Kesslers syndrom: Vi fångar oss långsamt under ett paraply av rymdskräp

I september 2019 befann sig två satelliter cirka 200 miles över planetens yta zoomar mot varandra med en rasande hastighet på 32 000 miles per timme. Den ena var Europeiska rymdorganisationens (ESA) Aeolus Earth-observationssatellit och den andra var en av SpaceX: s Starlink-satelliter, och med dem båda rusande mot samma region i rymden, uppskattade forskare en sannolikhet på 1 på 1 000 att de skulle kollidera.

Det amerikanska flygvapnet såg de två satelliterna på väg mot varandra och varnade båda organisationerna, men på grund av vad SpaceX beskrev som en "bugg" i sina kommunikationssystem, avböjde de att vidta några åtgärder. Om satelliterna hade kraschat skulle båda ha blivit helt utplånade - och nedslaget skulle ha kastat miljontals små och stora skräpbitar som snurrade ut i rymden. Föreställ dig öppningsscenen från

filmen Allvar, och förstärk nu det med en storleksordning.

Lyckligtvis för oss alla kunde ESA manövrera sin satellit för att undvika kollisionen, och båda satelliterna fortsätter nu säkert i sina banor. Detta nära samtal visar dock vad som kan hända när utrymmet blir för fullt. När tusentals eller till och med miljontals objekt flyger runt vår planet med enorma hastigheter är risken för kollisioner stor.

Vi undersökte vilka konsekvenserna av allt detta rymdskräp som flyter i rymden är, och fick insidan scoop från Donald Kessler, tidigare NASA: s Senior Scientist for Orbital Debris Research och en av världens ledande experter på rymd skräp.

Skräpfällan

När en satellit går sönder går i allmänhet ingen upp i rymden för att fixa den. När en raket kastar en av sina etapper, lämnas scenen att flyta vart den än kastas ut. Och när två objekt i omloppsbana träffar varandra, kan de producera bokstavligen miljontals små partiklar som flyger ut i rymden och slutar kretsa runt jorden.

Allt detta kasserade material är gemensamt känt som rymdskräp. Det är skräpet som vi har lämnat i rymden runt vår planet, och det växer för varje år.

I slutet av 1970-talet, när forskningen om rymdskräp bara började, föreslog Kessler en skrämmande möjlighet: att det en dag kan finnas så mycket skräp i låg omloppsbana som kollisioner skulle kaskaderas tills det var svårt eller omöjligt att skjuta upp satelliter utan att de träffades av skräp. Vi skulle i princip bli fångar på vår egen planet, och vi skulle inte ha någon annan än oss själva att skylla på.

Kollisioner har hänt tidigare och kommer sannolikt att hända igen

Om oron för skräp eller för att SpaceX- och ESA-satelliterna skulle kunna kollidera lät överdrivet för dig är det värt att notera att satelliter har kolliderat tidigare, med fruktansvärda konsekvenser.

År 2009, två satelliter kolliderade med en häpnadsväckande hastighet på 11 700 meter per sekund (26 000 miles per timme), vilket inte bara förstör båda objekten utan också smetar ut ett enormt fält av skräp över deras två banor och därefter. En av satelliterna var en del av Iridium-konstellationen av kommunikationssatelliter, och en var den avaktiverade ryska rymdstyrkans Kosmos-satellit. Kosmos-satelliten hade kastats och lämnats i omloppsbana vid en tidpunkt då få människor tog hotet om skräp på allvar.

Denna händelse väckte människor till allvaret i hotet från skräp. Inte bara kunde det förstöra dyra satelliter, utan kollisionen gjorde problemet mycket värre: NASA uppskattade att händelsen skapade 1 000 skräpbitar större än 10 centimeter i storlek vilket kan fortsätta att hota andra satelliter i tusentals år.

Skräp hotar både den internationella rymdstationen och rymdteleskopet Hubble

Det finns två viktiga frågor att tänka på när det kommer till överbeläggning i rymden. Den första är hur rymdskräp kan påverka farkoster som redan är i omloppsbana runt jorden, till exempel den internationella rymdstationen (ISS). ISS ligger i mycket låg omloppsbana runt jorden, på en medelhöjd av 330 kilometer (205 miles), vilket placerar den i mitten av en hel massa rymdskräp. ISS är särskilt känsligt för skräppåverkan eftersom den är så stor, så den måste konstrueras för att motstå stötar från skräp på upp till 1 cm i storlek.

För att hantera hotet från annat skräp tittar ISS efter potentiella effekter och rör sig ur vägen. "Rymdstationen var den första som började göra manövrar för att undvika allt som kom i närheten av den." Kessler förklarade, "men problemet med de manövrarna är att du inte kan förutse att det kommer att bli en kollision. Spårningsnoggrannheten är bara tillräckligt exakt för att säga att något kommer att passera obehagligt nära dig och att det finns en sannolikhet för en kollision. Så de kommer att göra manövrar under dessa omständigheter."

När det gäller ISS är det viktigt att vara extra försiktig eftersom den är så stor och för att människoliv står på spel. Det finns också alla andra objekt i låg jordomloppsbana att överväga, som Hubble-teleskopet som kretsar runt 545 kilometer (340 miles) och andra uppdrag både bemannade och obemannade. Och det nämner inte ens alla satelliter som sitter i en högre geosynkron bana, där det också finns ett skräpproblem.

Kan skräp bli så dåligt att det förhindrar satellituppskjutningar helt och hållet?

Den andra frågan att överväga är hur skräp kommer att påverka framtida lanseringar. När det gäller att resa till avlägsna planeter, när du lämnar jorden bakom dig reser du genom skräpfältet under så kort tid att det är mindre troligt att det orsakar problem. Problemet uppstår när man tittar på föremål som stannar permanent inom skräpfälten, som satelliter och bemannade eller obemannade rymduppdrag.

"Du kan korsa gatan mycket säkrare än att bo mitt i den", förklarar Kessler.

För närvarande funderas frågan mest i termer av ekonomi. När skräpet förvärras kommer det att bli dyrare och dyrare att skjuta upp satelliter. Men vad som kommer att hända utöver detta är fortfarande okänt på grund av brist på forskning i detta ämne.

"Ingen har någonsin kommit med ett svar på "hur dålig en miljö är för dålig [för att satellituppskjutningar ska vara möjliga]?", sa Kessler. Det är viktigt att denna fråga besvaras innan vi kan vara säkra på vid vilken tidpunkt rymdskräp kommer att hindra oss från att skjuta upp föremål helt i omloppsbana.

För att åtgärda problemet behöver vi aggressiva åtgärder nu

Om vi ​​ska lösa det här problemet kan vi inte bara hålla tummarna och hoppas på det bästa. För att verkligen ta itu med frågan om skräp, säger Kessler, "det måste finnas mer aggressiva åtgärder."

Den mest angelägna frågan är lagstiftningen. Det finns överenskomna riktlinjer om begränsning av skräp, till exempel en riktlinje om att allt som skjuts upp i en omloppsbana på under 2000 kilometer (1240 miles) behöver komma in i atmosfären igen för att brinna upp inom 25 år efter sitt uppdrag komplettering. Detta lägger ansvaret för borttagandet av föremål på företaget eller byrån som lanserar dem.

Men som det ser ut är detta riktlinjer och inte lagar. Kessler föreslår att vi bör göra riktlinjerna om borttagning av skräp till regler och införa straff för organisationer som inte följer dem. Detta skulle uppmuntra människor att följa dem till allas bästa.

Det räcker dock inte ens att få alla att följa de nuvarande riktlinjerna. "Det har gjorts en hel del studier som har kommit till samma slutsats: Även om alla följde reglerna skulle det vara otillräckligt för att stoppa tillväxten av skräp," sa Kessler. Det beror på att kollisioner fortfarande pågår och skapar allt fler små skräpbitar.

Detta är anledningen till att vi behöver steg två: Att ta bort de största 500 skräpbitarna från omloppsbanan. Det är de stora bitarna som är relativt lätta att spåra och som vi vet utgör den största faran. Och det är här ny teknik kommer in.

Ny teknik kan hjälpa oss att städa upp

Kessler pekade på ett papper från NASA-forskare J.C. Liou och N.L. Johnson från 2006, som tittade på vad som skulle krävas för att rensa rymdskräp. "Om vi ​​började nästa år och tog bort fem föremål per år under de kommande 100 åren," sa Kessler, "så skulle det stabilisera omloppsmiljön."

Det är dock extremt utmanande att hämta stora föremål från omloppsbana. "De här föremålen var inte designade för att få tag i," förklarade Kessler, "och många av dem snurrar. Innan du kan ta tag i föremålet måste du stoppa snurrandet. Och några av dessa är lika stora som skolbussar.”

Ett förslag på hur man ska hantera detta problem är att skapa en satellitserviceanläggning där satelliter skulle kunna underhållas och fixeras för att förlänga deras livslängd, och därigenom skapa en längre tidsperiod innan de blir skräp. Samma anläggning kunde till och med användas för att få ner föremål från omloppsbana när de inte längre behövdes.

Andra idéer om hur man rensar skräp är också på gång, såsom Ta bortDEBRIS satellitprojekt som testar metoder för att fånga skräp inklusive nät, harpuner och synbaserad navigering. Europeiska rymdorganisationen är också utreder borttagning av skräp tillsammans med företaget Astroscale genom att experimentera med att lägga till en dockningsmekanism till satelliter före uppskjutning för att göra dem lättare att fånga en de är pensionerade.

En internationell fråga som kräver internationellt samarbete

Liksom utmaningen med klimatförändringar är problemet med rymdskräp en internationell fråga som kommer att kräva internationellt samarbete för att ta itu med. Om vi ​​vill fortsätta använda utrymmet för vetenskaplig forskning och för att möjliggöra teknologier som kommunikation och GPS, vi kommer att behöva hitta ett sätt att ångra en del av den skada vi redan har gjort – samt hitta nya lösningar för framtida.

Medan vi sannolikt inte kommer att fastna på jorden och helt förlora vår förmåga att resa till andra planeter När som helst snart kan det befintliga skräpfältet runt planeten direkt påverka vår förmåga att studera Plats. "Det som kommer att göra mest ont är att inte förlora tillgången till andra planeter, det är att förlora Hubble-teleskopet," sa Kessler. "Det kan så småningom bara bli en skräp. Det är vår vetenskapliga nyfikenhet som är i fara."

Redaktörens rekommendationer

• Föremål i bilstorlek som spolats upp på stranden kan vara rymdskräp
• Rymdstationen tvingades undvika skräp från omloppsbanan på måndagskvällen
• SpaceX-dokumentär om historiskt uppdrag går upp på Netflix
• NASA väger risk som skräp från en gammal raket på väg mot rymdstationen
• Vi åker till den röda planeten! Alla tidigare, nuvarande och framtida uppdrag till Mars