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

ruimteafval

Verdeling van puin in de ruimte nabij de aarde

Onder ruimtepuin verwijst naar alle kunstmatige objecten en hun fragmenten in de ruimte die al buiten werking zijn, niet functioneren en nooit meer een nuttig doel zullen kunnen dienen, maar die een gevaarlijke factor zijn die het functioneren van ruimtevaartuigen beïnvloedt, vooral bemande ruimtevaartuigen. In sommige gevallen kunnen grote ruimteschrootobjecten of met gevaarlijke (nucleaire, giftige, enz.) materialen aan boord ook een direct gevaar voor de aarde vormen - met hun ongecontroleerde deorbit, onvolledige verbranding wanneer ze door dichte lagen van de atmosfeer van de aarde gaan en puin dat naar nederzettingen, industriële faciliteiten, transportcommunicatie, enz. valt.

Het puur theoretische probleem van het dichtslibben van de ruimte nabij de aarde met 'ruimteschroot' ontstond 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 "De impact van ruimtevaartactiviteiten op omgeving» 10 december, waar specifiek werd opgemerkt dat het probleem van internationale, mondiale aard is: er is geen vervuiling van de nationale ruimte nabij de aarde, er is wel een vervuiling van de buitenste ruimte van de aarde, die alle landen in gelijke mate negatief beïnvloedt.

De noodzaak van maatregelen om de intensiteit van technogene ruimtevervuiling 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 de onderlinge botsing van objecten en deeltjes van ‘ruimteschroot’. Bij extrapolatie Bestaande voorwaarden puin in lage banen om de aarde (LEO), zelfs als we rekening houden met maatregelen om het aantal orbitale explosies in de toekomst te verminderen (42% van al het ruimteschroot) en andere maatregelen om door de mens gemaakt puin te verminderen, kan dit effect leiden tot een catastrofale toename in het aantal orbitale puinobjecten in LEO op de lange termijn en, als gevolg daarvan, in de praktische onmogelijkheid van verdere ruimteverkenning. Er wordt aangenomen dat "na 2055 het proces van zelfverspreiding 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 ter bescherming tegen ruimtepuin groter dan 1 cm in diameter.

Methoden voor het reinigen en vernietigen van CM

Er zijn geen effectieve praktische maatregelen voor de vernietiging van ruimteschroot in banen van meer dan 600 km (waar het reinigende effect van vertraging op de atmosfeer geen invloed heeft) op het huidige niveau van de technische ontwikkeling van de mensheid. Hoewel een aantal anderen bijvoorbeeld een satellietproject hebben overwogen dat naar puin zal zoeken en dit zal verdampen met een krachtige laserstraal of een laser op de grond die het puin moet vertragen om binnen te dringen en het vervolgens in de atmosfeer te verbranden, of een apparaat dat afval verzamelt voor verdere verwerking. Tegelijkertijd wordt de relevantie van de taak van het waarborgen van de veiligheid benadrukt ruimtevluchten in omstandigheden van technogene vervuiling van de nabije aardse ruimte (NES) en de vermindering van het gevaar voor objecten op aarde tijdens de ongecontroleerde binnenkomst van ruimtevoorwerpen in de dichte lagen van de atmosfeer en hun val naar de aarde neemt snel toe. Om een ​​oplossing voor dit probleem te garanderen, ontwikkelt zich daarom internationale samenwerking op het gebied van het "ruimteschroot" op de volgende prioriteitsgebieden:

• Milieumonitoring van de NES, inclusief het gebied van de geostationaire baan (GSO): observatie van "ruimteschroot" en bijhouden van een catalogus van "ruimteschroot" -objecten.
• Wiskundige modellering van "ruimteschroot" en de creatie van internationale informatie Systemen om de NES-besmetting en het gevaar ervan voor ruimtevluchten te voorspellen, evenals informatieondersteuning voor de gebeurtenissen van de gevaarlijke nadering van SO en hun ongecontroleerde binnendringen in de dichte lagen van de atmosfeer.
• Ontwikkeling van methoden en middelen om ruimtevaartuigen te beschermen tegen de impact van snelle deeltjes van "ruimteschroot".
• Ontwikkeling en implementatie van maatregelen gericht op het terugdringen van de besmetting van het OKP.

Omdat er geen economisch haalbare methoden bestaan ​​om ruimteschroot uit de ruimte te verwijderen, zal de nadruk in de nabije toekomst liggen op controlemaatregelen die de vorming van puin uitsluiten, zoals het voorkomen van orbitale explosies die gepaard gaan met de vlucht van technologische elementen, de overdracht van besteedde ruimtevaartuigen naar vernietigingsbanen, braken in de atmosfeer enzovoort.

Tegelijkertijd moeten, aangezien de meeste maatregelen om het afval terug te dringen direct of indirect van invloed zijn op de beeldvorming en het concurrentievermogen van de geavanceerde ruimtetechnologie en gepaard gaan met aanzienlijke kosten voor de moderniseringsprojecten ervan, veelbelovende algemene normen en standaarden voor NES-afval worden genomen. op een evenwichtige manier en op mondiale basis.

Nationale organisaties

Momenteel hebben slechts twee landen - Rusland en de Verenigde Staten de mogelijkheid om alles in de buurt van de aarde te volgen ruimte in termen van door de mens veroorzaakte vervuiling, waarbij ze vertrouwen 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 puin worden beschouwd, 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 naar bed gaan, maar naar de Sojoez-afdalingsvoertuigen verhuizen voor een overnachting. De astronauten moesten zich verstoppen omdat ruimteschroot, een stuk van een oude ingestorte satelliet, dichtbij het station zou vliegen. 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 alles een beetje anders was gelopen, zou een slapeloze nacht in ruimtepakken de astronauten het beste tijdverdrijf hebben geleken. Ruimtepuin zou veel meer problemen kunnen veroorzaken voor mensen op aarde en in de ruimte, waardoor een compartiment van het ISS zou worden vernietigd. We wensen de astronauten succes in hun moeilijke maar interessante werk, en we zullen zelf praten over wat ruimteschroot is.

Ruimteschroot bestaat uit niet-werkende satellieten, hun fragmenten en delen van ruimteraketten die hun hele leven hebben doorgebracht. 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 site van de Izhevsk astroclub.

Hoe ontstaat ruimtepuin? Wat is ruimtepuin?

Elke kunstmatige satelliet heeft zijn eigen "levensduur". Terwijl het ruimtevaartuig wat werk doet, 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 apparaten 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 boosters die ruimtevaartuigen in een baan om de aarde brengen. Wanneer bemande schepen of satellieten de ruimte in worden gelanceerd, vliegen ze niet op eigen kracht 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 de baan van de satelliet verlaten, in de ruimte blijven en ook ruimteschroot worden. Deze video op 1:09 laat zien hoe de bovenste trap zich losmaakt van het ruimtevaartuig.

De grootste bijdrage aan de hoeveelheid puin in een baan nabij de aarde wordt niet geleverd door satellieten of raketten die zijn uitgewerkt, maar door kleine (minder dan een centimeter) stukjes huid van ruimtevaartuigen, de overblijfselen van geëxplodeerde bovenste trappen - in één woord: diverse kleinigheden. Volgens recente schattingen kan het aantal van dergelijke "zandkorrels" honderdduizenden bereiken. Vorig jaar kwam door onderschatting van de risico's een Amerikaanse communicatiesatelliet die in een baan om de aarde werd gebracht in botsing met een oude, niet meer werkende Russische militaire satelliet. De botsing vond plaats met een zeer hoge snelheid, waardoor beide satellieten in kleine stukjes uiteenspatten, waardoor klein ruimteschroot ontstond. Het was voor het wrak van deze satellieten dat de astronauten zich moesten verstoppen. er is een infographic over de hoeveelheid en locatie van ruimteschroot.

Waarom is ruimteschroot gevaarlijk?

Kosmische onzin is dat helaas niet kamer stof, dat rustig in de hoeken van een slordige kamer ligt. In tegenstelling tot rustend aardschroot razen oude satellieten en hun stukken met enorme snelheden rond de aarde - tientallen kilometers per seconde. Als je wist hoe je je zo snel moest voortbewegen, zou je 's ochtends langer kunnen slapen, omdat de weg van huis naar school (of 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. Je kunt nog steeds omgaan met "zandkorrels". Om dit te doen, zijn er op het oppervlak van het ISS speciale schermen waarin kosmisch stof neerstort. De botsingen zijn zo krachtig dat bij een botsing een klein stukje puin eenvoudigweg verdampt, samen met een deel van het beschermscherm. Niets kan echter redden van puin van een paar centimeter 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 de ruimte in zijn gelanceerd gedurende de hele tijd die is verstreken vanaf de lancering van de eerste Sovjet-satelliet tot op de dag van vandaag. Meteorologische satellieten die ooit hielpen het weer te voorspellen, repeaters met grote schotelantennes die voor altijd stil zijn geworden, spionagesatellieten die voor altijd in slaap zijn gevallen, die nog steeds nauwlettend met hun lenzen naar het aardoppervlak kijken ... Dit zijn niet zomaar stukjes metaal, maar de nauwgezet werk van honderden getalenteerde mensen, ingenieuze 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 hoop die uitkwamen. Misschien zou het 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 het nieuws van 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 zullen de gebruikte satellieten naartoe gaan, wat zal er met de lanceervoertuigen gebeuren, wat te doen met het stof van de verbrande brandstof? De USSR en de VS haastten zich om de ruimte nabij de aarde te beheersen en lanceerden steeds meer raketten, satellieten en stations in een baan om de aarde. En de gevolgen van dit kortzichtige beleid lieten niet lang op zich wachten: in 1978 vielen fragmenten van de Sovjet-satelliet Kosmos-594 op Canada. Dan Sovjet Unie betaalde een enorme hoeveelheid geld aan het getroffen land voor het wegnemen van de gevolgen van stralingsbesmetting. Maar minder dan een jaar later brokkelde het wrak van het Amerikaanse station, dat zijn tijd had uitgezeten, boven Australië af.

In beide gevallen leidde het op de aarde gevallen ruimteschroot niet tot menselijke slachtoffers, maar de incidenten zetten wetenschappers wel aan het denken. En niet alleen in de ruimte nabij de aarde kunstmatige satellieten en (ongeveer 700), maar ook stations die hun tijd al hebben uitgewerkt, 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 de objecten van de snelle ruimteactiviteit 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 huid rammen en tot een ramp leiden.

Volgens wetenschappers is het ruimteschroot de afgelopen halve eeuw tot onvoorstelbare afmetingen gegroeid. 11.000 objecten groter dan 10 cm en 600.000 puin van één tot tien centimeter groot draaien in verschillende banen rond de aarde. Nu ze nieuwe modellen van ruimtevaartuigen ontwikkelen, denken ingenieurs er 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. ISS moet 3-4 keer per jaar afwijken van zijn route om botsingen met puin te voorkomen.

Ruimtevluchten zijn dus onveilig geworden, ook omdat de veroveraars van de ruimte onverwacht en fataal te maken kunnen krijgen met omvangrijk puin dat wordt geploegd. sterrenhemel. En als je met de scheepshuid de romp intact kunt houden (en zelfs dan tegen klein vuil), dan geldt dit niet voor zonnepanelen, die niets te bedekken en te beschermen hebben. Het ergste van alles is dat soms twee verschillende objecten met elkaar in botsing komen en breken. Een groot object verdwijnt van de radar en in plaats daarvan verschijnen duizenden kleinere, maar niet minder gevaarlijke fragmenten.

Maar hoe ruim je ruimteafval op? Tot nu toe is niets slimmer dan vooral naar de beweging te kijken groot afval en het ontwikkelen van nieuwe satellieten, rekening houdend met de beweging van de wrakstukken van oude schepen, is nog niet uitgevonden. Er is een utopisch project voorgesteld door het Zwitserse Instituut voor Technologie Lausanne, volgens welke het noodzakelijk is om een ​​Clean Space One-satelliet in een baan om de aarde te sturen, die één stuk afval zal vinden, opvangen en naar de aarde haasten, waar beide ze zullen in dichte branden. Maar het lijkt erop dat ook 8 miljoen euro hoge prijs voor het reinigen van één stuk.

Tot nu toe hebben wetenschappers zich geconcentreerd op het probleem hoe ervoor kan worden gezorgd dat ruimteschroot in de toekomst niet in volume toeneemt. Nu worden satellieten die hun tijd hebben uitgezeten naar een lagere baan overgebracht, zodat ze in de zwaartekracht van de aarde terechtkomen en in de atmosfeer opbranden, of omgekeerd naar een hoger traject worden gebracht, waar ze niet het risico lopen te botsen. met bedieningsapparatuur. De resterende nucleaire brandstof uit rakettrappen wordt afgevoerd om botsingsexplosies te voorkomen.

Een Falcon 9-lanceervoertuig een paar dagen geleden, een Dragon-ruimtewagen met een experimentele ruimtevreter, het RemoveDebris-voertuig. Het zal het mogelijk maken om de technologie van het opruimen van gebruikte ruimtevaartuigen en hun fragmenten met behulp van een harpoen en een net in de praktijk te testen. 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.

Apparaten zoals RemoveDebris hebben genoeg te doen. Volgens het ruimteschrootprogramma van de NASA nadert het aantal brokstukken groter dan 10 centimeter de 20.000, en hun totale massa nadert de 8.000 ton, waarvan het merendeel ruimtevaartuigafval is.

Volgens de berekeningen van de European Space Agency bereikt het aantal objecten groter dan één centimeter 750.000, 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 rompen en de romp achterblijven. op zonnepanelen ruimte voertuigen.

Waar komt afval vandaan

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

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

Een toename van het aantal ruimteschroot 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. Ruimtevoertuigen; 4. Fragmenten die door normaal gebruik van ruimtevaartuigen zijn gescheiden; 5. De bovenste trappen van raketten.

Vroeg of laat zou de intensieve bevolking van de baan onvermijdelijk tot ‘gemeenschappelijke problemen’ leiden, en in 1978 kwamen NASA-medewerkers Donald Kessler en Burton Cour-Palais tot de conclusie dat er in de nabije toekomst zo vaak botsingen tussen defecte satellieten zouden gaan plaatsvinden dat de hoeveelheid puin zal exponentieel 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’ gaf onmiddellijk aanleiding tot 1150 fragmenten 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 tot nu toe alleen waarnemen in films als "Gravity" of "Valley-E", ruimteschroot wordt al een tastbare hindernis. Het volstaat te bedenken dat het Internationale Ruimtestation (ISS) regelmatig zijn baan moet aanpassen om botsingen te voorkomen, en nog vaker moeten astronauten alles laten vallen en in het Sojoez-ruimtevaartuig klimmen om het moment van gevaarlijke nadering van het station af te wachten. met een fragment ruimteschroot. Onderdelen die vanuit het ISS naar de aarde worden afgeleverd, vertonen vaak microschade: sporen van inslagen van klein puin.

Impactspoor van een microscopisch fragment ruimtepuin

Er vindt nog steeds enige zelfzuivering 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 250-300 afvalobjecten per jaar moeten worden uitgesloten van de catalogi - ze komen eenvoudigweg in de atmosfeer 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 1500 kilometer, werkt de atmosferische rem eigenlijk alleen effectief in een lage baan om de aarde, dat wil zeggen in banen tot 500-600 kilometer hoog. In deze zone kunnen satellieten zonder constante baanverhoging met behulp van motoren maximaal een paar decennia meegaan, waarna ze de atmosfeer binnendringen en uitbranden. 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 veel zonsynchrone satellieten, omdat ze niet veel brandstof nodig hebben om deze baan te behouden. Veel voertuigen worden naar deze hoogten gelanceerd, omdat ze daar lang kunnen overleven ”, zegt de wetenschapper.

Verdeling van het aantal satellieten afhankelijk van de hoogte van de baan

De vloer 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.

“In lage banen roteren 13.000 satellieten, in 200 jaar zal, in het meest negatieve scenario, hun aantal toenemen tot 100.000, wat betekent dat de kans op botsingen met ongeveer 100 keer zal toenemen. Tegenwoordig bedraagt ​​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 op een populatie van 100.000 voertuigen. Dit is niet zo'n groot risico om het lanceren van satellieten in deze zone commercieel zinloos te maken”, legt Zakhvatkin uit.

De wetenschapper is echter van mening dat het probleem niet mag worden verergerd en dat de oplossing ervan aan toekomstige generaties moet worden overgelaten. Daarom moeten er nu maatregelen worden uitgewerkt om de vervuiling van de ruimte nabij de aarde te bestrijden.

Maak schoon waar ze geen afval achterlaten

Om te beginnen zou het leuk zijn om ervoor te zorgen dat het ruimtepuin niet toeneemt, en hiervoor is het noodzakelijk dat ruimtevaartuigen niet exploderen. 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 Kosmos, die hierboven werd besproken), maar de zogenaamde "fragmentatiegebeurtenissen". , de vernietiging van apparaten om verschillende interne redenen.

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

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 werd bericht in de pers, vond plaats op 19 oktober 2012, toen een bovenste trap van de Breeze-M in een baan om de aarde explodeerde, waardoor een wolk van meer dan 100 stukken puin ontstond. Meer recentelijk, anderhalve maand geleden, verscheen een extra brandstoftank van de bovenste trap van Fregat, die werd gebruikt om de Angosat-1-satelliet te lanceren, waarna nog eens 25 fragmenten in de catalogus van ruimtevoorwerpen verschenen.

“Het is vrij eenvoudig om dit probleem op te lossen - het is noodzakelijk om de passivering van de gebruikte voertuigen te garanderen, dat wil zeggen om kleppen in de tanks te bouwen die brandstofdampen laten ontsnappen, of om de werking van de motoren te garanderen totdat deze volledig zijn uitgeput , bij voorkeur terwijl de baan van de voertuigen wordt verlaagd”, zegt Mikhail Zakhvatkin.

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

Hoe je jezelf kunt opruimen

De regels om een ​​toename van de puinbelasting in een baan om de aarde te voorkomen zijn al lang ontwikkeld - er zijn VN-aanbevelingen, de overeenkomstige 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 gemeenschappelijke belangen. Zo schoot China in 2007 zijn eigen meteorologische satelliet neer met een raket. 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: u moet het gebruikte apparaat naar een plaats brengen waar het nieuwe satellieten niet zal hinderen, en het, indien mogelijk, naar lage banen sturen zodat het in de atmosfeer opbrandt. Tot nu toe wordt aan deze regel als geheel alleen voldaan met betrekking tot apparaten die zich in een geostationaire baan op een hoogte van 36.000 kilometer bevinden. De ruimte bij het geostationaire station is een schaarse hulpbron, dus geostationaire satellieten die hun doel hebben gediend, worden in een ‘grafbaan’ 100 tot 200 kilometer hoger geplaatst, legt Zakhvatkin uit. In andere banen wordt deze regel echter niet altijd vervuld.

Diverse opties apparaten om satellieten uit een baan te halen door te remmen (van boven naar beneden, van links naar rechts): 1. Gebruik van een opblaasbare gascilinder - vanwege luchtweerstand; 2. Met een film eroverheen gespannen telescopische staven, - door luchtweerstand; 3. Tape met contragewicht - vanwege de zwaartekrachtgradiënt; 4. Geleidende kabel - vanwege magnetische velden.

WERELDWIJDE LUCHTVAART CORPORATIE

Aan de ene kant is het commercieel niet haalbaar om een ​​brandstofvoorraad aan boord van een satelliet te hebben die uitsluitend bedoeld is om de satelliet aan het einde van zijn levensduur uit zijn baan te halen. Aan de andere kant hebben veel satellieten, vooral CubeSat-microapparaten, helemaal geen eigen motoren. Ingenieurs bieden veel opties voor extra apparaten die de deorbit van het apparaat kunnen versnellen. Dit zijn bijvoorbeeld opblaasbare ballonnen, 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 een standaard geworden.

Speciale voertuigen voor het opruimen van ruimteafval kunnen, ondanks de hoge kosten van dergelijke projecten, nuttig zijn bij het voorkomen van fragmentatie van grote voertuigen. “Een grote satelliet bestaat potentieel uit duizenden kleine fragmenten die kunnen ontstaan ​​bij een botsing met een ander apparaat of bij spontane vernietiging. Een gespecialiseerde 'schoonmaker' kan deze grote objecten opruimen, die mogelijk kunnen fragmenteren, en dan zullen ze niet voor onbepaalde tijd in deze banen blijven. Als we jaarlijks 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.

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

“Voor de groeperingen van de Starlink- en Oneweb-systemen 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 dit toevoegen een groot aantal apparaten zullen de situatie in deze banen niet kritisch maken ”, zegt de wetenschapper.

Sergej Kuznetsov

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

tekst: Til Hain

Wat vliegt gewoon niet rond de aarde. 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 neergestorte ruimtevaartuigen, en schroevendraaiers , en zelfs vuilniszakken van het Russische orbitale station "Mir", met daarin onder meer bevroren uitwerpselen ... En hoewel het station in Stille Oceaan al in maart 2001 vliegen sommige van dergelijke pakketten nog steeds door de ruimte.

Maar liefst 23.000 objecten met een diameter van tien centimeter of meer werden door radars in een baan nabij de aarde geregistreerd. 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 kleine deeltjes puin van de aarde is moeilijk te detecteren.

Dit alles moet dringend gebeuren. “Het is tijd om de ruimte te zuiveren van dit afval”, zegt Heiner Klinkrad, hoofd van het Space Debris Bureau van 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 met een van de duizenden meteorologische, telecommunicatie-, navigatie-, militaire en andere satellieten kunnen deze ernstig beschadigen of zelfs uitschakelen. Niet voor niets zijn kunstmatige satellieten van de aarde verzekerd voor een bedrag van 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 deze tegen een ruimtevaartuig botst. 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 flarden slaan.

Puin uit de ruimte kan zelfs op onze planeet vallen. In september 2011 snelde de Amerikaanse weersatelliet UARS, die zijn doel had gediend, richting de aarde en hield veel mensen op afstand totdat het wrak in de Stille Oceaan neerstortte.

Maar het grootste gevaar voor de ruimtevaart is de botsing van grote stukken ruimteschroot: als ze tegen elkaar botsen, "verkruimelen" ze in vele kleine fragmenten, die op hun beurt kunnen botsen met andere deeltjes, waardoor nieuw puin ontstaat - de bedreiging voor bemande 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 voor het eerst een dergelijk hypothetisch scenario beschreef voor de ontwikkeling van gebeurtenissen in de nabije aardse ruimte.

Om te voorkomen dat dit grimmige verhaal werkelijkheid wordt, stelt de ESA voor om de ‘sanitaire situatie’ in de ruimte radicaal te verbeteren. Ten eerste moeten alle grote satellieten in de toekomst over voldoende brandstof beschikken om óf in de zogenoemde ‘dode baan’ óf in de atmosfeer van de aarde te worden gestuurd, waar ze zullen opbranden. Ten tweede zouden er elk jaar vijf tot tien grote objecten uit de ruimte moeten worden verwijderd – hoe eerder hoe beter. Dat is gewoon hoe?

Volker Gass van het Swiss Space Center van de Federale Polytechnische School van Lausanne weet het antwoord: we hebben schoonmaakrobots nodig. Nu ontwikkelen hij en een groep collega's het CleanSpaceOne-apparaat, dat de eerste ruimtevreter zal zijn. Het leven van de SwissCube, overgebleven van twee minisatellieten die door Zwitserland in de ruimte zijn gelanceerd, zal binnenkort ten einde komen. (De andere, Tlsat, stopte met werken in 2011.) Vanaf een van hen begint het aftellen van de voertuigen die met behulp van de 'cleaner' uit de baan worden gehaald. “Iedereen zou op zijn minst voor de deur moeten vegen”, zegt Gass. Dit idee werd geboren door 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.” Toen schetste iemand op een servet een diagram van een apparaat met een ionenmotor, dat door de ruimte zou moeten bewegen, afval zou moeten pakken 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, en als manager, en als motivator. Maar het beste van alles is dat deze man, die vroeger mechanische elementen voor satellieten ontwikkelde, interesse weet te wekken voor zijn prototypeproject, ter waarde van zo'n tien miljoen euro. Zijn team bestaat niet alleen uit natuurkundigen, ingenieurs en robotica-experts; Claude Nicolier, een voormalige ESA-astronaut die nu praat over de gevaren die gepaard gaan met ruimteschroot, is adviseur van Gass geworden.

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.

De "hand" voor de robot is ontworpen door Gass in samenwerking met Aude Billyar, een robotonderzoeker. Billyar traint momenteel een van zijn creaties in het laboratorium. Ze gooit een blikje Coca-Cola in de richting van een plastic "arm" die op een beweegbaar platform is gemonteerd - en de auto vangt haar zelfverzekerd op. Billyar lacht: "De robot moet niet alleen voorwerpen kunnen pakken en vangen, het belangrijkste is dat hij leert reageren op onverwachte situaties."

Stukjes ruimtepuin gedragen zich in het laboratorium helemaal niet als een blikje Coca-Cola, maar draaien in de regel vrij snel om hun as. “Als je ze met een normale robothand probeert vast te pakken, glippen ze gewoon uit je vingers”, legt Gass uit. Daarom ontwikkelt zijn groep zich Alternatieve manier vangen - zoals degene die wordt gebruikt tijdens de jacht op anemonen.

Natuurkundige Herbert Shea, 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 de elektroden die in de rubberen manipulatoren zijn ingebouwd, zullen het mogelijk maken om de tentakels vanaf de aarde te besturen met behulp van radiosignalen.

Daarnaast ontwikkelt Shi een motor voor een ruimtereiniger. Kleine satellieten, waaronder de 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 gokt op ionentechnologie, die al sinds de jaren negentig in ruimtesondes wordt gebruikt. In zo'n motor wordt met behulp van een gas dat bestaat uit ionen (moleculen met een elektrische lading) versneld elektrisch veld en wordt door een mondstuk uitgeworpen met een snelheid van maximaal 144 duizend kilometer per uur. Shi experimenteert met vloeibare ionen in een poging bestaande motoren te verbeteren. Een gas heeft een zwaar reservoir nodig, maar een ionische vloeistof niet, en door dit te doen verwacht Shi de hoeveelheid brandstof te verminderen die nodig is om zijn "conciërge" in de ruimte te runnen.

De ionen zullen naar verwachting 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 schoonmaakrobot sneller en wendbaarder zijn dan welk stuk afval dan ook.

Ook andere landen zoeken naar manieren om puin uit de ruimte te verwijderen. In het verleden waren veel burgers bezorgd dat het leger dergelijke technologie zou kunnen gebruiken, bijvoorbeeld om vijandige spionagesatellieten uit te schakelen. Nu zijn die 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 dat op een schoonmaaksatelliet is geïnstalleerd. Japanse ingenieurs bedenken 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 Centrum voor Luchtvaart en Ruimtevaart werken aan de creatie gecombineerd systeem afvalverwerking en reparatie. Er wordt aangenomen dat defecte satellieten door de manipulator zullen worden gevangen en vervolgens zullen worden gerepareerd of vernietigd met behulp van een "gecontroleerde val in de atmosfeer". Dit project, waarvan de totale kosten worden geschat op 180 miljoen euro, gaan de partners in 2018 lanceren.

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

Natuurlijk, gezien de omvang van de ‘vuilnisbelt’, geregeld door mensen in een baan om de aarde is het net zoiets als proberen de riolen van een miljoenenstad schoon te maken met behulp van de meest gewone tandenborstel.

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

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

Is het niet te duur? Nee, zegt ESA-expert Heiner Klinkrad. Volgens hem zijn de kosten van het vervangen van actieve ruimtetechnologie veel groter dan de kosten van de eliminatie ervan.

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

Tegenwoordig is één ding duidelijk: als we de baan rond de aarde willen behouden voor economisch en wetenschappelijk gebruik, moet er iets worden gedaan, 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.