055 het proces van zelfreproductie van de overblijfselen van menselijke ruimteactiviteit een ernstig probleem zal worden”

Kenmerken van ruimtepuin

Bijdrage aan het ontstaan ​​van ruimteschroot per land: China - 40%; VS - 27,5%; Rusland - 25,5%; andere landen - 7%.

Methoden voor het beschermen van ruimtevaartuigen tegen botsingen met ruimtevaartuigen

Er zijn vrijwel geen effectieve maatregelen om te beschermen tegen ruimtepuinobjecten met een diameter groter dan 1 cm.

Methoden voor het reinigen en vernietigen van puin

Effectieve praktische maatregelen voor de vernietiging van ruimteschroot in banen van meer dan 600 km (waar het reinigende effect van remmen op de atmosfeer geen invloed heeft) bestaan ​​niet op het huidige niveau van technologische ontwikkeling van de mensheid. Hoewel een aantal andere werd overwogen, bijvoorbeeld een project van een satelliet die naar puin zou zoeken en dit zou verdampen met een krachtige laserstraal, of een op de grond gebaseerde laser die het puin zou moeten vertragen zodat het de atmosfeer binnendringt en vervolgens verbrandt. , of een apparaat dat afval verzamelt voor verdere verwerking. Tegelijkertijd wordt de relevantie van de taak van het waarborgen van de veiligheid benadrukt ruimtevluchten onder omstandigheden van technogene vervuiling van de nabije aardse ruimte (EOS) en een afname van het gevaar voor objecten op aarde als gevolg van het ongecontroleerd binnendringen van ruimtevoorwerpen in de dichte lagen van de atmosfeer en hun val naar de aarde, groeit het snel. Om een ​​oplossing voor dit probleem te garanderen, ontwikkelt zich daarom internationale samenwerking op het gebied van het “ruimteschroot” op de volgende prioriteitsgebieden:

• Omgevingsmonitoring van de NEO, inclusief het geostationaire baangebied (GEO): monitoring van “ruimteschroot” en het bijhouden van een catalogus van “ruimteschroot”-objecten.
• Wiskundige modellering van “ruimteschroot” en de creatie van internationale informatie Systemen om de vervuiling van het ruimtevaartuig en het gevaar ervan voor ruimtevluchten te voorspellen, evenals informatieondersteuning voor gebeurtenissen van gevaarlijke nadering van ruimtevaartuigen en hun ongecontroleerde binnendringen in de dichte lagen van de atmosfeer.
• Ontwikkeling van methoden en middelen om ruimtevaartuigen te beschermen tegen de effecten van snelle deeltjes van “ruimteschroot”.
• Ontwikkeling en implementatie van maatregelen gericht op het verminderen van de vervuiling van het afvalgebied.

Omdat er nog geen economisch aanvaardbare methoden bestaan ​​voor het opruimen van puin in de ruimte, zal de voornaamste aandacht in de nabije toekomst uitgaan naar controlemaatregelen die de vorming van puin uitsluiten, zoals het voorkomen van orbitale explosies die gepaard gaan met de vlucht van technologische elementen, de verwijdering van gebruikte ruimtevaartuigen in opbergbanen, en vertraging in de atmosfeer, enzovoort.

Tegelijkertijd moeten veelbelovende algemene voorschriften en normen voor de besmetting van ruimtevoorwerpen worden vastgesteld, aangezien de meeste maatregelen om de vervuiling direct of indirect te verminderen de kwesties van het vormgeven van het uiterlijk en het concurrentievermogen van veelbelovende ruimtetechnologie beïnvloeden en gepaard gaan met aanzienlijke kosten voor de moderniseringsprojecten ervan. zorgvuldig en op mondiale basis aangenomen.

Nationale organisaties

Momenteel hebben slechts twee landen – Rusland en de Verenigde Staten – de mogelijkheid om alles in de buurt van de aarde te monitoren. ruimte in termen van door de mens veroorzaakte besmetting, vertrouwend op hun nationale ruimtecontrolesystemen.

Rusland (USSR)

In juli 1996 kwam een ​​Franse satelliet op een hoogte van ongeveer 660 km in botsing met een fragment van de derde trap van de Franse Ariaanse raket.

Historische betekenis van orbitaal puin

Wetenschapshistorici wijzen erop dat sommige objecten in een baan om de aarde, die als rommel worden gezien, van belang zullen zijn voor toekomstige ruimtearcheologen en daarom bewaard moeten blijven.

zie ook

• Planetes (animeserie over ruimtepuinverzamelaars)

Opmerkingen

Vervuiling

Op 26 maart 2012 moest de bemanning van het Internationale Ruimtestation niet op de gebruikelijke plaats op het station naar bed, maar voor de nacht naar het Sojoez-landingsvaartuig gaan. De astronauten moesten zich verstoppen omdat er ruimteschroot in de buurt van het station zou vliegen - een stuk van een oude ingestorte satelliet. Gelukkig raakte het ISS niet beschadigd en keerden de astronauten veilig terug naar hun werk, hoewel ze de nacht doorbrachten in ruimtepakken, klaar om elk moment naar de aarde terug te keren. Als het iets anders was gelopen, had een slapeloze nacht in ruimtepakken een betere manier geleken voor de astronauten om hun tijd door te brengen. Ruimtepuin zou veel meer problemen kunnen veroorzaken voor mensen op aarde en in de ruimte, waardoor een deel van het ISS zou worden vernietigd. Wij wensen de kosmonauten succes in hun moeilijke maar interessant werk, en laten we het hebben over wat ruimtepuin is.

Ruimteschroot bestaat uit niet-werkende satellieten, hun fragmenten en delen van gebruikte ruimteraketten. Op een volledig volwassen manier gesproken: dit zijn door de mens gemaakte objecten die zich in de ruimte bevinden, maar niet werken en geen enkel voordeel opleveren.

Ruimtepuin. Illustratie door de kunstenaar van de website van de Izhevsk astroclub.

Hoe ontstaat ruimtepuin? Wat voor soort ruimteschroot is er?

Elke kunstmatige satelliet heeft zijn eigen “levensduur”. Terwijl het ruimtevaartuig wat werk verricht, wordt het ‘levend’ genoemd. Een satelliet kan bijvoorbeeld wolken en temperatuurveranderingen op aarde monitoren (weersatellieten), radiosignalen van het ene punt op aarde naar het andere verzenden (communicatiesatelliet) of buitenlandse troepen bespioneren (spionagesatelliet). Maar de tijd verstrijkt en de satelliet begint geleidelijk aan stroom te verliezen: de batterij raakt leeg of de zonnepanelen gaan achteruit. Dan beginnen de instrumenten op de satelliet langzaam uit te schakelen. Eerst degenen die veel energie nodig hebben, daarna anderen die minder elektriciteit nodig hebben. Uiteindelijk stopt het ruimtevaartuig met het verzenden van informatie naar de aarde. Dit betekent dat de satelliet zijn hulpbronnen heeft uitgeput en dat het niet langer mogelijk zal zijn deze te gebruiken. Tegelijkertijd blijft het ruimtevaartuig in zijn baan rond de aarde vliegen, maar levert het geen enkel voordeel op, daarom wordt het ruimteschroot genoemd.

Dode Amerikaanse satelliet verbrandde in de atmosfeer

Een ander type ruimteschroot zijn de bovenste trappen van ruimteraketten en de bovenste trappen die ruimtevaartuigen in een baan om de aarde brengen. Wanneer bemande schepen of satellieten de ruimte in worden gelanceerd, vliegen ze niet alleen de ruimte in, maar met behulp van speciale raketten. Het ruimtevaartuig bevindt zich in een speciale bovenste trap. Wanneer de bovenste trap de plaats bereikt waar de satelliet moet worden achtergelaten, gaat er een luik open en met behulp van een veer wordt de satelliet de ruimte in geduwd en gaat hij "vrij zweven". Het komt vaak voor dat de bovenste trappen daarna slechts een klein beetje uit de baan van de satelliet bewegen, in de ruimte blijven en ook ruimtepuin worden. Deze video op 1:09 laat zien dat de bovenste trap wordt gescheiden van het ruimtevaartuig.

De grootste bijdrage aan de hoeveelheid puin in een lage baan om de aarde komt niet van gebruikte satellieten of raketten, maar van kleine (minder dan een centimeter) stukjes huid van ruimtevaartuigen, de overblijfselen van geëxplodeerde bovenste trappen – kortom, allerlei kleine stukjes dingen. Volgens recente schattingen kan het aantal van zulke “zandkorrels” oplopen tot honderdduizenden. Vorig jaar kwam, als gevolg van een onderschatting van de risico's, een Amerikaanse communicatiesatelliet die in een baan om de aarde werd gebracht in botsing met een oude, niet langer operationele Russische militaire satelliet. De botsing vond plaats met een zeer hoge snelheid, waardoor beide satellieten in kleine stukjes uiteenspatten, waardoor er klein ruimteschroot ontstond. Het was voor het puin van deze satellieten dat de astronauten zich moesten verbergen. Er is een infographic over de hoeveelheid en locatie van ruimteschroot.

Waarom is ruimteschroot gevaarlijk?

Ruimtepuin is dat helaas niet kamer stof, dat rustig in de hoeken van een slordige kamer ligt. In tegenstelling tot rustend aards puin razen oude satellieten en hun stukken met enorme snelheden - tientallen kilometers per seconde - dichtbij de aarde. Als je zo snel zou kunnen bewegen, zou je 's ochtends langer kunnen slapen, omdat de reis van huis naar school (of naar je werk) nooit een seconde zou duren. Maar wat voor ons een prettige droom is, is voor een astronaut een gevaarlijke realiteit. Als een klein stukje puin tegen een bruikbare satelliet of ruimtestation botst, zal het deze vernietigen of aanzienlijke schade aanrichten. De “zandkorrels” kunnen nog worden aangepakt. Voor dit doel zijn er speciale schermen op het oppervlak van het ISS waarop kosmisch stof neerstort. De botsingen zijn zo sterk dat door de impact eenvoudigweg een klein stukje puin samen met een deel van het beschermscherm verdampt. Niets kan je echter redden van puin van enkele centimeters groot, dus de astronauten moeten een ruimtepak aantrekken en zich voorbereiden op de evacuatie naar de aarde. Soms kunnen astronauten, in plaats van zich voor te bereiden op een evacuatie, de baan van het ISS enigszins veranderen en ‘weggeven’ voor gevaarlijk puin.

Foto van het Russische ruimtestation MIR. Op het zonnepaneel uiterst rechts zijn zwarte vlekken zichtbaar: de gevolgen van een botsing met ruimteschroot.

Ruimteschroot of ruimtemuseum?

Sommige wetenschappers geloven dat ruimtepuin een uniek museum voor ruimtetechnologie is. Stel je eens voor hoe interessant het zou zijn om door zo’n museum te lopen! Daar kun je tenslotte bijna alle apparaten vinden die in de ruimte zijn gelanceerd gedurende de hele tijd die is verstreken vanaf de lancering van de eerste Sovjet-satelliet tot op de dag van vandaag. Weersatellieten die ooit hielpen bij het voorspellen van het weer, repeaters met grote schotelantennes die voor altijd stil zijn gevallen, spionagesatellieten die in een eeuwige slaap zijn gevallen, die nog steeds nauwgezet het aardoppervlak in de gaten houden met hun lenzen... Dit zijn niet zomaar stukjes metaal, maar het moeizame werk van honderden getalenteerde mensen, briljante ontwerpers, ingenieurs, ontwerpers. Dit is de belichaming van de uitvindingen en ontdekkingen van natuur- en scheikundigen, de inspanningen van materiaalwetenschappers en de berekeningen van wiskundigen. Dit is een verhaal van ups en downs (soms letterlijk), mislukkingen en baanbrekende ideeën, een verhaal van grote verwachtingen en dromen die uitkomen. Misschien zou dit een museum zijn waar de hele mensheid, en in de eerste plaats Rusland, trots op zou kunnen zijn.

Konstantin Kudinov

Lieve vrienden! Als je dit verhaal leuk vond en op de hoogte wilt blijven van nieuwe publicaties over ruimtevaart en astronomie voor kinderen, abonneer je dan op nieuws uit onze gemeenschappen

Er is iets meer dan een halve eeuw verstreken sinds de mens in 1957 de ruimte in werd gelanceerd, en nu is een ongelooflijk, exotisch probleem niet langer een probleem, maar een tamelijk reële bedreiging geworden. De eerste ruimtevluchten werden gekenmerkt door algemene euforie. De vraag is nooit bij iemand opgekomen: waar gaan de gebruikte satellieten naartoe, wat gebeurt er met de lanceervoertuigen, wat te doen met het stof van de verbrande brandstof? De USSR en de VS haastten zich om de ruimte nabij de aarde te verkennen, waarbij ze steeds meer raketten, satellieten en stations in een baan om de aarde brachten. En de gevolgen van dit kortzichtige beleid lieten niet lang op zich wachten: in 1978 viel puin van de Sovjet-satelliet Cosmos 594 op Canada. Dan Sovjet Unie betaalde een enorme hoeveelheid geld aan het getroffen land voor het elimineren van de gevolgen van stralingsbesmetting. Maar er was nog geen jaar verstreken voordat het wrak van het Amerikaanse station, dat zijn ambtstermijn had uitgezeten, zich over Australië verspreidde.

In beide gevallen leidde het ruimteschroot dat op de aarde viel niet tot menselijke slachtoffers, maar de incidenten brachten wetenschappers tot nadenken. En niet alleen in de ruimte nabij de aarde kunstmatige satellieten en (ongeveer 700 in aantal), maar ook stations die al vervallen zijn, hun fragmenten en andere door de mens gemaakte objecten. En als het afval op onze planeet ergens kan worden gelokaliseerd en afgevoerd, dan kan dit niet worden gedaan met behulp van de objecten van de krachtige ruimtevaartactiviteit van de mensheid. Deze emissies zouden kunnen worden vergeten als ze niet zouden bewegen. En ze vliegen met een enorme snelheid - 9 kilometer per seconde. Een botsing op zo'n apparaat met een klein stukje ijzer van slechts enkele centimeters groot kan de behuizing rammen en tot een ramp leiden.

Volgens wetenschappers is het ruimteschroot de afgelopen halve eeuw tot onvoorstelbare proporties gegroeid. 11.000 objecten groter dan 10 cm en 600.000 puin van één tot tien centimeter groot roteren in verschillende banen rond de aarde. Bij het ontwikkelen van nieuwe soorten ruimtevaartuigen denken ingenieurs er nu ook aan om ze te beschermen tegen mogelijke botsingen met ongewenste vliegende objecten. De beweging van vooral grote stukken wordt gevolgd door speciale radars, die astronauten waarschuwen voor een dreigende dreiging. Het ISS moet 3 tot 4 keer per jaar van zijn route afwijken om botsingen met puin te voorkomen.

Ruimtevluchten zijn dus onveilig geworden, ook omdat ruimteverkenners onverwacht en fataal grote hoeveelheden puin kunnen tegenkomen dat rondzweeft sterrenhemel. En als je door de huid van het schip de romp intact kunt houden (en dan nog tegen klein afval), dan geldt dat niet voor zonnepanelen, die niets te bedekken en te beschermen hebben. Het ergste is dat soms twee verschillende objecten met elkaar botsen en breken. Een groot object verdwijnt van de radar en duizenden kleinere, maar niet minder gevaarlijke fragmenten verschijnen in de plaats.

Maar hoe verwijder je ruimteschroot? Voorlopig niets slimmer dan vooral naar de beweging kijken groot afval en het ontwikkelen van nieuwe satellieten waarbij rekening wordt gehouden met de beweging van de wrakstukken van oude schepen is niet uitgevonden. Er is een utopisch project voorgesteld door het Zwitserse Instituut voor Technologie van Lausanne, volgens hetwelk het nodig is om de “Clean Space One”-satelliet in een baan om de aarde te sturen, die één stuk puin zal vinden, het zal vangen en zich naar de aarde zal haasten, waar ze allebei zullen opbranden in dichte Maar het lijkt erop dat 8 miljoen euro te veel is hoge prijs voor het reinigen van één fragment.

Tot nu toe hebben wetenschappers zich geconcentreerd op het probleem hoe kan worden voorkomen dat ruimtepuin in de toekomst in volume toeneemt. Tegenwoordig worden satellieten die het einde van hun levensduur hebben bereikt naar een lagere baan overgebracht, zodat ze in de zwaartekracht van de aarde terechtkomen en in de atmosfeer opbranden, of omgekeerd worden ze naar een hoger traject gebracht, waar ze niet het risico lopen in botsing te komen met satellieten die het einde van hun levensduur hebben bereikt. actieve voertuigen. De resterende nucleaire brandstof uit rakettrappen wordt afgevoerd om explosies door botsingen te voorkomen.

Het Falcon 9-lanceervoertuig had een paar dagen geleden de Dragon-ruimtewagen aan boord, met aan boord een experimentele ruimteafvalverzamelaar, het RemoveDebris-voertuig. Het zal het mogelijk maken de technologie voor het opruimen van gebruikte ruimtevaartuigen en hun fragmenten in de praktijk te testen met behulp van een harpoen en een net. Hoe vervuild is de ruimte nabij de aarde? Zal er voldoende ruimte zijn voor nieuwe satellieten? We besloten dit probleem te onderzoeken met de hulp van een onderzoeker van het Instituut voor Toegepaste Wiskunde, genoemd naar M.V. Keldysh Michail Zakhvatkin.

Machines zoals RemoveDebris zullen hun werk voor hen doen. Volgens het studieprogramma voor ruimtepuin van NASA nadert het aantal puinobjecten groter dan 10 centimeter de 20.000, en hun totale massa nadert 8.000 ton, waarvan de meeste puin van ruimtevaartuigen zijn.

Volgens berekeningen van de European Space Agency bereikt het aantal objecten groter dan één centimeter 750 duizend, en kleinere fragmenten kunnen duizenden keren groter zijn. Door de werking van motoren worden een groot aantal kleine fragmenten van micron gegenereerd, waaronder veel kleine verfdeeltjes, en dit door de mens veroorzaakte stof veroorzaakt vandaag de dag al echte schade, waardoor gaten en microkraters in de behuizingen achterblijven en op op zonne-energie ruimtevaartuig.

Waar komt afval vandaan?

Microkrater door de inslag van een stuk ruimtepuin op het vensterglas van de shuttle Endeavour (missie STS-126)

Tegelijkertijd worden de reserves aan puin in een baan voortdurend aangevuld - elk jaar verschijnen er ongeveer honderd nieuwe ruimtevaartuigen in de buurt van de aarde, en dit zijn niet alleen satellieten, maar ook derde trappen van raketten en bovenste trappen.

Een toename van het aantal ruimteschrootobjecten groter dan 10 centimeter. De lijnen vertegenwoordigen (van boven naar beneden): 1. Het totale aantal objecten in een baan; 2. Klein puin als gevolg van de vernietiging van satellieten; 3. Ruimtevaartuig; 4. Fragmenten die door normaal gebruik van ruimtevaartuigen zijn gescheiden; 5. Bovenste trappen van raketten.

Vroeg of laat zou de intensieve bezetting van de baan onvermijdelijk tot ‘utiliteitsproblemen’ leiden, en in 1978 kwamen NASA-medewerkers Donald Kessler en Burton Cours-Palais tot de conclusie dat in de nabije toekomst botsingen tussen defecte satellieten zouden beginnen te voorkomen. komen zo vaak voor dat de hoeveelheid puin exponentieel zal groeien (zelfs als ruimtelanceringen op dit punt helemaal stoppen) en uiteindelijk zal zich een ring van ruimtevaartuigpuin rond de aarde vormen, vergelijkbaar met de ring van Saturnus. Ze voorspelden dat de eerste botsing met ruimtevaartuigen vóór het jaar 2000 zou plaatsvinden. In werkelijkheid vond de botsing van de Kosmos-2251- en Iridium 33-satellieten plaats op 19 februari 2009, en hun ‘ontmoeting’ genereerde onmiddellijk 1.150 stukken puin die zo groot waren dat ze konden worden opgemerkt door de radars van het ruimtecontrolesysteem.

Hoewel het Kessler-syndroom oncontroleerbaar is kettingreactie de vernietiging van voertuigen in een baan om de aarde en de transformatie van de ruimte nabij de aarde in een verboden zone - we kunnen alleen waarnemen in films als "Gravity" of "Wally-E"; ruimteschroot wordt nu al merkbaar hinderlijk. Het volstaat te bedenken dat het Internationale Ruimtestation (ISS) regelmatig zijn baan moet aanpassen om botsingen te voorkomen, en nog vaker moeten kosmonauten alles laten vallen en in het Sojoez-ruimtevaartuig klimmen om te wachten op het moment dat het station gevaarlijk een punt nadert. fragment van ruimteschroot. Onderdelen die vanuit het ISS naar de aarde worden geleverd, lijden vaak aan microschade: sporen van inslagen van klein puin.

Impactspoor van een microscopisch fragment ruimtepuin

Er vindt nog steeds enige zelfreiniging van de ruimte nabij de aarde plaats, legt hij uit N+1 Onderzoeker bij het Instituut voor Toegepaste Wiskunde vernoemd naar M.V. Keldysh Michail Zakhvatkin. Volgens hem binnen een cyclus van elf jaar zonne-activiteit Ongeveer 250 tot 300 afvalvoorwerpen per jaar moeten worden uitgesloten van catalogi: ze komen eenvoudigweg in de atmosfeer terecht en verbranden. Maar de snelheid van deze reiniging varieert sterk, afhankelijk van de fase van de zonneactiviteitscyclus (tijdens perioden van de actieve zon ‘zwelt’ de atmosfeer van de aarde en begint objecten sterker te vertragen) en van de hoogte van de baan.

“Hoewel de invloed van de atmosfeer voelbaar is op hoogten tot 1.500 kilometer, is de atmosferische rem alleen echt effectief in een lage baan om de aarde, dat wil zeggen in banen tot 500-600 kilometer hoogte. In deze zone kunnen satellieten zonder constante verhoging van de baan met behulp van motoren maximaal een paar decennia overleven, waarna ze de atmosfeer binnendringen en opbranden. Maar al op een hoogte van 700-1000 kilometer kunnen ruimtevaartuigen 50-100 jaar blijven, dat wil zeggen op de schaal van het menselijk leven - bijna voor altijd. Bovendien zijn deze banen het populairst; er zijn daar veel zonsynchrone satellieten, omdat ze niet veel brandstof nodig hebben om deze baan te behouden. Veel apparaten worden naar deze hoogten gelanceerd omdat ze daar lang kunnen overleven”, zegt de wetenschapper.

Verdeling van het aantal satellieten afhankelijk van de orbitale hoogte

Het niveau van 700 tot 1000 kilometer is het populairst en het snelst bevolkt, maar zelfs op deze hoogten is de implementatie van het door Kessler beschreven catastrofale scenario een kwestie van de verre toekomst.

“Er zijn 13.000 satellieten in lage banen; in het meest negatieve scenario zal hun aantal over 200 jaar toenemen tot 100.000, wat betekent dat de kans op botsingen met ongeveer 100 keer zal toenemen. Tegenwoordig is de kans op een catastrofale botsing ongeveer eens in de vijf jaar; naarmate de kans op botsingen toeneemt, krijgen we een waarde van ongeveer 20 incidenten per jaar per populatie van 100.000 voertuigen. Dit is niet zo'n groot risico dat het lanceren van satellieten in deze zone commercieel zinloos is”, legt Zakhvatkin uit.

De wetenschapper is echter van mening dat het probleem niet mag worden verergerd door de oplossing ervan over te laten aan toekomstige generaties, dus moeten er nu maatregelen worden uitgewerkt om de vervuiling van de ruimte nabij de aarde te bestrijden.

Maak schoon waar geen afval is

Om te beginnen zou het leuk zijn om ervoor te zorgen dat er geen ruimteschroot meer is, en hiervoor is het noodzakelijk dat ruimtevaartuigen niet ontploffen. De belangrijkste bron van kleine fragmenten in een baan om de aarde zijn tegenwoordig niet de botsingen van satellieten met elkaar (tot nu toe kennen we slechts één zo'n gebeurtenis - de botsing van Iridium met Cosmos, die hierboven werd besproken), maar de zogenaamde "fragmentatiegebeurtenissen". de vernietiging van satellieten door verschillende interne redenen.

Volgens schattingen van de NASA waren er vanaf augustus 2007 194 gevallen van explosieve vernietiging van satellieten, bovenste trappen van raketten en bovenste trappen, en nog eens 51 afwijkende gebeurtenissen - de scheiding van eventuele fragmenten ( zonnepanelen, stukken thermische isolatie, structurele onderdelen) van het resterende intacte apparaat. Tegelijkertijd zijn explosies van voertuigen in een baan om de aarde de bron van ongeveer 47 procent van de totale hoeveelheid ruimteschroot.

Ruimtevaartuigen exploderen voornamelijk als gevolg van oververhitting van de resterende brandstof in de tanks - om deze reden vindt explosieve vernietiging plaats in meer dan 45 procent van de gevallen. Eén zo'n incident, waarover uitgebreid bericht werd in de pers, vond plaats op 19 oktober 2012, toen de bovenste trap van de Briz-M in een baan om de aarde explodeerde, waardoor een wolk van meer dan honderd stukken puin ontstond. Onlangs, anderhalve maand geleden, verscheen de extra brandstoftank van de Fregat-boventrap, die werd gebruikt om de Angosat-1-satelliet te lanceren, waarna nog eens 25 fragmenten in de catalogus van ruimtevoorwerpen verschenen.

“Dit probleem is vrij eenvoudig op te lossen: je moet zorgen voor de passivering van gebruikte voertuigen, dat wil zeggen, kleppen in de tanks bouwen die brandstofdampen vrijgeven, of de motoren laten draaien totdat deze volledig zijn uitgeput, bij voorkeur terwijl de baan van de brandstof wordt verlaagd. de voertuigen”, zegt Michail Zakhvatkin.

Hij merkt echter op dat als de huidige frequentie van lanceringen van nieuwe ruimtevaartuigen in lage banen wordt gehandhaafd en er belangrijke maatregelen worden genomen om gebruikte satellieten te verwijderen en te passiveren, het totale aantal objecten groter dan 10 centimeter nog steeds met 30 procent zal toenemen in de loop van de tijd. komende 200 jaar. “Tegelijkertijd zal de belangrijkste rol in de groei van dit aantal worden gespeeld door botsingen van satellieten in dat zeer overbevolkte gebied met een hoogte van 700 tot 1000 kilometer, waarvan de grootste eens in de 5 tot 9 jaar zal plaatsvinden”, legt hij uit. de wetenschapper.

Hoe je jezelf kunt opruimen

Regels om een ​​toename van de puinbelasting in een baan om de aarde te voorkomen zijn al lang ontwikkeld - er zijn VN-aanbevelingen en de bijbehorende norm is goedgekeurd door ISO. Tot nu toe bestaat er echter geen juridisch bindend internationaal verdrag op dit gebied, en elk land laat zich leiden door zijn eigen regels, waarbij het soms ten koste gaat van de gemeenschappelijke belangen. Zo schoot China in 2007 zijn eigen weersatelliet met een raket neer, terwijl waardoor er meer dan tweeduizend nieuwe fragmenten van ruimteschroot in een baan om de aarde verschenen.

De algemene aanbevelingen zijn over het algemeen vrij eenvoudig: verplaats het gebruikte voertuig naar een plaats waar het de nieuwe satellieten niet zal hinderen, en stuur het indien mogelijk in lage banen zodat het in de atmosfeer opbrandt. Tot nu toe is deze regel over het algemeen alleen van toepassing op apparaten die zich in een geostationaire baan op een hoogte van 36 duizend kilometer bevinden. Ruimte op een geostationair station is een schaarse hulpbron, dus geostationaire satellieten die hun doel hebben gediend, worden in een ‘verwijderingsbaan’ 100 tot 200 kilometer hoger geplaatst, legt Zakhvatkin uit. In andere banen wordt deze regel echter niet altijd gevolgd.

Diverse opties apparaten om satellieten uit een baan om de aarde te verwijderen door te remmen (van boven naar beneden, van links naar rechts): 1. Gebruik van een opblaasbare gascilinder - vanwege luchtweerstand; 2. Gebruik een folie die is uitgerekt telescopische staven, - door luchtweerstand; 3. Band met contragewicht - vanwege zwaartekrachtgradiënt; 4. Geleidende kabel - vanwege magnetische velden.

WERELDWIJDE LUCHTVAART CORPORATIE

Aan de ene kant is het commercieel niet haalbaar om een ​​voorraad brandstof aan boord van een satelliet te hebben die alleen bedoeld is om het apparaat aan het einde van zijn levensduur uit de baan te halen. Aan de andere kant hebben veel satellieten, vooral micro-apparaten van de CubeSat-standaard, helemaal geen eigen motoren. Ingenieurs bieden veel opties voor extra apparaten die de stilstand van het voertuig kunnen versnellen. Dit zijn bijvoorbeeld opblaasbare cilinders, die het oppervlak van het apparaat vergroten en daarmee de luchtweerstand, waardoor het apparaat wordt vertraagd door de invloed van elektromagnetische velden. Maar tot nu toe is geen van deze apparaten standaard geworden.

Gespecialiseerde voertuigen voor het opruimen van ruimtepuin kunnen, ondanks de hoge kosten van dergelijke projecten, nuttig zijn bij het voorkomen van gevallen van fragmentatie van grote voertuigen. “Een grote satelliet bestaat in potentie uit duizenden kleine fragmenten die kunnen ontstaan ​​door een botsing met een andere satelliet of door spontane vernietiging. Een gespecialiseerde "schoonmaker" kan deze grote objecten, die de potentie hebben om te fragmenteren, verwijderen, zodat ze niet voor onbepaalde tijd in deze banen blijven. Als we per jaar ongeveer vier tot vijf objecten uit hoge banen verwijderen, kan dit de potentiële toename van het aantal kleine fragmenten op de lange termijn compenseren”, zegt Zakhvatkin.

Er zijn veel zorgen over de plannen van Elon Musk voor ongeveer 12.000 satellieten van het Starlink-systeem, die wereldwijde toegang tot internet zouden moeten bieden. Mikhail Zakhvatkin is echter van mening dat dit project de situatie met ruimteschroot niet ernstig zal verslechteren.

“Voor de Starlink- en Oneweb-systeemconstellaties is het de bedoeling om banen te gebruiken met een hoogte van meer dan 1,1 duizend kilometer. Nu is de concentratie van potentieel gevaarlijke fragmenten in dit gebied een orde van grootte lager dan de waarden op een hoogte van 800-900 kilometer. Dus zoiets als dit toevoegen groot nummer apparaten zullen de situatie in deze banen niet kritiek maken”, zegt de wetenschapper.

Sergej Kuznetsov

Gedurende meer dan een halve eeuw van vluchten naar een lage baan om de aarde hebben zich bijna 170 miljoen stukjes ruimteschroot verzameld - hier zijn metaalfragmenten, defecte satellieten en zelfs instrumenten die verloren zijn gegaan door astronauten. Deskundigen krabben zich op het hoofd: hoe vliegtuigen te beschermen

tekst: Til Hein

Er is veel dat niet rond de aarde vliegt. In de baan die het dichtst bij de planeet ligt, op een hoogte van maximaal tweeduizend kilometer, roteert bijna 2.800 ton van allerlei soorten afval: er zijn gebruikte fragmenten van lanceervoertuigen, en defecte satellieten, en fragmenten van ruimtevaartuigen die een ramp hebben geleden, en schroevendraaiers en zelfs vuilniszakken van het Russische orbitale station "Mir", met daarin onder meer bevroren uitwerpselen... En hoewel het station instortte Stille Oceaan al in maart 2001 vliegen sommige van dergelijke pakketten nog steeds in de ruimte.

Maar liefst 23 duizend objecten met een diameter van tien centimeter zijn door radars in een lage baan om de aarde gedetecteerd. Ze snellen door het vacuüm van de ruimte met snelheden tot 28.000 kilometer per uur. Bovendien cirkelen volgens deskundigen meer dan 170 miljoen objecten, variërend in grootte van één millimeter tot één centimeter, in verschillende banen rond onze planeet. Meer fijne deeltjes Puin van de aarde is moeilijk te detecteren.

Aan dit alles moet dringend iets gedaan worden. “Het is tijd om deze rommel uit de ruimte op te ruimen”, zegt Heiner Klinkrad, hoofd van het Space Debris Office bij de European Space Agency (ESA) en een van ‘s werelds meest vooraanstaande experts op dit gebied.

Zijn bezorgdheid is begrijpelijk: zelfs de kleinste puindeeltjes die in botsing komen met het Internationale Ruimtestation (ISS) of een van de duizenden weer-, telecommunicatie-, navigatie-, militaire en andere satellieten kunnen deze ernstig beschadigen of zelfs uitschakelen. Niet voor niets zijn kunstmatige aardsatellieten verzekerd voor ongeveer 20 miljard dollar.

“Als bijvoorbeeld een aluminium bal met een diameter van slechts één centimeter tegen een ruimtevaartuig botst, zullen de gevolgen dezelfde zijn als wanneer een auto middenklasse, die zich voortbeweegt met een snelheid van 50 kilometer per uur”, legt Heiner Klinkrad uit. En een voorwerp van tien centimeter zal de satelliet eenvoudigweg aan stukken blazen.

Puin uit de ruimte kan zelfs op onze planeet vallen. In september 2011 raasde de ter ziele gegane Amerikaanse weersatelliet UARS, ter grootte van een bus, richting de aarde en maakte veel mensen bang totdat het wrak in de Stille Oceaan neerstortte.

Maar het grootste gevaar voor de ruimtevaart is de botsing van grote stukken ruimteschroot: nadat ze op elkaar zijn neergestort, ‘verkreukelen’ ze in vele kleine fragmenten, die op hun beurt kunnen botsen met andere deeltjes, waardoor nieuw puin ontstaat – de bedreiging voor de bemande ruimtevaart. en onbemande ruimtevaartuigen nemen toe als een lawine. Dit fenomeen wordt het "Kessler-effect" genoemd - ter ere van de Amerikaanse NASA-adviseur Donald Kessler, die de eerste was die een dergelijk hypothetisch scenario beschreef voor de ontwikkeling van gebeurtenissen in de nabije aardse ruimte.

Om te voorkomen dat dit sombere complot werkelijkheid wordt, stelt ESA voor om de ‘sanitaire situatie’ in de ruimte radicaal te verbeteren. Ten eerste zouden alle grote satellieten in de toekomst voldoende brandstof moeten hebben om óf in een zogenaamde ‘dode baan’ óf in de atmosfeer van de aarde te worden gestuurd, waar ze zullen verbranden. Ten tweede wordt verwacht dat elk jaar vijf tot tien grote objecten uit de ruimte zullen worden verwijderd – hoe sneller hoe beter. Maar hoe?

Volker Gass van het Swiss Space Center van de École Polytechnique Fédérale de Lausanne heeft het antwoord: we hebben schoonmaakrobots nodig. Nu ontwikkelen hij en een groep collega's het CleanSpaceOne-apparaat, dat de eerste afvalverzamelaar in de ruimte zal zijn. De SwissCube, de resterende twee minisatellieten die door Zwitserland in de ruimte zijn gelanceerd, zullen binnenkort het einde van zijn levensduur bereiken. (De andere, Tlsat, stopte met werken in 2011.) Vanaf een van hen zal het aftellen beginnen van apparaten die met behulp van de 'cleaner' uit de baan zijn verwijderd. “Iedereen zou op zijn minst voor de deur moeten vegen”, zegt Gass. Dit idee ontstond onder Zwitserse specialisten na de val van de UARS-satelliet. “Een collega en ik waren aan het lunchen in de cafetaria,” herinnert Gass zich, “en hij stelde voor om ruimteschroot te verzamelen met behulp van robots.” Vervolgens schetste iemand op een servet een diagram van een apparaat met een ionenmotor, dat door de ruimte zou moeten bewegen, puin zou moeten vangen met zijn manipulatoren en het naar de aarde zou moeten dragen.

De statige en energieke Volker Gass beheerst al verschillende rollen: hij treedt op als wetenschapper-uitvinder, als manager en als motivator. Maar wat deze man, die eerder mechanische componenten voor satellieten ontwierp, het beste doet, is interesse wekken voor zijn prototypeproject, dat zo'n tien miljoen euro kost. Zijn team bestaat niet alleen uit natuurkundigen, ingenieurs en robotica-specialisten; de adviseur van Gass is Claude Nicollier, een voormalige ESA-astronaut die nu vertelt over de gevaren die gepaard gaan met ruimteschroot.

Het ‘uiterlijk’ van de schoonmaakrobot is onopvallend: een langwerpig aluminium lichaam ter grootte van twee of drie schoenendozen, uitgerust met een ultracompacte motor, een videocamera en een grijpapparaat.

Gass ontwerpt de ‘arm’ voor de robot in samenwerking met Aude Billard, een robotonderzoeker. Op dit moment traint Billard een van zijn wezens in het laboratorium. Ze gooit een blikje Coca-Cola naar een plastic ‘hand’ die op een bewegend platform is gemonteerd – en de machine vangt het vol vertrouwen op. Billard lacht: “Een robot moet niet alleen voorwerpen kunnen pakken en vangen, het belangrijkste is dat hij leert reageren op onverwachte situaties.”

Stukjes ruimtepuin gedragen zich heel anders dan een blikje Coca-Cola in een laboratorium, maar roteren in de regel vrij snel om hun as. “Als je ze met een gewone robothand probeert vast te pakken, glippen ze gewoon uit je vingers”, legt Gass uit. Daarom ontwikkelt zijn groep zich Alternatieve manier grip - vergelijkbaar met wat zeeanemonen gebruiken tijdens de jacht.

Natuurkundige Herbert Shi, die vanuit Canada naar Zwitserland kwam, heeft al verschillende rubberen prototypes van de ‘hand’ gebouwd. Zijn plan is dit: vier elastische tentakels zullen het voorwerp grijpen en verstrikken. En elektroden ingebouwd in rubberen manipulatoren zullen het mogelijk maken om de tentakels vanaf de aarde te besturen met behulp van radiosignalen.

Shi ontwikkelt ook een motor voor een ruimtereiniger. Kleine satellieten, waaronder SwissCube, hebben geen eigen motoren. Ze worden door raketten in een baan om de aarde gebracht en bewegen zich vervolgens dankzij de wederzijdse compensatie van de middelpuntvliedende kracht en de zwaartekracht van de aarde. Maar de schoonmaker heeft een motor nodig, anders kan hij geen afval opvangen.

Shi zet in op ionentechnologie, die al sinds de jaren negentig in ruimtesondes wordt gebruikt. In zo'n motor wordt gas, bestaande uit ionen (moleculen met een elektrische lading), versneld elektrisch veld en wordt door het mondstuk uitgeworpen met een snelheid van maximaal 144 duizend kilometer per uur. Shi voert experimenten uit met vloeibare ionen in een poging bestaande motoren te verbeteren. Gas vereist een zware tank, maar ionische vloeistof niet, en door dit te doen hoopt Shi de hoeveelheid brandstof te verminderen die nodig is om zijn ruimtewisser te bedienen.

Er wordt verwacht dat de ionen zullen worden uitgestoten via honderden naaldvormige spuitmondjes aan de achterkant van de CleanSpaceOne: kleine gaatjes met een diameter die vijf keer kleiner is dan die van een mensenhaar. Dankzij deze motor zal de robotreiniger sneller en wendbaarder zijn dan welk stuk afval dan ook.

Ook andere landen zoeken naar manieren om puin uit de ruimte te verwijderen. Voorheen waren veel civiele experts bezorgd dat het leger dergelijke technologieën zou kunnen gebruiken, bijvoorbeeld om vijandige spionagesatellieten uit te schakelen. Nu zijn dergelijke angsten bijna verdwenen.

Op internationale wetenschappelijke symposia worden de meest originele en exotische projecten besproken: natuurkundigen uit Spanje stellen bijvoorbeeld voor om ruimteschroot te verwijderen met behulp van een ionenkanon gemonteerd op een reinigende satelliet. Japanse ingenieurs zijn bezig met het uitvinden van gigantische netten om afval op te vangen.

“Met een kabel van enkele kilometers lang is het mogelijk om in een paar weken of maanden satellieten op een hoogte van 1.400 kilometer uit een baan om de aarde te halen”, zegt ESA-expert Heiner Klinkrad. A Duitse fabrikant satellieten "Astrium" en het Duitse Luchtvaart- en Ruimtevaartcentrum werken aan de creatie gecombineerd systeem afvalverwerking en reparatie. Er wordt aangenomen dat defecte satellieten door een manipulator zullen worden gevangen en vervolgens zullen worden gerepareerd of vernietigd door middel van een ‘gecontroleerde val in de atmosfeer’. De partners zijn van plan dit project, waarvan de totale kosten worden geraamd op 180 miljoen euro, in 2018 te lanceren.

In hetzelfde jaar zal de Zwitserse ruimteconciërge de eerste satelliet uit een baan om de aarde moeten halen die het einde van zijn levensduur heeft bereikt. Met behulp van dure computeranimatie laat Gass zien hoe de schoonmaakrobot naar de minisatelliet vliegt, zijn tentakels eromheen wikkelt en met zijn prooi richting de aarde gaat. Binnen een week werd deze video meer dan honderdduizend keer bekeken op YouTube.

Uiteraard rekening houdend met de omvang van de “vuilnisbelt”, geregeld door mensen in een lage baan om de aarde doet het nogal denken aan een poging om de riolen van een miljoenenstad op te ruimen met behulp van de meest gewone tandenborstel.

Bovendien zullen de Zwitsers, om één kilogram ruimteschroot te elimineren – dat is hoeveel de SwissCube-satelliet weegt – een robot van maar liefst dertig kilogram de ruimte in moeten lanceren. Bovendien zal het een zelfmoordrobot zijn: nadat hij het gebruikte apparaat uit de baan heeft gehaald, zal het samen met hem branden in de dichte lagen van de atmosfeer.

En voor elk nieuw stukje ruimteschroot zal er een nieuwe robot gemaakt moeten worden.

Is dit niet te duur? Nee, zegt ESA-expert Heiner Klinkrad. Volgens hem overtreffen de kosten van het vervangen van actieve ruimtetechnologie ruimschoots de kosten van het elimineren ervan.

“We zijn allemaal tot op zekere hoogte pioniers op dit gebied”, zegt Volker Gass. Hij denkt al aan de volgende generatie robots die ruimtepuin in containers kunnen verzamelen en deze de atmosfeer in kunnen sturen.

Tegenwoordig is één ding duidelijk: als we de baan rond de aarde willen behouden voor economisch en wetenschappelijk gebruik, moeten we iets doen, en hoe eerder hoe beter.

Anders zal de dichte ‘vuilnisgordel’ rond de aarde een acuut probleem worden en een ernstig obstakel voor iedereen die van de Blauwe Planeet naar de ruimte wil opstijgen. Alle deskundigen op het gebied van aardschroot zijn het daar zonder uitzondering over eens.