Kessler-szindróma: Lassan csapdába esünk az űrszemét esernyője alá

2019 szeptemberében két műhold körülbelül 200 mérfölddel a bolygó felszíne felett volt. egymás felé közelítve 32 000 mérföld/óra sebességgel. Az egyik az Európai Űrügynökség (ESA) Aeolus Földmegfigyelő műholdja, a másik pedig az egyik A SpaceX Starlink műholdai, és mivel mindketten az űr azonos tartománya felé száguldanak, a tudósok 1 az 1000-hez becsülték az ütközés valószínűségét.

Az Egyesült Államok légiereje látta, hogy a két műhold egymás felé tart, és figyelmeztette mindkét szervezetet, de a SpaceX kommunikációs rendszereinek „hibája” miatt nem tett semmit. Ha a műholdak lezuhantak volna, mindkettő teljesen eltűnt volna – és a becsapódás több millió kisebb és nagyobb törmelékdarabot dobott volna ki az űrbe. Képzelje el a kezdő jelenetet

a film Gravitáció, és most erősítse fel ezt egy nagyságrenddel.

Mindannyiunk szerencséjére az ESA képes volt manőverezni műholdjával, hogy elkerülje az ütközést, és most mindkét műhold biztonságosan kering a pályáján. Ez a szoros felhívás megmutatja, mi történhet, ha túlságosan megtelik a hely. Amikor tárgyak ezrei vagy akár milliói repülnek el óriási sebességgel bolygónkon, nagy az ütközések lehetősége.

Megvizsgáltuk, hogy mi a következménye ennek az űrben lebegő űrszemétnek, és megkaptuk a belső lapát Donaldtól Kessler, korábban a NASA orbitális törmelékkutatási vezető tudósa és a világ egyik vezető űrszakértője törmelék.

A szemétcsapda

Ha egy műhold elromlik, általában senki sem megy fel az űrbe, hogy megjavítsa. Amikor egy rakéta eldobja az egyik fokozatát, a rakéta lebegni hagyja, amerre kilökődik. És amikor két keringő objektum egymásnak ütközik, szó szerint milliónyi apró részecskét tudnak előállítani, amelyek kirepülnek az űrbe, és végül a Föld körül keringenek.

Mindezt az eldobott anyagot összefoglalóan űrszemétnek nevezik. Ez az a szemét, amit a bolygónk körüli térben hagytunk, és évről évre növekszik.

Az 1970-es évek végén, amikor az űrszemét kutatása még csak elkezdődött, Kessler egy ijesztő lehetőséget javasolt: egy napon annyi minden lehet. szemét az alacsony Föld körüli pályán, amely során az ütközések egymásra torkollnak, amíg nehéz vagy lehetetlenné válik a műholdak felbocsátása anélkül, hogy eltalálnák őket. törmelék. Lényegében a saját bolygónk foglyai lettünk volna, és senkit sem hibáztathatunk magunkon kívül.

Összeütközés már korábban is előfordult, és valószínűleg ezután is megtörténik

Ha felhangzott a törmelék vagy a SpaceX és az ESA műholdak esetleges ütközése miatti aggodalom túlzásba esik, érdemes megjegyezni, hogy a múltban műholdak ütköztek, szörnyűséggel következményei.

2009-ben, két műhold ütközött elképesztő, 11 700 méter/másodperc (26 000 mérföld/óra) sebességgel, nemcsak elpusztítva mindkét objektumot, hanem hatalmas törmelékmezőt is elkenve két pályájukon és azon túl is. Az egyik műhold a kommunikációs műholdak Iridium konstellációjának része volt, a másik pedig a deaktivált Orosz Űrerő Kozmosz műholdja. A Kozmosz műholdat eldobták és pályán hagyták akkor, amikor kevesen vették komolyan a törmelékkel való fenyegetést.

Ez az eset ráébresztette az embereket a törmelék által jelentett veszély súlyosságára. Nemcsak drága műholdakat tudott elpusztítani, de az ütközés még tovább súlyosbította a problémát: a NASA becslései szerint az esemény 1000 darab törmeléket hozott létre 10 centiméternél nagyobb méretűek, amelyek több ezer évig fenyegethetik a többi műholdat.

A törmelék a Nemzetközi Űrállomást és a Hubble Űrteleszkópot is fenyegeti

Két fő kérdést kell figyelembe venni, amikor az űr túlzsúfoltságáról van szó. Az első az, hogy az űrszemét hogyan befolyásolhatja a már Föld körüli pályán keringő járműveket, például a Nemzetközi Űrállomást (ISS). Az ISS nagyon alacsony Föld körüli pályán áll, átlagosan 330 kilométeres (205 mérföldes) tengerszint feletti magasságban, ami egy csomó űrszemét közepébe helyezi. Az ISS különösen érzékeny a törmelékkel szemben, mivel olyan nagy, ezért úgy kellett megtervezni, hogy ellenálljon az akár 1 cm-es törmelék becsapódásainak is.

Az egyéb törmelékek fenyegetésének kezelése érdekében az ISS figyeli a lehetséges becsapódásokat, és eltávolodik az útból. "Az űrállomás volt az első, amely manővereket kezdett végrehajtani, hogy elkerüljön bármit, ami közel került hozzá." Kessler kifejtette: „de az a probléma ezekkel a manőverekkel, hogy nem lehet megjósolni, hogy lesz a ütközés. A követési pontosság csak akkora pontosságú, hogy azt mondhassa, valami kellemetlenül közeledik el Önhöz, és fennáll az ütközés valószínűsége. Tehát ilyen körülmények között manővereket fognak végrehajtani.”

Az ISS esetében fontos, hogy fokozottan körültekintően legyünk, mert olyan nagy, és mert emberi életek forognak kockán. Meg kell fontolni az összes többi, alacsony föld körüli pályán lévő objektumot is, mint például a Hubble-teleszkóp, amely körülbelül 545 kilométeres (340 mérföld) magasságban kering, és más, emberes és pilóta nélküli küldetések. És ez még csak nem is említi az összes olyan műholdat, amely magasabb geoszinkron pályán ül, ahol is van törmelék probléma.

Lehetséges, hogy a törmelék annyira rossz lesz, hogy teljesen megakadályozza a műholdak fellövést?

A második megfontolandó kérdés az, hogy a törmelék hogyan befolyásolja a jövőbeli indításokat. Ami a távoli bolygókra való utazást illeti, amikor elhagyja a Földet, olyan rövid ideig utazik át a törmelékmezőn, hogy az kevésbé valószínű, hogy problémát okoz. A probléma akkor merül fel, ha olyan objektumokat nézünk, amelyek tartósan a törmelékmezőkön belül maradnak, mint például a műholdak, valamint az emberes vagy pilóta nélküli űrmissziók.

„Sokkal biztonságosabban kelhet át az utcán, mintha annak közepén élne” – magyarázza Kessler.

Jelenleg a kérdést leginkább közgazdasági szempontból gondolják át. Lényegében a törmelék súlyosbodásával egyre drágább lesz a műholdak felbocsátása. De hogy ezen túl mi fog történni, az még nem ismert, mert nincs e téma kutatása.

„Soha senki nem talált választ arra, hogy „milyen rossz a környezet ahhoz, hogy lehetséges legyen a műholdak felbocsátása?” – mondta Kessler. Létfontosságú, hogy ezt a kérdést megválaszoljuk, mielőtt biztosak lennénk abban, hogy az űrszemét mikor akadályoz meg bennünket abban, hogy teljesen pályára állítsuk az objektumokat.

A probléma megoldásához most agresszív lépésekre van szükségünk

Ha meg akarjuk oldani ezt a problémát, nem tehetjük csak keresztbe az ujjainkat, és remélhetjük a legjobbakat. Kessler szerint a törmelék kérdésének valódi megoldásához „agresszívebb cselekvésre van szükség”.

A legégetőbb kérdés a jogalkotás kérdése. Vannak megállapodott iránymutatások a törmelék csökkentésére vonatkozóan, például egy iránymutatás arra vonatkozóan, hogy bármit pályára kell bocsátani. 2000 kilométernél (1240 mérföldnél) vissza kell lépnie a légkörbe, hogy a küldetésétől számított 25 éven belül leégjen. befejezése. Ez a tárgyak eltávolításának felelősségét az azokat elindító cégre vagy ügynökségre hárítja.

De a jelenlegi állás szerint ezek iránymutatások és nem törvények. Kessler azt javasolja, hogy a törmelék eltávolítására vonatkozó irányelveket tegyük szabályokká, és szabjunk ki büntetéseket azokra a szervezetekre, amelyek nem tartják be azokat. Ez arra ösztönözné az embereket, hogy kövessék őket mindenki javára.

Előfordulhat azonban, hogy még az sem elég, hogy mindenki kövesse a jelenlegi irányelveket. "Jó néhány tanulmány ugyanerre a következtetésre jutott: még ha mindenki betartaná is a szabályokat, az nem lenne elegendő a törmelék növekedésének megállításához" - mondta Kessler. Ennek az az oka, hogy még mindig folynak ütközések, és egyre több apró törmelék keletkezik.

Ez az oka annak, hogy szükségünk van a második lépésre: A legnagyobb 500 törmelék eltávolítása a pályáról. Ezek azok a nagy darabok, amelyeket viszonylag könnyű követni, és amelyekről tudjuk, hogy a legnagyobb veszélyt jelentik. És itt jön be az új technológia.

Az új technológiák segíthetnek megtisztítani cselekedetünket

Kessler a NASA kutatóinak tanulmányára mutatott rá J.C. Liou és N.L. Johnson 2006-ból, amely azt vizsgálta, mi kell az űrszemét eltávolításához. "Ha jövőre kezdenénk, és a következő 100 évben évente öt objektumot távolítanánk el" - mondta Kessler -, az stabilizálja a pálya környezetét.

A nagyméretű objektumok pályáról való lekérése azonban rendkívül kihívást jelent. – Ezeket a tárgyakat nem úgy tervezték, hogy megragadják őket – magyarázta Kessler –, és sok közülük forog. Mielőtt megragadhatná a tárgyat, le kell állítania a pörgést. És ezek közül néhány akkora, mint az iskolabusz.”

Az egyik javaslat ennek a problémának a kezelésére az, hogy hozzunk létre egy műholdat kiszolgáló létesítményt, ahol a műholdak működnek karbantarthatók és rögzíthetők élettartamuk meghosszabbítása érdekében, ezáltal hosszabb időt hozva létre a megjelenésük előtt szemét. Ugyanezt a létesítményt akár tárgyak lehozására is lehetne használni a pályáról, ha már nincs rájuk szükség.

Más ötletek is vannak a törmelék eltakarítására vonatkozóan, mint például a Távolítsa el a DEBRIS műholdprojektet amely a törmelék befogásának módszereit teszteli, beleértve a hálókat, szigonyokat és a látásalapú navigációt. Az Európai Űrügynökség is törmelék eltávolításának vizsgálata Az Astroscale céggel együtt kísérleteztek azzal, hogy a műholdakat a fellövés előtt dokkoló mechanizmussal egészítsék ki, hogy könnyebben elkapják őket.

Nemzetközi együttműködést igénylő nemzetközi kérdés

Az éghajlatváltozás kihívásához hasonlóan az űrszemét problémája is olyan nemzetközi probléma, amelynek megoldásához nemzetközi együttműködésre lesz szükség. Ha továbbra is a teret akarjuk használni tudományos kutatásra, valamint olyan alaptechnológiákra, mint a kommunikáció és a GPS, meg kell találnunk a módját, hogy helyrehozzuk a már okozott károk egy részét – valamint új megoldásokat kell találnunk a jövő.

Bár nem valószínű, hogy a Földön ragadunk, és teljesen elveszítjük a képességünket, hogy más bolygókra utazzunk hamarosan a bolygó körül meglévő törmelékmező közvetlenül befolyásolhatja tanulmányi képességünket hely. „A legjobban az fog fájni, hogy nem más bolygókhoz való hozzáférést veszítjük el, hanem a Hubble-teleszkópot” – mondta Kessler. „Végül csak egy törmelék lesz belőle. Tudományos kíváncsiságunk van veszélyben.”

Szerkesztői ajánlások

• A tengerparton elmosott autó méretű tárgy űrszemét lehet
• Az űrállomás hétfő este kénytelen kikerülni az orbitális törmeléket
• A történelmi küldetésről szóló SpaceX dokumentumfilm elérte a Netflixet
• A NASA kockázatot mér, mivel egy régi rakéta szemét az űrállomás felé tart
• A vörös bolygóra megyünk! Az összes korábbi, jelenlegi és jövőbeli Mars-küldetés