Varför månen behöver ett rymdtrafikkontrollsystem

"Magnifik ödslighet."

Det var de ord som Buzz Aldrin använde för att beskriva månlandskapets enorma tomhet innan han steg upp på dess yta för första gången i juli 1969. Men tänk om månen – eller snarare dess bana – inte var så ödslig trots allt? Tänk om det var mer besläktat med, säg, den blockerade trafiken på en rusningstrafik i Los Angeles? Tänk om verkligen?

Med tanke på att totalt 12 personer har gått på månens yta i mänsklighetens historia, kan det tyckas vara en mycket stor hypotetisk. Men det är också en oroande uppfattning att forskare från University of Arizona, ett universitet som hjälpte till att kartlägga månens yta för Aldrins berömda Apollo 11-uppdrag, ger för närvarande en hel del trodde.

Deras plan – för vilken universitetet nyligen fick 7,5 miljoner dollar i finansiering från Air Force Research Laboratoriets Space Vehicles Directorate – kräver vad som i huvudsak är världens första månflygledning systemet. Avsedd att hålla koll på rymdtrafiken i det för närvarande ospårade cislunarområdet mellan vår planet och månen, kommer det att hjälpa till att undvika måntrafikstockningar – och kanske till och med dödliga kollisioner.

Och det kommer snabbare än du tror till ett månuppdrag nära dig.

Som en kasserad bilplats i rymden

Det var NASA-forskaren Don Kessler som 1978 för första gången påpekade faran med den extremt höga tätheten av objekt som cirkulerar i låg omloppsbana om jorden och hur dessa skulle kunna utlösa en kaskadkedjereaktion av ev. kollisioner. (Titta på början av 2013 års film Allvar för att se hur förödande detta kan vara.)

Idag finns det omkring 23 000 stycken rymdskräp som spåras när de susar runt jorden med hastigheter på cirka 17 500 miles per timme. Av dessa är bara 3 500 aktiva nyttolaster, medan resten – allt från döda satellitnubbar till kasserade raketdelar – är inaktiva, men fortfarande potentiellt farliga, skräp.

"Låt oss föreställa oss att sedan bilens uppfinning tar du bilen från fabriken och lägger gas i den, sedan [kör den tills den tar slut", släpper den och hämtar en ny bil." Vishnu Reddy, en docent vid University of Arizona Lunar and Planetary Laboratory, sade till Digital Trends. "Det är vad vi har gjort i rymden. Varje gång en rymdfarkost får slut på bränsle – och det kan vara en perfekt fungerande rymdfarkost – tappar du den och skjuter upp en ny nyttolast. [Med tiden] ackumuleras saker."

Problemet, sa han, är ett av synlighet: både bokstavligt och bildligt. "Rymden är ett slags svårlöst problem," förklarade Reddy. "Det är inte som en miljökatastrof, eller hur? Du vet, det finns ett oljeutsläpp, du ser pelikanerna täckta av olja, som utlöser en visceral reaktion. Du visar en prick på himlen för vem som helst och de flesta bryr sig inte. Det är som, varför skulle jag bry mig – tills mobiltelefonen slutar fungera eller GPS: en slutar fungera eller fotbollen slutar spela på TV: n. Det är då folk reagerar."

Skräp som förorenar månbanan

Medan jordens kretsande rymdskräp har fick lite uppmärksamhet, är månens rymdskräpproblem till stor del avslöjat. Det beror på att det här åtminstone inte är ett problem för närvarande.

Reddys eget erkännande är månens omloppskanal fortfarande relativt klar. Jämfört med de tusentals katalogiserade objekt som kretsar runt jorden, finns det bara några dussin nyttolaster som kretsar runt månen. Av den lilla handfull satelliter i månbana, de enda anmärkningsvärda (möjligen de enda helt och hållet) inkluderar NASA Lunar Reconnaissance Orbiter, två Artemis-farkoster (P1 och P2) och Kinas Chang'e 5-T1. Det är mindre stor trafikstockning än det motsvarar att upptäcka en annan bil under en flera timmars bilresa genom Wyoming på landsbygden.

Men bara för att det är Wyoming idag betyder det inte att det inte är L.A.s motorväg i morgon. Eller, för att undvika överdrift, åtminstone lite jobbigare än vad det är för närvarande.

"Vi hade den första utforskningen av månen på [1960-talet]," sa Reddy. ”Sedan var det en lugn period i mitten, de senaste 50 åren eller så. Men nu finns det ett förnyat intresse för månutforskning. Under de kommande åtta åren förväntar vi oss att upp till 50 nyttolaster ska gå till månen. Vi vill undvika den typ av situation som vi har på jorden [som äger rum] runt månen, också i månbana."

Detta kan också visa sig vara störande för satelliter och potentiellt farligt för rymdflyguppdrag – både bemannade och obemannade.

Tanken på att ta ett proaktivt förhållningssätt till flygtrafikledning är naturligtvis inte ny. Det är precis vad som hände med traditionell, markbunden flygledning. De första seriösa försöken att utveckla regler för övervakning och kontroll av flygtrafiken kom till 1922, flera år efter den inledande internationella flygkonventionen 1919. Den första personen som officiellt kunde kalla sig en professionell flygledare, Archie League från St. Louis, Missouri, började arbeta 1929. Även om flygresorna började ta fart (pun semi-intended) vid den tiden, var det i sin linda jämfört med vad det skulle bli. Med 173 000 passagerare flyger i USA 1929, jämfört med 926 miljoner passagerare transporterades 2019 var himlen inte precis full. Ändå ansågs det att en lösning behövdes – även om den sannolikt skulle baseras på beräknad tillväxt.

"Jag kommer från världen för att spåra asteroider"

Som man säger, det första steget för att lösa ett problem är att inse att det finns ett problem till att börja med. När det gäller att lösa ett problem av denna komplexitet är dock att erkänna problemet långt ifrån det största hindret. Lyckligtvis, åtminstone initialt, sa Reddy att många av de nuvarande teknologierna som används för att spåra objekt från jorden kan användas för att spåra månbanor.

Reddy och hans studenter i Lunar and Planetary Laboratory använder dedikerade sensorer vid universitetets Biosphere 2 forskningsanläggning för att karakterisera cislunära objekt. Denna utrustningssvit innehåller flera teleskop som är dedikerade till rymddomänmedvetenhet, inklusive ett som byggdes av en grupp tekniska studenter från University of Arizona.

"Mycket av det kan göras med [de markbaserade optiska teleskopen] vi redan har för att göra geostationära saker," sa Reddy. "Det är bara det att de är svagare, så du måste exponera bilden under lång tid och ta en bild som är djupare."

Hans egen bakgrund, noterade han, är "i första hand att göra planetariskt försvar." "Jag kommer från världen för att spåra asteroider, så en Många av verktygen vi använder för detta specifika problem är beroende av planetära försvarsverktyg och teknologier, säger han förklarade. "Asteroidsamhället har spårat riktigt små föremål, långt borta från jorden, i decennier. Vi utnyttjar mycket av mjukvaran och teknikerna [för det här projektet]."

Jag vill bli en månmodell

Det slutliga målet med detta projekt – och det är redan längre fram än du kanske tror – är att bygga en modell som exakt visar varje föremål som kretsar runt månen. Det kommer sedan att markera möjliga konjunktioner (den snygga rymdtermen för krascher) mellan dessa objekt och aktiva nyttolaster. Reddy sa att verktyget kommer att användas för årets Artemis 1 lansering, debuten av NASA: s supertunglyftande bärraket, med målet att skicka en obemannad Orion-rymdfarkost på en retrograd omloppsbana om månen.

Forskarna kommer också att göra sin modell tillgänglig för privata rymdföretag. "Om en tillverkare kommer till oss och säger: 'Hej, vi gör det här uppdraget till månen, kan du kolla efter konjunktioner?' Ja, visst," sa Reddy. "Det är en tjänst vi kommer att tillhandahålla. Vi vill undvika att skräp skapas. Det är mer jobb för oss att spåra många saker. Inte för att vi är lata, men om vi kan undvika det och hålla [månbanan] ren, är det bättre för oss alla."

En bra fråga är hur mycket kraft ett sådant här rymdtrafikledningssystem skulle ha. Låt oss säga, för argumentets skull, att en kinesisk satellit utgör ett möjligt existentiellt hot mot en Amerikansk rymduppskjutning – eller, när detta luftrum blir mer befolkat, riskerar två farkoster en ev kollision. Vem får vara den som gör anspråk på passagerätt i ett eventuellt utomjordiskt kycklingspel? Svår fråga. "Jag tror inte att vi har någon upprätthållande förmåga," sa Reddy. "Det här är mer en akademisk övning [just nu]."

En annan framtida utmaning, som ännu inte har packats upp, kan innebära att lansera faktiska rymduppdrag att distribuera ytterligare orbitaltillgångar som kan hjälpa till att övervaka områden som inte är synliga från jorden, till exempel objekt gömda bakom månen. (Vem vet: Detta kan till och med fungera som en provkörning för liknande initiativ på andra planeter som Mars, som skulle kräva att helt ny infrastruktur anläggs på grund av svårigheten att övervaka dem från Jorden. "Jag tror att vi redan planerar att göra något åt ​​rymdtrafiken runt Mars," sa han.)

Men för närvarande kommer teamet att vara glada om detta proof of concept visar sitt värde som ett verktyg för att stödja våra fortsatta rymdintressen – och återuppliva fascinationen för månen.

"Vårt mål är att mogna detta och visa att något sådant här kan upprätthållas och kan vara användbart," sa Reddy. "Då kommer vi att överföra det till de människor som har det verkliga ansvaret för att hålla det här igång."

Redaktörens rekommendationer

• Föremål i bilstorlek som spolats upp på stranden kan vara rymdskräp
• Se NASA: s nya solpanel vecklas ut på rymdstationen
• NASA utför kritiska tester för månraketen Artemis V
• Jeff Bezos Blue Origin får äntligen ett eftertraktat månkontrakt
• Rymdskräprensningsuppdrag säkrar en resa till rymden