Dlaczego Księżyc potrzebuje systemu kontroli ruchu kosmicznego

„Wspaniałe spustoszenie”.

Tymi słowami Buzz Aldrin opisał ogromną pustkę księżycowego krajobrazu przed pierwszym wejściem na jego powierzchnię w lipcu 1969 roku. Ale co by było, gdyby Księżyc – a raczej jego orbita – nie był jednak taki pusty? A co by było, gdyby bardziej przypominało to, powiedzmy, zator w ruchu ulicznym w Los Angeles w godzinach szczytu? A jeśli rzeczywiście?

Biorąc pod uwagę, że w historii ludzkości po powierzchni Księżyca spacerowało ogółem 12 osób, może się to wydawać bardzo dużą hipotezą. Jednak niepokojący jest również pogląd, że naukowcy z Uniwersytetu w Arizonie, uniwersytetu, który pomogli sporządzić mapę powierzchni Księżyca na potrzeby słynnej misji Aldrina Apollo 11, obecnie dają z siebie naprawdę wiele myśl.

Ich plan – na który uniwersytet otrzymał niedawno 7,5 miliona dolarów z Funduszu Badań Sił Powietrznych Dyrekcja Pojazdów Kosmicznych laboratorium – wzywa do stworzenia czegoś, co jest w istocie pierwszą na świecie księżycową kontrolą ruchu lotniczego system. Ma na celu śledzenie ruchu kosmicznego w obecnie nieśledzonym regionie cislunarnym pomiędzy naszą planetą a Księżycem, pomoże uniknąć korków na Księżycu, a być może nawet śmiertelnych kolizji.

I nadejdzie szybciej, niż myślisz, do misji na Księżyc w pobliżu ciebie.

Jak parking porzuconych samochodów w kosmosie

To naukowiec z NASA Don Kessler w 1978 roku jako pierwszy zwrócił uwagę na niebezpieczeństwo, jakie stwarza niezwykle duża gęstość obiektów krążących po niskiej orbicie okołoziemskiej oraz sposobu, w jaki mogą one wywołać kaskadową reakcję łańcuchową możliwych kolizje. (Obejrzyj Początek filmu z 2013 roku Powaga żeby zobaczyć, jak niszczycielskie może to być.)

Obecnie śledzi się około 23 000 kawałków kosmicznych śmieci, które krążą wokół Ziemi z prędkością około 30 000 km/h. Spośród nich zaledwie 3500 to aktywne ładunki, podczas gdy pozostała część – od martwych jąder satelitów po wyrzucone części rakiet – to nieaktywne, ale nadal potencjalnie niebezpieczne śmieci.

„Wyobraźmy sobie, że od czasu wynalezienia samochodu odbierasz samochód z fabryki i tankujesz go, a następnie [jeździsz nim, aż skończy się benzyna], zostawiasz go i odbierasz nowy samochód” Wisznu Reddy– powiedział Digital Trends profesor nadzwyczajny w Lunar and Planetary Laboratory na Uniwersytecie Arizony. „To właśnie robiliśmy w kosmosie. Za każdym razem, gdy w statku kosmicznym kończy się paliwo – a może to być doskonale działający statek kosmiczny – upuszczasz go i wystrzeliwujesz nowy ładunek. [Z biegiem czasu] rzeczy się kumulują.”

Problem, powiedział, polega na widzialności: zarówno dosłownej, jak i przenośnej. „Przestrzeń kosmiczna to problem nierozwiązywalny” – wyjaśnił Reddy. „To nie jest katastrofa ekologiczna, prawda? Wiesz, jest wyciek ropy, widzisz pelikany pokryte ropą, co wywołuje instynktowną reakcję. Pokazujesz każdemu kropkę na niebie, a większość ludzi nie przejmuje się tym. To tak, dlaczego miałoby mnie to obchodzić – dopóki nie przestanie działać telefon komórkowy, GPS lub piłka nożna nie przestanie grać w telewizorze. Wtedy ludzie reagują.”

Szczątki zanieczyszczające orbitę Księżyca

Podczas gdy krążące wokół Ziemi śmieci kosmiczne tak poświęcono trochę uwagi, problem księżycowych śmieci kosmicznych został w dużej mierze odkryty. Dzieje się tak, ponieważ przynajmniej na razie nie stanowi to problemu.

Jak sam przyznaje Reddy, kanał orbity Księżyca jest obecnie nadal stosunkowo czysty. W porównaniu z tysiącami skatalogowanych obiektów krążących wokół Ziemi, wokół Księżyca krąży zaledwie kilkadziesiąt ładunków. Z małej garstki satelitów na orbicie księżycowej jedyne godne uwagi (prawdopodobnie jedyne w całości) należą: NASA Lunar Reconnaissance Orbiter, dwa statki kosmiczne Artemis (P1 i P2) oraz chińska Chang’e 5-T1. To mniejsze natężenie ruchu niż równoznaczne z zauważeniem innego samochodu podczas wielogodzinnej jazdy przez wiejskie tereny Wyoming.

Ale to, że dzisiaj jest Wyoming, nie oznacza, że ​​jutro nie będzie autostradą w Los Angeles. Albo, żeby nie przesadzać, przynajmniej trochę bardziej zajęty niż obecnie.

„Początkowe badania Księżyca rozpoczęliśmy w latach 60. XX wieku” – powiedział Reddy. „Potem nastąpił spokojny okres, trwający mniej więcej 50 lat. Ale teraz ponownie wzrosło zainteresowanie eksploracją Księżyca. Spodziewamy się, że w ciągu najbliższych ośmiu lat na Księżyc wyśle ​​​​do 50 ładunków. Chcemy uniknąć sytuacji, jaką mamy na Ziemi [mającej miejsce] wokół Księżyca, również na orbicie księżycowej.

Może to również zakłócać działanie satelitów i być potencjalnie niebezpieczne dla misji lotów kosmicznych – zarówno z załogą, jak i bez niej.

Pomysł przyjęcia proaktywnego podejścia do kontroli ruchu lotniczego nie jest oczywiście nowy. Tak właśnie stało się z tradycyjną, naziemną kontrolą ruchu lotniczego. Pierwsze poważne próby opracowania zasad monitorowania i kontroli ruchu lotniczego podjęto w 1922 r., kilka lat po inauguracyjnej Międzynarodowej Konwencji Lotniczej z 1919 r. Pierwszą osobą, która mogła oficjalnie nazywać się zawodowym kontrolerem ruchu lotniczego, był Archie League z St. Louis w stanie Missouri, który rozpoczął pracę w 1929 roku. Chociaż w tamtym czasie podróże lotnicze zaczęły zyskiwać na popularności (gra słów, częściowo zamierzona), były one w powijakach w porównaniu z tym, czym miały się stać. Z 173 000 pasażerów lecąc w USA w 1929 r. w porównaniu do 926 milionów pasażerów transportowanych w 2019 r., niebo nie było szczególnie zatłoczone. Niemniej jednak uznano, że potrzebne jest rozwiązanie – nawet jeśli miało ono opierać się na prognozowanym wzroście.

„Pochodzę ze świata śledzenia asteroid”

Jak to się mówi, pierwszym krokiem do rozwiązania każdego problemu jest rozpoznanie, że problem istnieje. Jednakże, jeśli chodzi o rozwiązanie problemu o tej złożoności, przyznanie się do problemu nie jest największą przeszkodą. Na szczęście, przynajmniej na początku, Reddy powiedział, że wiele obecnych technologii wykorzystywanych do śledzenia obiektów z Ziemi można zastosować do śledzenia orbit Księżyca.

Reddy i jego studenci z Laboratorium Księżycowego i Planetarnego korzystają z dedykowanych czujników w uniwersyteckim ośrodku badawczym Biosfera 2, aby charakteryzować obiekty cislunarne. Ten zestaw sprzętu obejmuje wiele teleskopów przeznaczonych do zwiększania świadomości w dziedzinie przestrzeni kosmicznej, w tym jeden zbudowany przez grupę studentów inżynierii Uniwersytetu w Arizonie.

„Wiele z nich można zrobić za pomocą [naziemnych teleskopów optycznych], które już mamy do wykonywania zadań geostacjonarnych” – powiedział Reddy. „Po prostu są słabsze, więc trzeba długo naświetlać zdjęcie i zrobić zdjęcie, które jest głębsze”.

Zauważył, że jego doświadczenie „zajmuje się przede wszystkim obroną planetarną”. „Pochodzę ze świata śledzenia asteroid, więc a wiele narzędzi, które stosujemy do tego konkretnego problemu, opiera się na narzędziach i technologiach obrony planetarnej” – on wyjaśnione. „Społeczność asteroidów od dziesięcioleci śledzi naprawdę małe obiekty daleko od Ziemi. Wykorzystujemy wiele oprogramowania i technik [w tym projekcie]”.

Chcę być księżycową modelką

Ostatecznym celem tego projektu – a jest to już bardziej zaawansowane, niż mogłoby się wydawać – jest zbudowanie modelu, który dokładnie pokaże każdy obiekt krążący wokół Księżyca. Następnie podświetli możliwe powiązania (fantazyjne określenie kosmiczne awarii) pomiędzy tymi obiektami i aktywnymi ładunkami. Reddy powiedział, że narzędzie będzie wykorzystywane w tegorocznej edycji Start Artemidy 1, debiut superciężkiej rakiety nośnej NASA, której celem jest wysłanie statku kosmicznego Orion bez załogi na wsteczną orbitę Księżyca.

Naukowcy udostępnią swój model także prywatnym firmom kosmicznym. „Jeśli producent przyjdzie do nas i powie: «Hej, wykonujemy tę misję na Księżyc, czy mógłbyś sprawdzić koniunkcje?» Tak, oczywiście” – powiedział Reddy. „To usługa, którą zapewnimy. Chcemy uniknąć tworzenia się gruzu. Śledzenie wielu rzeczy wymaga dla nas więcej pracy. Nie dlatego, że jesteśmy leniwi, ale jeśli uda nam się tego uniknąć i utrzymać [orbitę księżycową] w czystości, będzie to lepiej dla nas wszystkich”.

Dobrym pytaniem jest, jaką moc egzekwowania miałby taki system kontroli ruchu kosmicznego. Załóżmy na potrzeby dyskusji, że chiński satelita stwarza potencjalne zagrożenie egzystencjalne dla Amerykański start kosmiczny – lub, gdy ta przestrzeń powietrzna stanie się bardziej zaludniona, możliwe jest ryzyko dwóch statków kolizja. Kto będzie tym, który rości sobie prawo do przejścia w możliwej pozaziemskiej grze w kurczaki? Trudne pytanie. „Nie sądzę, że mamy jakiekolwiek możliwości egzekwowania prawa” – powiedział Reddy. „To jest bardziej ćwiczenie akademickie [w tej chwili]”.

Kolejnym przyszłym wyzwaniem, które nie zostało jeszcze rozwiązane, może być wysłanie rzeczywistych misji kosmicznych do wdrożenia dodatkowe zasoby orbitalne, które mogą pomóc w monitorowaniu obszarów niewidocznych z Ziemi, takich jak obiekty ukryte za nimi Księżyc. (Kto wie: może to nawet posłużyć jako próba podobnych inicjatyw na innych planetach, takich jak Mars, który wymagałoby stworzenia zupełnie nowej infrastruktury ze względu na trudność w jej monitorowaniu Ziemia. „Myślę, że już planujemy zrobić coś w sprawie zarządzania ruchem kosmicznym wokół Marsa” – powiedział.)

Na razie jednak zespół będzie szczęśliwy, jeśli ten dowód koncepcji wykaże swoją wartość jako narzędzia wspierającego nasze dalsze zainteresowania kosmiczne i ożywienia fascynacji Księżycem.

„Naszym celem jest dojrzenie tego i pokazanie, że coś takiego można utrzymać i może być przydatne” – powiedział Reddy. „Wtedy przekażemy to osobom, które ponoszą prawdziwą odpowiedzialność za utrzymanie tej sytuacji”.

Zalecenia redaktorów

• Obiekt wielkości samochodu wyrzucony na plażę może być kosmicznym śmieciem
• Zobacz, jak nowy układ słoneczny NASA rozwija się na stacji kosmicznej
• NASA przeprowadza krytyczne testy rakiety księżycowej Artemis V
• Blue Origin Jeffa Bezosa w końcu otrzymuje upragniony kontrakt na księżyc
• Misja czyszczenia kosmicznych śmieci zapewnia podróż w kosmos