211service.com
Anticiperen op botsingen tussen ruimtevaartuigen en ruimteafval
In september brak een stuk puin af van een 19-jarige niet-operationele NASA-satelliet, 330 mijl hoog in de lucht. Het United States Space Surveillance Network (SSN), dat verantwoordelijk is voor het bewaken van de meer dan 22.000 satellieten en andere objecten in een baan om de aarde, heeft de gebeurtenis gedetecteerd, het baanpad van het fragment uitgezet en vastgesteld dat het op weg was naar het internationale ruimtestation (ISS ). Als het het laboratorium van $ 100 miljard raakt, kan de rommel catastrofale schade aanrichten. Na ontvangst van de waarschuwing besloot NASA het ruimtevaartuig uit het pad van het puin te manoeuvreren, een taak die het nu ongeveer twee keer per jaar uitvoert. De dreiging van een dergelijke botsing is de afgelopen twee jaar meer dan verdubbeld, zegt Nicholas L. Johnson , NASA's hoofdwetenschapper voor orbitaal puin.
Rommelruimte: Deze door de computer gegenereerde afbeelding toont de enorme hoeveelheid door de mens gemaakte rommel in een baan om de aarde.
Meer dan een half miljoen door de mens gemaakte objecten ter grootte van een marmer of groter cirkelen nu om de aarde - en 15.000 daarvan zijn groter dan een vuist. Dit orbitaal puin, of ruimteafval, omvat inactieve satellieten, gebruikte raketlichamen, materialen van vaste raketmotoren, botsingsfragmenten en missieafval. De meeste operationele ruimtevaartuigen gebruiken beschermende afscherming om de impact van objecten met een diameter van minder dan één centimeter te verminderen. Maar aangezien de grotere rond de aarde racen met snelheden van vijf mijl per seconde, zou elk van hen elke satelliet kunnen vernietigen waarmee het in botsing kwam. De situatie brengt de sector voor satellietdiensten met een waarde van 160 miljard dollar in gevaar, die een cruciale rol speelt bij internationale telefoongesprekken, televisie-uitzendingen, klimaat- en weergegevens en militair toezicht.
Groeisnelheid van het aantal in een baan om de aarde draaiende puinobjecten groter dan 10 centimeter.
Krediet: NASA
Om te begrijpen hoe dergelijke bedreigingen zullen evolueren en om de paden van ruimteafval te voorspellen zodat botsingen kunnen worden vermeden, heeft NASA een van 's werelds meest geavanceerde voorspellende modellen ontwikkeld. Genaamd Legende (voor laag-aarde tot geosynchrone omgevingsresten), simuleert het driedimensionale model de routes van alle traceerbare ruimtevoorwerpen en zelfs factoren in nieuw puin van toekomstige crashes. Om rekening te houden met onzekerheid en willekeur worden honderden scenario's gegenereerd met behulp van de Monte Carlo-methode, een set algoritmen die risicofactoren in een complexe omgeving kunnen berekenen. Met Legend gebruiken NASA-wetenschappers het gemiddelde van meerdere simulaties om het aantal, de grootte en het type objecten te schatten die zullen botsen - en ongeveer hoe vaak. In tegenstelling tot modellen die worden gebruikt door de US Strategic Command Joint Space Operations Center , dat grote objecten detecteert en volgt en dagelijks actieve satellieten screent op mogelijke botsingen binnen 72 uur, neemt Legend kleinere fragmenten op en kijkt ver in de toekomst.
Het NASA-model bestaat sinds 2004 en wordt voortdurend gevoed met gegevens die zijn verzameld uit de resultaten van grondtests en ruimtevaartuigen die in een baan om de aarde zijn gebroken; van telescopen en radars die de lucht bekijken; en uit analyse van met kraters gemarkeerde oppervlakken van ruimtevaartuigen die naar de aarde zijn teruggekeerd. Dat betekent dat er continu nieuwe simulaties moeten worden uitgevoerd. Legend stelt wetenschappers in staat om de gevolgen van een bepaalde breuk of botsing te berekenen en helpt hen managers van het ruimtestation te waarschuwen dat er een stuk puin op zijn pad kan zijn. Het model adviseert ook binnenkort te lanceren satellieten van te vermijden gebieden en zal wetenschappers begeleiden bij het ontwikkelen en lanceren van technologie voor het verwijderen van puin voor de eerste keer.
Ruimte voorspellingen: Deze grafiek toont het cumulatieve aantal botsingen tussen objecten van 10 centimeter en groter. De helling van de curve die in 2009 begint, is gebaseerd op de voorspelling van het Legend-model van ongeveer 0,14 puinproducerende botsingen per jaar tussen gecatalogiseerde objecten. Werkelijke botsingen vonden plaats in 1991, 2005 en 2009. (Er zijn drie scenario's gemodelleerd: BAU = business as usual; PMD = verwijdering na missie; NFL = geen toekomstige lanceringen)
In zijn toespraak op de eerste Orbital Debris Removal Conference vorig jaar, zei J.C. Liou, NASA's hoofdwetenschapper voor Legend, dat het model 178 botsingen voorspelde in de komende 200 jaar, waarvan 83 catastrofale in een lage baan om de aarde. Aanvaringen worden gemiddeld ongeveer eens in de vijf jaar verwacht. De meest recente crash vond plaats in februari 2009, toen een werkende Iridium-telecommunicatiesatelliet met meer dan 25.000 mijl per uur op een gepensioneerde Russische Cosmos-satelliet insloeg. De botsing was de eerste die een actieve satelliet vernietigde en het genereerde meer dan 2.000 nieuwe stukken traceerbaar puin. De gebeurtenis leidde tot een verandering in een beleid dat sinds de oprichting van NASA meer dan 50 jaar geleden van kracht was. Volgens de big sky-theorie werd ruimteafval niet als een grote bedreiging gezien, omdat de ruimte zo enorm groot is. De big sky-theorie is niet langer een levensvatbaar concept voor ruimteoperaties, zegt Chris Moss, de directeur van het Joint Space Operations Center op de Vandenberg Air Force Base in Californië. Satellieten worden nu geconcentreerd in specifieke banen, merkt Moss op. Het is niet langer triviaal dat twee objecten kunnen botsen. We nemen het probleem serieus en besteden onze middelen aan manieren om het op te lossen.
Dat is een ontmoedigende taak, vooral omdat de kleinere stukjes ruimteafval niet gemakkelijk vanaf de grond kunnen worden gevolgd. We gaan nu een tijd in waarin de omgeving van orbitaal puin in toenemende mate zal worden gecontroleerd door willekeurige botsingen, zegt Donald Kessler , een consultant die 14 jaar geleden met pensioen ging bij NASA. In 1978 voorspelde Kessler als jonge NASA-astrofysicus dat tegen 2000 fragmenten van willekeurige botsingen in een lage baan om de aarde een belangrijke bron van klein puin zouden worden, waardoor de kans op nog meer botsingen zou toenemen. Zijn mijlpaalpapier Botsingsfrequentie van kunstmatige satellieten: het ontstaan van een puingordel leidde tot de oprichting van NASA's Orbital Debris Program Office , waar hij 17 jaar als hoofdwetenschapper voor orbitaal puinonderzoek doorbracht. In die tijd werd het scenario dat hij voorspelde bekend als de... Kessler-syndroom .
Kessler onlangs een nieuw artikel gepubliceerd om te verifiëren dat zijn voorspellingen van 1978 ongeveer correct waren, en hij vergeleek ze met de ruimteomgeving van vandaag. Zijn conclusie: we zitten met een serieus probleem. Als we de huidige populatie van in een baan rond de aarde draaiende ruimtevaartuigen in stand houden zonder iets anders toe te voegen, zou alleen het resultaat van willekeurige botsingen sneller puin produceren dan atmosferische luchtweerstand een lage baan om de aarde zou kunnen opruimen, zegt hij. Zijn aanbeveling: het is tijd om actief de grootste puinobjecten uit de lucht te verwijderen. Het Legend-model laat zien dat zelfs als we botsingen zouden vermijden met alle operationele ruimtevaartuigen, het weinig verschil zou maken in de uitkomst, omdat er zoveel puin is dat niet kan manoeuvreren.
De boodschap van het model komt eindelijk door. In zijn National Space Policy uit 2010 gaf president Obama NASA en het ministerie van Defensie de opdracht om de ruimte op te ruimen en gaf hij een handvest om onderzoek te doen naar hoe dit te doen. Sanering is de volgende stap, zegt Johnson. De eerste financiering van de inspanningen voor het opruimen van de ruimte wordt in 2011 verwacht.