Kessler-syndroom: we vangen onszelf langzaam op onder een paraplu van ruimteafval

In september 2019 bevonden twee satellieten zich ongeveer 320 kilometer boven het aardoppervlak naar elkaar toe zoomen met een razende snelheid van 32.000 mijl per uur. De ene was de Aeolus-aardobservatiesatelliet van de European Space Agency (ESA) en de andere was er een van De Starlink-satellieten van SpaceX, en terwijl ze allebei naar hetzelfde gebied in de ruimte snellen, schatten wetenschappers een kans van 1 op 1.000 dat ze zouden botsen.

De Amerikaanse luchtmacht zag de twee satellieten op elkaar afkomen en waarschuwde beide organisaties, maar vanwege wat SpaceX omschreef als een “bug” in zijn communicatiesystemen, weigerde het enige actie te ondernemen. Als de satellieten waren neergestort, zouden beide volledig zijn vernietigd – en de impact zou miljoenen kleine en grote stukken puin de ruimte in hebben geslingerd. Stel je de openingsscène voor

de film Zwaartekracht, en versterk dat nu met een orde van grootte.

Gelukkig voor ons allemaal kon de ESA zijn satelliet manoeuvreren om de botsing te voorkomen, en beide satellieten blijven nu veilig in hun baan. Deze close call laat zien wat er kan gebeuren als de ruimte echter te vol raakt. Wanneer duizenden of zelfs miljoenen objecten met enorme snelheden rond onze planeet vliegen, is de kans op botsingen groot.

We onderzochten wat de gevolgen zijn van al dat ruimteschroot dat in de ruimte zweeft, en kregen de inside scoop van Donald Kessler, voorheen NASA’s Senior Scientist for Orbital Debris Research en een van ‘s werelds toonaangevende experts op het gebied van de ruimte brokstukken.

De rommelval

Wanneer een satelliet kapot gaat, gaat meestal niemand de ruimte in om hem te repareren. Wanneer een raket een van zijn trappen weggooit, blijft de trap zweven waar hij ook wordt uitgeworpen. En wanneer twee objecten in een baan elkaar raken, kunnen ze letterlijk miljoenen kleine deeltjes produceren die de ruimte in vliegen en uiteindelijk in een baan om de aarde terechtkomen.

Al dit weggegooide materiaal staat gezamenlijk bekend als ruimteschroot. Het is de rommel die we in de ruimte rond onze planeet hebben achtergelaten, en die groeit elk jaar.

Eind jaren zeventig, toen het onderzoek naar ruimteschroot nog maar net was begonnen, opperde Kessler een angstaanjagende mogelijkheid: dat er op een dag zoveel zou kunnen zijn rommel in een lage baan om de aarde, waardoor botsingen zouden plaatsvinden totdat het moeilijk of onmogelijk was om satellieten te lanceren zonder dat ze werden geraakt brokstukken. We zouden feitelijk gevangenen worden op onze eigen planeet, en we zouden niemand anders dan onszelf de schuld kunnen geven.

Botsingen zijn al eerder gebeurd en zullen waarschijnlijk opnieuw gebeuren

Als de zorgen over puin of over de mogelijke botsing van de SpaceX- en ESA-satellieten klonken overdreven voor je, het is de moeite waard om op te merken dat satellieten in het verleden op verschrikkelijke wijze met elkaar in botsing zijn gekomen gevolgen.

In 2009, twee satellieten botsten met een verbazingwekkende snelheid van 11.700 meter per seconde (26.000 mijl per uur), waarbij niet alleen beide objecten worden vernietigd, maar ook een enorm veld van puin over hun twee banen en daarbuiten wordt uitgesmeerd. Eén van de satellieten maakte deel uit van de Iridium-constellatie van communicatiesatellieten, en één was de Kosmos-satelliet van de gedeactiveerde Russische ruimtemacht. De Kosmos-satelliet was weggegooid en in een baan om de aarde gelaten in een tijd waarin maar weinig mensen de dreiging van puin serieus namen.

Dit incident maakte mensen bewust van de ernst van de dreiging die uitgaat van puin. Niet alleen kon het dure satellieten vernietigen, maar de botsing maakte het probleem nog veel erger: NASA schatte dat de gebeurtenis creëerde 1.000 stukjes puin groter dan 10 centimeter groot, wat andere satellieten duizenden jaren lang zou kunnen blijven bedreigen.

Puin bedreigt zowel het internationale ruimtestation als de Hubble-ruimtetelescoop

Er zijn twee belangrijke problemen waarmee rekening moet worden gehouden als het gaat om overbevolking in de ruimte. De eerste is hoe ruimteschroot ruimtevaartuigen kan beïnvloeden die zich al in een baan om de aarde bevinden, zoals het Internationale Ruimtestation (ISS). Het ISS bevindt zich in een zeer lage baan om de aarde, op een gemiddelde hoogte van 330 kilometer (205 mijl), waardoor het midden in een heleboel ruimtepuin terechtkomt. Het ISS is bijzonder kwetsbaar voor puininslagen omdat het zo groot is dat het ontworpen moest worden om inslagen van puin met een grootte tot 1 cm te kunnen weerstaan.

Om de dreiging van ander puin het hoofd te kunnen bieden, let het ISS op mogelijke inslagen en gaat uit de weg. “Het ruimtestation was het eerste dat manoeuvres begon uit te voeren om alles wat in de buurt kwam te ontwijken,” Kessler legde uit: ‘Maar het probleem met die manoeuvres is dat je niet kunt voorspellen dat er een botsing. De volgnauwkeurigheid is alleen nauwkeurig genoeg om te zeggen dat er iets op een ongemakkelijke manier dicht bij u langs gaat en dat er een kans op een botsing bestaat. Dus onder die omstandigheden zullen ze manoeuvres uitvoeren.

In het geval van het ISS is het belangrijk om extra voorzichtig te zijn, omdat het zo groot is en omdat er mensenlevens op het spel staan. Er zijn ook alle andere objecten in een lage baan om de aarde waarmee rekening moet worden gehouden, zoals de Hubble-telescoop die op een afstand van ongeveer 545 kilometer (340 mijl) draait en andere zowel bemande als onbemande missies. En dan hebben we het nog niet eens over alle satellieten die zich in een hogere geosynchrone baan bevinden, waar ook een puinprobleem bestaat.

Zou het puin zo erg kunnen worden dat het de lancering van satellieten helemaal verhindert?

De tweede kwestie die moet worden overwogen, is hoe puin toekomstige lanceringen zal beïnvloeden. Als je naar verre planeten reist: als je de aarde achter je laat, reis je zo kort door het puinveld dat het minder waarschijnlijk is dat er een probleem ontstaat. Het probleem doet zich voor als je kijkt naar objecten die permanent in de puinvelden blijven, zoals satellieten en bemande of onbemande ruimtemissies.

“Je kunt de straat veel veiliger oversteken dan er middenin te gaan wonen”, legt Kessler uit.

Momenteel wordt er vooral economisch over deze vraag nagedacht. Naarmate het puin toeneemt, zal het in wezen steeds duurder worden om satellieten te lanceren. Maar wat er daarna zal gebeuren, is nog steeds onbekend vanwege een gebrek aan onderzoek naar dit onderwerp.

“Niemand heeft ooit een antwoord bedacht op ‘hoe slecht is een omgeving te slecht [om satellietlanceringen mogelijk te maken]?’,” zei Kessler. Het is van vitaal belang dat deze vraag wordt beantwoord voordat we er zeker van kunnen zijn op welk punt ruimteschroot ons ervan zal weerhouden objecten volledig in een baan om de aarde te lanceren.

Om het probleem op te lossen hebben we nu agressieve actie nodig

Als we dit probleem gaan oplossen, kunnen we niet alleen maar duimen en er het beste van hopen. Om het puinprobleem echt aan te pakken, zegt Kessler, “moet er agressiever worden opgetreden.”

Het meest dringende probleem betreft de wetgeving. Er zijn overeengekomen richtlijnen over de beperking van puin, zoals een richtlijn dat alles in een baan om de aarde wordt gelanceerd van minder dan 2000 kilometer (1240 mijl) moet opnieuw de atmosfeer ingaan om binnen 25 jaar na zijn missie te verbranden voltooiing. Hiermee wordt de verantwoordelijkheid voor het weghalen van voorwerpen gelegd bij het bedrijf of de instantie die ze lanceert.

Maar zoals het er nu uitziet, zijn dit richtlijnen en geen wetten. Kessler stelt voor dat we de richtlijnen over het verwijderen van puin in regels moeten omzetten, en sancties moeten opleggen aan organisaties die deze niet volgen. Dit zou mensen aanmoedigen om ze te volgen, in ieders voordeel.

Maar zelfs iedereen ertoe aanzetten de huidige richtlijnen te volgen, is wellicht niet voldoende. “Er zijn nogal wat onderzoeken geweest die tot dezelfde conclusie zijn gekomen: zelfs als iedereen de regels zou volgen, zou het onvoldoende zijn om de groei van puin te stoppen,” zei Kessler. Dat komt omdat er nog steeds botsingen plaatsvinden en er steeds meer kleine stukjes puin ontstaan.

Dit is de reden dat we stap twee nodig hebben: het verwijderen van de 500 grootste stukken puin uit de baan. Dit zijn de grote stukken die relatief gemakkelijk te traceren zijn en waarvan we weten dat ze het meeste gevaar opleveren. En dit is waar nieuwe technologie om de hoek komt kijken.

Nieuwe technologieën kunnen ons helpen onze daad op te schonen

Kessler wees op een artikel van NASA-onderzoekers J.C. Liou en N.L. Johnson uit 2006, waarin werd gekeken naar wat er nodig is om ruimtepuin op te ruimen. “Als we volgend jaar zouden beginnen en de komende honderd jaar vijf objecten per jaar zouden verwijderen,” zei Kessler, “zou dat de orbitale omgeving stabiliseren.”

Het is echter een enorme uitdaging om grote objecten uit een baan om de aarde te halen. ‘Deze objecten zijn niet ontworpen om vast te pakken,’ legde Kessler uit, ‘en veel ervan draaien. Voordat je het voorwerp kunt pakken, moet je het draaien stoppen. En sommige daarvan zijn zo groot als schoolbussen.”

Eén suggestie om dit probleem aan te pakken is het creëren van een satellietservicefaciliteit voor satellieten kunnen worden onderhouden en gerepareerd om hun levensduur te verlengen, waardoor een langere periode ontstaat voordat ze dat worden rommel. Dezelfde faciliteit zou zelfs kunnen worden gebruikt om objecten uit de ruimte te halen zodra ze niet langer nodig waren.

Andere ideeën over het opruimen van puin zijn ook in de maak, zoals de Verwijder hetDEBRIS-satellietproject dat zijn het testen van methoden voor het opvangen van puin, waaronder netten, harpoenen en op visie gebaseerde navigatie. De Europese Ruimtevaartorganisatie is dat ook onderzoek naar het verwijderen van puin Samen met het bedrijf Astroscale door te experimenteren met het toevoegen van een dockingmechanisme aan satellieten vóór de lancering, zodat ze gemakkelijker er een kunnen vangen, zijn ze met pensioen.

Een internationaal vraagstuk dat internationale samenwerking vereist

Net als de uitdaging van de klimaatverandering is het probleem van ruimteschroot een internationaal vraagstuk waarvoor internationale samenwerking nodig is. Als we de ruimte willen blijven gebruiken voor wetenschappelijk onderzoek en voor ontsluitende technologieën als communicatie en GPS, we zullen een manier moeten vinden om een ​​deel van de schade die we al hebben aangericht ongedaan te maken – en nieuwe oplossingen moeten vinden voor de toekomst.

Hoewel het niet waarschijnlijk is dat we vast komen te zitten op aarde en ons vermogen om naar andere planeten te reizen volledig verliezen Binnenkort zou het bestaande puinveld rond de planeet een directe invloed kunnen hebben op ons vermogen om te studeren ruimte. “Wat het meeste pijn zal doen is niet het verlies van de toegang tot andere planeten, maar het verlies van de Hubble-telescoop,” zei Kessler. “Uiteindelijk kan het zomaar een stuk puin worden. Het is onze wetenschappelijke nieuwsgierigheid die in gevaar is.”

Aanbevelingen van de redactie

• Op het strand aangespoeld object ter grootte van een auto kan ruimteafval zijn
• Het ruimtestation werd maandagavond gedwongen orbitaal puin te ontwijken
• SpaceX-documentaire over historische missie verschijnt op Netflix
• NASA weegt het risico af als rommel van een oude raket die richting ruimtestation gaat
• We gaan naar de rode planeet! Alle eerdere, huidige en toekomstige missies naar Mars