211service.com
Rommeletende raketmotor kan ruimteafval opruimen
Om 16:56 UTC op 29 augustus 2009 viel een Iridium-communicatiesatelliet plotseling stil. In de uren die volgden, meldde het Amerikaanse Space Surveillance Network dat het twee grote wolken puin volgde - een van het Iridium en een andere van een ter ziele gegane Russische militaire satelliet genaamd Cosmos 2251.
Het puin was het resultaat van een botsing met hoge snelheid, de eerste keer dat bekend is dat dit is gebeurd tussen satellieten in een baan om de aarde. De impact zorgde voor meer dan 1.000 fragmenten die groter waren dan 10 centimeter en een veel groter aantal kleinere stukken. Dit puin verspreidde zich over de planeet in een dodelijke wolk.
Ruimtepuin is een dringend probleem voor ruimtevaartuigen in een baan om de aarde, en het kan aanzienlijk erger worden. Wanneer de dichtheid van ruimtepuin een bepaalde drempel bereikt, voorspellen analisten dat de fragmentatie veroorzaakt door botsingen een op hol geslagen kettingreactie zal veroorzaken die de lucht zal vullen met steeds grotere aantallen fragmenten. Volgens sommige schattingen zou dat proces al aan de gang kunnen zijn.
Een voor de hand liggende oplossing is om een manier te vinden om dit vuil te verwijderen. Een optie is om de grotere stukken met een laser te zappen, ze in delen te verdampen en de restjes te laten verdwijnen. Kleinere stukken puin kunnen echter niet op deze manier worden verwerkt, omdat ze moeilijk te lokaliseren en op te sporen zijn.
Een andere optie is om een ruimtevaartuig op te sturen dat in staat is om puin op te dweilen met een net of een ander vangproces. Maar deze missies worden ernstig beperkt door de hoeveelheid brandstof die ze kunnen vervoeren.
Vandaag stellen Lei Lan en vrienden van de Tsinghua Universiteit in Peking, China, een andere oplossing voor. Hun idee is om een motor te bouwen die ruimtepuin omzet in drijfgas en zo zichzelf bijna voor onbepaalde tijd kan manoeuvreren terwijl het de rommel opruimt.
Hun idee is in principe eenvoudig. Bij een voldoende hoge temperatuur kan elk element worden omgezet in een plasma van positieve ionen en elektronen. Dit kan als drijfgas worden gebruikt door het te versnellen door een elektrisch veld.
De details zijn echter complex. Met name de taak om puin om te zetten in een bruikbaar plasma is niet helemaal eenvoudig.
Lei en co concentreren hun inspanningen op puin dat kleiner is dan 10 centimeter, het spul dat laserablatie niet kan aanpakken. Hun idee is om het puin op te vangen met een net en het vervolgens over te brengen naar een kogelmolen. Dit is een roterende cilinder die gedeeltelijk gevuld is met slijtvaste ballen die het vuil tot poeder vermalen.
Dit poeder wordt verwarmd en toegevoerd aan een systeem dat positief geladen ionen scheidt van negatief geladen elektronen. De positieve ionen gaan vervolgens over in een krachtig elektrisch veld dat ze versnelt tot hoge energie, waardoor stuwkracht wordt gegenereerd terwijl ze worden uitgestoten als uitlaatgassen. De elektronen worden ook verdreven om het ruimtevaartuig elektrisch neutraal te houden.
De daadwerkelijke stuwkracht die dit produceert, hangt natuurlijk af van de dichtheid van het puin, de aard van het poeder dat het produceert, van de grootte van de positieve ionen, enzovoort. Dit alles is moeilijk te meten.
En hoewel het ruimtevaartuig geen drijfgas hoeft te vervoeren, heeft het wel een krachtbron nodig. Waar dit precies vandaan komt, is niet duidelijk. Lei en co zeggen dat zonne- en kernenergie voldoende zullen zijn, maar niet de ernstige zorgen wegnemen die een nucleair aangedreven ruimtevaartuig in een baan om de aarde zal veroorzaken.
Toch geeft het werk stof tot nadenken. Ruimtepuin is een probleem dat in de nabije toekomst waarschijnlijk aanzienlijk erger zal worden. Het is een gebied waar nieuwe ideeën hard nodig zijn voordat de volgende grote botsing de banen van de aarde met nog meer puin vult.
Referentie: arxiv.org/abs/1511.07246 : Puinmotor: een potentiële stuwkracht voor het verwijderen van ruimteafval