Kessler Syndrom: Vi fanger langsomt os selv under en paraply af rumskrammel

I september 2019 var to satellitter cirka 200 miles over planetens overflade zoomer ind mod hinanden med en voldsom hastighed på 32.000 miles i timen. Den ene var Den Europæiske Rumorganisations (ESA) Aeolus Earth-observationssatellit, og den anden var en af SpaceX’s Starlink-satellitter, og med dem begge i fart mod den samme region i rummet, anslog forskerne en 1 ud af 1.000 sandsynlighed for, at de ville kollidere.

Det amerikanske luftvåben så de to satellitter på vej mod hinanden og advarede begge organisationer, men på grund af, hvad SpaceX beskrev som en "bug" i dets kommunikationssystemer, afviste det at foretage sig noget. Hvis satellitterne var styrtet ned, ville begge have været fuldstændig udslettet - og sammenstødet ville have smidt millioner af små og store stykker affald ud i rummet. Forestil dig åbningsscenen fra

filmen Tyngdekraft, og forstærk det nu med en størrelsesorden.

Heldigvis for os alle var ESA i stand til at manøvrere sin satellit for at undgå kollisionen, og begge satellitter fortsætter nu sikkert i deres kredsløb. Dette tætte opkald viser dog, hvad der kan ske, når pladsen bliver for fuld. Når tusinder eller endda millioner af objekter flyver rundt på vores planet med enorme hastigheder, er potentialet for kollisioner høj.

Vi undersøgte, hvad konsekvenserne af alt dette rumaffald, der flyder i rummet er, og fik det indvendige scoop fra Anders Kessler, tidligere NASA's Senior Scientist for Orbital Debris Research og en af ​​verdens førende eksperter i rummet vragrester.

Skraldefælden

Når en satellit går i stykker, går der generelt ingen op i rummet for at reparere den. Når en raket kasserer en af ​​dens etaper, efterlades scenen til at flyde, uanset hvor den kastes ud. Og når to objekter i kredsløb påvirker hinanden, kan de producere bogstaveligt talt millioner af små partikler, der flyver ud i rummet og ender med at kredse om Jorden.

Alt dette kasserede materiale er samlet kendt som rumaffald. Det er det skrammel, vi har efterladt i rummet omkring vores planet, og det vokser hvert år.

I slutningen af ​​1970'erne, da forskningen i rumaffald lige var begyndt, foreslog Kessler en skræmmende mulighed: at der en dag kunne være så meget skrammel i lav kredsløb om jorden, at kollisioner ville kaskade, indtil det var svært eller umuligt at opsende satellitter, uden at de blev ramt af vragrester. Vi var i bund og grund blevet fanger på vores egen planet, og vi ville ikke have andre end os selv at bebrejde.

Kollisioner er sket før og vil sandsynligvis ske igen

Hvis bekymringerne om affald eller om SpaceX- og ESA-satellitter, der potentielt kunne kollidere, lød overblæst for dig, er det værd at bemærke, at satellitter har kollideret i fortiden med forfærdelige konsekvenser.

I 2009 to satellitter stødte sammen med en forbløffende hastighed på 11.700 meter i sekundet (26.000 miles i timen), hvilket ikke kun ødelægger begge objekter, men også smører et enormt felt af affald hen over deres to baner og videre. En af satellitterne var en del af Iridium-konstellationen af ​​kommunikationssatellitter, og en var den deaktiverede russiske rumstyrkes Kosmos-satellit. Kosmos-satellitten var blevet kasseret og efterladt i kredsløb på et tidspunkt, hvor få mennesker tog truslen om affald alvorligt.

Denne hændelse vækkede folk til alvoren af ​​truslen fra affald. Ikke alene kunne det ødelægge dyre satellitter, men kollisionen gjorde problemet meget værre: NASA vurderede, at begivenheden skabte 1.000 stykker affald større end 10 centimeter i størrelse, hvilket kan fortsætte med at true andre satellitter i tusinder af år.

Affald truer både den internationale rumstation og Hubble-rumteleskopet

Der er to store spørgsmål at overveje, når det kommer til overbelægning i rummet. Den første er, hvordan rumaffald kan påvirke fartøjer, der allerede er i kredsløb om Jorden, såsom den internationale rumstation (ISS). ISS sidder i et meget lavt kredsløb om jorden, i en gennemsnitlig højde på 330 kilometer (205 miles), hvilket placerer den midt i en hel masse rumaffald. ISS er særligt sårbar over for affaldspåvirkninger, fordi den er så stor, så den skulle designes til at modstå påvirkninger fra affald på op til 1 cm i størrelse.

For at håndtere truslen fra andet affald holder ISS øje med potentielle påvirkninger og bevæger sig af vejen. "Rumstationen var den første, der begyndte at lave manøvrer for at undgå alt, der kom tæt på den," Kessler forklarede, "men problemet med de manøvrer er, at du ikke kan forudsige, at der vil være en kollision. Sporingsnøjagtigheden er kun nøjagtig nok til at sige, at noget kommer til at passere ubehageligt tæt på dig, og at der er sandsynlighed for en kollision. Så de vil udføre manøvrer under disse omstændigheder."

I tilfældet med ISS er det vigtigt at være ekstra forsigtig, fordi den er så stor, og fordi menneskeliv er på spil. Der er også alle de andre objekter i lav kredsløb om jorden at overveje, som Hubble-teleskopet, der kredser omkring 545 kilometer (340 miles) og andre missioner både bemandede og ubemandede. Og det er ikke engang at nævne alle de satellitter, der sidder i en højere geosynkron bane, hvor der også er et affaldsproblem.

Kan affald blive så slemt, at det helt forhindrer satellitopsendelser?

Det andet spørgsmål at overveje er, hvordan affald vil påvirke fremtidige lanceringer. Med hensyn til at rejse til fjerne planeter, når du efterlader Jorden, rejser du gennem affaldsfeltet i så kort tid, at det er mindre sandsynligt, at det forårsager et problem. Problemet opstår, når du ser på objekter, der permanent opholder sig inden for affaldsfelterne, såsom satellitter og bemandede eller ubemandede rummissioner.

"Du kan krydse gaden meget sikrere end at bo midt i den," forklarer Kessler.

I øjeblikket tænkes spørgsmålet mest på økonomi. I bund og grund vil det blive dyrere og dyrere at opsende satellitter, efterhånden som affald forværres. Men hvad der vil ske ud over dette er stadig uvist på grund af manglende forskning i dette emne.

"Ingen har nogensinde fundet på et svar på 'hvor dårligt miljø er for dårligt [til at satellitopsendelser er mulige]?'," sagde Kessler. Det er vigtigt, at dette spørgsmål bliver besvaret, før vi kan være sikre på, på hvilket tidspunkt rumaffald vil forhindre os i at sende objekter helt ud i kredsløb.

For at løse problemet har vi brug for aggressiv handling nu

Hvis vi skal løse dette problem, kan vi ikke bare krydse fingre og håbe på det bedste. For virkelig at løse problemet med affald, siger Kessler, "der skal være mere aggressiv handling."

Det mest presserende spørgsmål er lovgivningen. Der er aftalte retningslinjer om afbødning af affald, såsom en retningslinje om, at alt lanceres i en bane på under 2000 kilometer (1240 miles) skal ind i atmosfæren igen for at brænde op inden for 25 år efter sin mission færdiggørelse. Dette lægger ansvaret for fjernelse af genstande over på den virksomhed eller det bureau, der lancerer dem.

Men som det står, er det retningslinjer og ikke love. Kessler foreslår, at vi bør gøre retningslinjerne om fjernelse af affald til regler og pålægge organisationer, der ikke følger dem, sanktioner. Dette ville tilskynde folk til at følge dem til alles fordel.

Men selv at få alle til at følge de nuværende retningslinjer er måske ikke nok. "Der har været en del undersøgelser, som er kommet til den samme konklusion: Selv hvis alle fulgte reglerne, ville det være utilstrækkeligt til at stoppe væksten af ​​affald," sagde Kessler. Det skyldes, at kollisioner stadig foregår og skaber stadig flere små snavs.

Dette er grunden til, at vi har brug for trin to: At fjerne de største 500 stykker affald fra kredsløb. Det er de store stykker, som er relativt nemme at spore, og som vi ved udgør den største fare. Og det er her, ny teknologi kommer ind.

Nye teknologier kan hjælpe os med at rydde op i vores handling

Kessler pegede på et papir fra NASA-forskere J.C. Liou og N.L. Johnson fra 2006, hvor man så på, hvad der skulle til for at rydde rumaffald. "Hvis vi startede næste år og fjernede fem genstande om året i de næste 100 år," sagde Kessler, "ville det stabilisere orbitalmiljøet."

Det er dog ekstremt udfordrende at hente store genstande fra kredsløb. "Disse genstande er ikke designet til at blive grebet af," forklarede Kessler, "og mange af dem snurrer. Før du kan få fat i genstanden, skal du stoppe med at snurre. Og nogle af disse er lige så store som skolebusser.”

Et forslag til, hvordan man håndterer dette problem, er at skabe en satellitservicefacilitet, hvor satellitter kunne vedligeholdes og fikseres for at forlænge deres levetid, og derved skabe en længere tidsperiode, før de bliver skrammel. Den samme facilitet kunne endda bruges til at bringe objekter ned fra kredsløb, når de ikke længere var nødvendige.

Andre ideer til, hvordan man kan rydde affald er også på vej, såsom Fjern DEBRIS satellitprojekt som tester metoder til affaldsfangst, herunder net, harpuner og synsbaseret navigation. Den Europæiske Rumorganisation er også undersøger fjernelse af affald sammen med Astroscale-virksomheden ved at eksperimentere med at tilføje en docking-mekanisme til satellitter før opsendelse for at gøre dem nemmere at fange en, de er pensioneret.

Et internationalt spørgsmål, der kræver internationalt samarbejde

Ligesom udfordringen med klimaændringer er problemet med rumaffald et internationalt spørgsmål, som vil kræve internationalt samarbejde at løse. Hvis vi ønsker at blive ved med at bruge plads til videnskabelig forskning såvel som til at muliggøre teknologier som kommunikation og GPS, vi bliver nødt til at finde en måde at fortryde noget af den skade, vi allerede har gjort - samt finde nye løsninger til fremtid.

Selvom det ikke er sandsynligt, at vi sidder fast på Jorden og totalt mister vores evne til at rejse til andre planeter når som helst snart, kan det eksisterende affaldsfelt rundt om planeten direkte påvirke vores evne til at studere plads. "Det, der vil gøre mest ondt, er ikke at miste adgangen til andre planeter, det er at miste Hubble-teleskopet," sagde Kessler. »Det kan i sidste ende kun blive et stykke affald. Det er vores videnskabelige nysgerrighed, der er i fare."

Redaktørens anbefalinger

• En genstand på størrelse med en bil, der skylles op på stranden, kan være rumskrammel
• Rumstation tvunget til at undvige orbitalaffald mandag aften
• SpaceX-dokumentar om historisk mission rammer Netflix
• NASA opvejer risiko som skrammel fra en gammel raket på vej mod rumstationen
• Vi skal til den røde planet! Alle tidligere, nuværende og fremtidige missioner til Mars