Kessleri sündroom: jääme aeglaselt kosmoserämpsu vihmavarju alla

2019. aasta septembris oli kaks satelliiti umbes 200 miili kõrgusel planeedi pinnast. üksteise poole suumides meeletu kiirusega 32 000 miili tunnis. Üks oli Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) Aeolus Maa vaatlussatelliit ja teine ​​oli üks SpaceXi Starlinki satelliidid, ja kui nad mõlemad kihutavad samasse kosmosepiirkonda, hindasid teadlased nende kokkupõrke tõenäosuseks 1:1000.

USA õhujõud nägid kahte satelliiti teineteise poole suundumas ja hoiatasid mõlemat organisatsiooni, kuid SpaceX-i oma sidesüsteemides kirjeldatud vea tõttu keeldus ta midagi ette võtmast. Kui satelliidid oleksid alla kukkunud, oleksid mõlemad täielikult hävinud – ja kokkupõrge oleks kosmosesse paisanud miljoneid väikeseid ja suuri prahitükke. Kujutage ette algusstseeni

filmi gravitatsioon, ja nüüd võimendage seda suurusjärgu võrra.

Meie kõigi õnneks suutis ESA oma satelliidiga kokkupõrke vältimiseks manööverdada ja mõlemad satelliidid jätkavad nüüd turvaliselt oma orbiidil. See lähedane kõne näitab, mis võib juhtuda, kui ruum saab liiga täis. Kui tuhanded või isegi miljonid objektid lendavad ümber meie planeedi tohutu kiirusega, on kokkupõrgete oht suur.

Uurisime, millised on kogu selle kosmoses hõljuva kosmoseprahi tagajärjed, ja saime Donaldilt sisemise tähise. Kessler, endine NASA orbitaaljäätmete uurimise vanemteadur ja üks maailma juhtivaid kosmoseeksperte praht.

Prügilõks

Kui satelliit katki läheb, ei lähe üldiselt keegi kosmosesse seda parandama. Kui rakett viskab ühe oma astmetest kõrvale, jäetakse rakett hõljuma kõikjal, kus see välja visatakse. Ja kui kaks orbiidil olevat objekti üksteisele kokku põrkuvad, võivad need toota sõna otseses mõttes miljoneid väikeseid osakesi, mis lendavad kosmosesse ja tiirlevad ümber Maa.

Kogu seda äravisatud materjali nimetatakse ühiselt kosmoseprahiks. See on rämps, mille oleme oma planeeti ümbritsevasse ruumi jätnud, ja see kasvab iga aastaga.

1970. aastate lõpus, kui kosmoseprahi uurimine alles algas, pakkus Kessler välja hirmutava võimaluse: ühel päeval võib juhtuda nii palju rämpsu madalal maa orbiidil, mille kokkupõrked korduvad, kuni satelliitide saatmine ilma neid tabamata oli raske või võimatu. praht. Sisuliselt oleksime oma planeedil vangid saanud ja me poleks süüdistada kedagi peale iseenda.

Kokkupõrkeid on juhtunud varemgi ja tõenäoliselt juhtub see veel

Kui kõlasid mured prahi või SpaceX-i ja ESA satelliitide võimaliku kokkupõrke pärast ülepaisutatud, väärib märkimist, et satelliidid on minevikus kokku põrganud kohutavatega tagajärjed.

2009. aastal kaks satelliiti põrkasid kokku hämmastava kiirusega 11 700 meetrit sekundis (26 000 miili tunnis), mis mitte ainult ei hävita mõlemat objekti, vaid määrib ka tohutu prahivälja nende kahele orbiidile ja kaugemale. Üks satelliitidest oli osa sidesatelliitide Iridiumi tähtkujust ja üks oli deaktiveeritud Venemaa kosmosejõudude satelliit Kosmos. Kosmose satelliit visati ära ja jäeti orbiidile ajal, mil vähesed inimesed võtsid prahi ohtu tõsiselt.

See juhtum äratas inimesi rusude põhjustatud ohu tõsidusele. See mitte ainult ei suutnud hävitada kalleid satelliite, vaid kokkupõrge muutis probleemi palju hullemaks: NASA hinnangul oli see sündmus tekitas 1000 prahti suuremad kui 10 sentimeetrit, mis võib tuhandeid aastaid ohustada teisi satelliite.

Praht ohustab nii rahvusvahelist kosmosejaama kui ka Hubble'i kosmoseteleskoopi

Kosmose ülerahvastatuse puhul tuleb arvestada kahe peamise probleemiga. Esimene on see, kuidas kosmosepraht võib mõjutada juba ümber Maa orbiidil olevaid veesõidukeid, näiteks rahvusvahelist kosmosejaama (ISS). ISS istub väga madalal Maa orbiidil, keskmisel kõrgusel 330 kilomeetrit (205 miili), mis paugutab selle suure hulga kosmoseprahi keskele. ISS on eriti tundlik prahi kokkupõrgete suhtes, kuna see on nii suur, mistõttu tuli see projekteerida nii, et see taluks kuni 1 cm suuruseid prahi lööke.

Muu prahi ohuga toimetulemiseks jälgib ISS võimalikke mõjusid ja liigub teelt kõrvale. "Kosmosejaam oli esimene, kes hakkas manöövreid tegema, et vältida kõike, mis sellele lähedale sattus." Kessler selgitas: "Kuid nende manöövrite probleem on see, et te ei saa ennustada, et toimub a kokkupõrge. Jälgimistäpsus on vaid piisavalt täpne, et öelda, et miski läheb teie lähedalt ebamugavalt mööda ja on tõenäoline, et toimub kokkupõrge. Nii et nad teevad sellistes tingimustes manöövreid.

ISS-i puhul on oluline olla eriti ettevaatlik, kuna see on nii suur ja kaalul on inimelud. Kaaluda tuleb ka kõiki teisi madalal Maa orbiidil olevaid objekte, nagu Hubble'i teleskoop, mis tiirleb umbes 545 kilomeetri (340 miili) kõrgusel, ja muud mehitatud ja mehitamata missioonid. Ja see ei maini isegi kõiki satelliite, mis istuvad kõrgemal geosünkroonsel orbiidil, kus on ka prahiprobleem.

Kas praht võib muutuda nii halvaks, et see takistab satelliitide starti üldse?

Teine küsimus, mida tuleb kaaluda, on see, kuidas praht mõjutab tulevasi käivitamisi. Mis puudutab kaugetele planeetidele reisimist, siis kui jätate Maa selja taha, reisite läbi prahivälja nii lühikese aja jooksul, et see ei tekita tõenäoliselt probleeme. Probleem tekib siis, kui vaatate objekte, mis püsivad prügiväljadel, nagu satelliidid ja mehitatud või mehitamata kosmosemissioonid.

"Sa võid ületada tänavat palju turvalisemalt kui selle keskel elada," selgitab Kessler.

Praegu mõeldakse selle küsimuse üle peamiselt majanduse poole pealt. Põhimõtteliselt muutub prügi hullemaks muutudes satelliitide saatmine üha kallimaks. Kuid mis sellest edasi saab, on selle teema uurimise puudumise tõttu veel teadmata.

"Keegi pole kunagi tulnud vastust küsimusele "kui halb keskkond on liiga halb [satelliidi käivitamiseks]?"," ütles Kessler. Sellele küsimusele on oluline vastata, enne kui saame olla kindlad, millisel hetkel takistab kosmosepraht meid objekte täielikult orbiidile saatmast.

Probleemi lahendamiseks vajame kohe agressiivset tegutsemist

Kui me kavatseme selle probleemi lahendada, ei saa me lihtsalt pöialt hoida ja loota parimat. Prügi probleemiga tegelemiseks ütleb Kessler, et "peab olema agressiivsem tegevus."

Kõige pakilisem probleem on seadusandlus. Prahi vähendamiseks on kokkulepitud juhised, näiteks juhised, et kõik orbiidile saadetakse alla 2000 kilomeetri (1240 miili) peab 25 aasta jooksul pärast missiooni põlema uuesti atmosfääri sisenema lõpetamine. See paneb vastutuse esemete äraviimise eest need turule toonud ettevõttele või agentuurile.

Kuid praegusel kujul on need juhised, mitte seadused. Kessler soovitab meil muuta prahi eemaldamise juhised reegliteks ja määrata karistused organisatsioonidele, kes neid ei järgi. See julgustaks inimesi neid järgima kõigi huvides.

Siiski ei pruugi piisata isegi sellest, et kõik järgivad kehtivaid juhiseid. "On tehtud üsna palju uuringuid, mis on jõudnud samale järeldusele: isegi kui kõik järgiksid reegleid, ei piisa prahi kasvu peatamiseks," ütles Kessler. Selle põhjuseks on asjaolu, et kokkupõrked jätkuvad ja tekitavad üha rohkem väikeseid prahitükke.

See on põhjus, miks me vajame teist sammu: suurima 500 prahitüki eemaldamine orbiidilt. Need on suured tükid, mida on suhteliselt lihtne jälgida ja mis meie teada kujutavad endast kõige suuremat ohtu. Ja siin tuleb sisse uus tehnoloogia.

Uued tehnoloogiad võivad aidata meil oma tegusid puhastada

Kessler osutas NASA teadlaste paberile J.C. Liou ja N.L. Johnson aastast 2006, milles vaadeldi, mida oleks vaja kosmoseprahi koristamiseks. "Kui alustaksime järgmisel aastal ja eemaldaksime järgmise 100 aasta jooksul viis objekti aastas," ütles Kessler, "stabiliseeriks see orbiidi keskkonda."

Suurte objektide orbiidilt toomine on aga äärmiselt keeruline. Kessler selgitas, et need objektid ei olnud mõeldud kinni haaramiseks ja paljud neist pöörlevad. Enne objekti haaramist peate pöörlemise peatama. Ja mõned neist on sama suured kui koolibussid.

Üks soovitus selle probleemi lahendamiseks on luua satelliitide teenindusüksus, kus oleks satelliite saaks hooldada ja fikseerida, et pikendada nende eluiga, luues seeläbi pikema ajaperioodi, enne kui need muutuvad rämps. Sama rajatist saab isegi kasutada objektide orbiidilt alla toomiseks, kui neid enam ei vajata.

Töös on ka muid ideid, kuidas prahti koristada, näiteks Eemalda DEBRIS satelliidiprojekt mis testib prahi püüdmise meetodeid, sealhulgas võrke, harpuune ja nägemisel põhinevat navigatsiooni. Samuti on Euroopa Kosmoseagentuur prahi eemaldamise uurimine koos ettevõttega Astroscale, katsetades satelliitidele dokkimismehhanismi lisamist enne starti, et hõlbustada satelliitide tabamist.

Rahvusvaheline küsimus, mis nõuab rahvusvahelist koostööd

Sarnaselt kliimamuutustega on kosmoseprahi probleem rahvusvaheline probleem, mille lahendamiseks on vaja rahvusvahelist koostööd. Kui tahame jätkata ruumi kasutamist nii teadusuuringuteks kui ka võimaldavate tehnoloogiate jaoks, nagu side ja GPS, me peame leidma viisi, kuidas muuta osa juba tehtud kahjudest – samuti leida uusi lahendusi tulevik.

Kuigi me ei jää tõenäoliselt Maale kinni ega kaota täielikult oma võimet teistele planeetidele reisida niipea võib planeedi ümber olev prahiväli otseselt mõjutada meie õppimisvõimet ruumi. "Kõige rohkem teeb haiget mitte juurdepääsu kaotamine teistele planeetidele, vaid Hubble'i teleskoobi kaotamine," ütles Kessler. "Lõpuks võib sellest saada lihtsalt rusutükk. See on meie teaduslik uudishimu, mis on ohus.

Toimetajate soovitused

• Randa uhutud autosuurune objekt võib olla kosmoserämps
• Kosmosejaam oli esmaspäeva õhtul sunnitud orbiidi prahist kõrvale hiilima
• SpaceXi dokumentaalfilm ajaloolisest missioonist jõuab Netflixi
• NASA kaalub riski, kuna vana raketi rämps liigub kosmosejaama poole
• Me läheme punasele planeedile! Kõik mineviku, oleviku ja tulevased missioonid Marsile