NASA bada laser do usuwania śmieci kosmicznych

W 1978 roku naukowiec NASA Donald Kessler przewidział, że zderzenie dwóch kawałków kosmicznych śmieci może wywołać kaskadę dalszych uderzeń, tworząc niebezpiecznie duże ilości śmieci.

Kessler wskazał, że gdy tempo formowania się gruzu jest szybsze niż tempo jego deorbitacji, wówczas Ziemia zostanie otoczona stałymi pasami śmieci, co jest obecnie znane jako syndrom Kesslera.

Według niektórych szacunków zespół Kesslera już stał się rzeczywistością. W styczniu 2009 roku zderzenie między satelitami Iridium 33 i Cosmos 2251 stworzyło właśnie taką kaskadę. Dwa lata wcześniej chińska armia przetestowała broń antysatelitarną, niszcząc jednego z własnych satelitów o nazwie Fengyun 1C. Oba zdarzenia miały miejsce na wysokości około 800 km.

Obecnie satelita obserwacyjny Ziemi Europejskiej Agencji Kosmicznej, Envisat, krąży mniej więcej na tej wysokości i jest regularnie zagrożony potencjalnymi uderzeniami. Ponad 60 procent tych zagrożeń można przypisać kolizji Iridium/Kosmos lub incydentu w Fengyun.

Ale chociaż kosmiczne śmieci zagrażają większości operatorów kosmicznych, niewielu ma prawdziwą motywację, by coś z tym zrobić. Jeśli pojawi się poważne zagrożenie, zwykle można usunąć satelitę z drogi. To znacznie tańsze niż faktyczne usuwanie śmieci.

Rezultatem jest tragedia sytuacji wspólnego dobra, w której wspólny zasób jest eksploatowany do punktu, w którym staje się bezużyteczny.

W tym miejscu wkracza agencja rządowa, taka jak NASA. Pojawiły się różne pomysły na usuwanie kosmicznych śmieci, z których większość jest bardzo droga.

Dzisiaj James Mason z NASA Ames Research Center w pobliżu Palo Alto i kilku kumpli opisują znacznie tańszą opcję. Ich pomysł polega na niszczeniu pojedynczych kawałków śmieci za pomocą naziemnego lasera, co spowalnia je, aby ostatecznie zejść z orbity.

Oczywiście usuwanie laserem nie jest całkowicie nowe. W latach 90. amerykańskie siły powietrzne badały ten pomysł, myśląc, że wystarczająco silny laser może spowodować ablację obiektu, tworząc siłę, która może zostać wykorzystana do jego deorbitacji. Kłopot z tym pomysłem polega na tym, że tak potężny laser ma oczywisty podwójny cel, który raczej nie zadowoli innych narodów kosmicznych.

Tak więc Mason i jego koledzy zbadali możliwość użycia znacznie słabszego układu, który wykorzystuje pęd samych fotonów do spowolnienia śmieci. Skupiając się na kawałku śmieci przez godzinę lub dwie każdego dnia, obliczyli, że laser o mocy 5 kW może załatwić sprawę i że takie urządzenie może poradzić sobie nawet z dziesięcioma obiektami dziennie.

To może pomóc w oddaleniu śmieci z potencjalnie niebezpiecznych orbit i ostatecznie ich całkowitej deorbitacji. W rzeczywistości Mason i spółka twierdzą, że system mógłby odwrócić syndrom Kesslera, tak że tempo usuwania szczątków ponownie przekracza tempo tworzenia.

Twierdzą, że ich system mógłby nawet posłużyć do manewrowania odpowiednio zaprojektowanymi satelitami, bez konieczności przenoszenia paliwa. Taki system mógłby być sprzedawany jako przedsięwzięcie komercyjne, pomagając w ten sposób za niego zapłacić.

Nie żeby to musiało być strasznie drogie. Mason i jego współpracownicy szacują, że urządzenie testowe można by podrzucić za milion dolarów, które musiałyby być dzielone przez wiele krajów kosmicznych, aby uniknąć nieuniknionych problemów prawnych, które mogłoby wywołać korzystanie z takiego urządzenia.

Oczywiście USA (i oczywiście Chiny) mają już technologię do tego rodzaju pracy, wykorzystując własne systemy antysatelitarne. Rzeczywiście, Mason i współpracownicy twierdzą, że możliwe będzie przeprowadzenie demonstracji o niemal zerowych kosztach przy użyciu istniejących możliwości, takich jak zakres optyczny Starfire w Kirtland AFB.

To tylko kwestia czasu, zanim kawałek kosmicznego śmiecia spowoduje poważne spustoszenie na orbicie, na przykład zagrażając misji załogowej. Po takim incydencie będzie duże zainteresowanie tego rodzaju technologią. A potem zapytamy, dlaczego nie zainwestowaliśmy w technologię, kiedy mieliśmy szansę zapobiec tego rodzaju katastrofie.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1103.1690 : Orbital Debris-Debris Unikanie kolizji

Możesz teraz śledzić blog The Physics arXiv na Świergot

Korekta – 15 marca 2011 r.
W odpowiedzi na ten post Biuro Spraw Publicznych NASA przesłało:
James Mason, autor z Universities Space Research Association, chciałby wyjaśnić kilka punktów dotyczących następujących zdań:
1) Dzisiaj James Mason z NASA Ames Research Center w pobliżu Palo Alto i kilku kumpli…
James Mason jest członkiem Uniwersyteckiego Stowarzyszenia Badań Kosmicznych (USRA). Praca była wynikiem współpracy między USRA, Stanford University i NASA Ames: Mason i Marshall są finansowani przez USRA. Stupl jest finansowany przez Stanford. Levit jest urzędnikiem państwowym NASA.
2) Koncentrując się na kawałku śmieci przez godzinę lub dwie każdego dnia, obliczają, że laser o mocy 5 KW może załatwić sprawę
Sztuczka polega na tym, aby przesunąć obiekt tylko w niewielkim stopniu, zapobiegając w ten sposób kolizji. Efekt tego lasera byłby zbyt słaby, aby szybko wpłynąć na zanik orbity obiektu. Faktyczna deorbitacja szczątkowego obiektu za pomocą lasera wymaga sił około 1000 razy większych. Ostateczna deorbitacja zajęłaby mniej więcej tyle samo czasu, co gdybyśmy go nie oświetlali – może to zająć dekady, w zależności od obiektu.
3) Mason i wsp. szacują, że urządzenie testowe może zostać zniszczone za milion dolarów
Sam laser kosztowałby około miliona dolarów (jest to komercyjnie dostępny laser przemysłowy). Rzeczywisty koszt systemu operacyjnego (w tym teleskopu, optyki adaptacyjnej itp.) jest niejasny, ale prawdopodobnie wyniesie co najmniej dziesiątki milionów.
4) Oczywiście USA (i oczywiście Chiny) mają już technologię do tego rodzaju pracy, wykorzystując własne systemy antysatelitarne. Rzeczywiście, Mason i współpracownicy twierdzą, że możliwe będzie przeprowadzenie demonstracji o niemal zerowych kosztach przy użyciu istniejących możliwości, takich jak zakres optyczny Starfire w Kirtland AFB.
systemy antysatelitarne mogą być zbyt silne. Istniejąca technologia wojskowa jest prawdopodobnie przeznaczona głównie do (w tej chwili) śledzenia i obrazowania innych satelitów. Directed Energy Directorate w Kirtland prawdopodobnie ma większość tego, co byłoby potrzebne do przeprowadzenia demonstracji technologii, jednak w artykule podkreślamy, że ten system powinien być realizowany jako współpraca międzynarodowa ze względu na oczywiste implikacje dla bezpieczeństwa.
Również Jan Stupl, również autor ze Stanford University, skomentował następujące zdanie:
Ich pomysł polega na niszczeniu pojedynczych kawałków śmieci za pomocą naziemnego lasera, co spowalnia je, aby ostatecznie zejść z orbity.
Nasz artykuł dotyczy unikania kolizji, a nie schodzenia z orbity. To samo dotyczy terminu: nie chodzi o „usuwanie” kosmicznych śmieci, ale o „przenoszenie”…

ukryć