211service.com
Przewidywanie kolizji między statkiem kosmicznym a kosmicznym śmieciem
We wrześniu odłamał się kawałek gruzu z 19-letniego niedziałającego satelity NASA 330 mil na niebie. United States Space Surveillance Network (SSN), która jest odpowiedzialna za monitorowanie ponad 22 000 satelitów i innych obiektów na orbicie, wykryła zdarzenie, wykreśliła ścieżkę orbity fragmentu i ustaliła, że kieruje się on na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS). ). Jeśli trafią do laboratorium wartego 100 miliardów dolarów, śmieci mogą spowodować katastrofalne szkody. Po otrzymaniu ostrzeżenia NASA postanowiła wymanewrować statek kosmiczny z trasy gruzu, co obecnie wykonuje około dwa razy w roku. Groźba takiej kolizji wzrosła ponad dwukrotnie w ciągu ostatnich dwóch lat, mówi Nicholas L. Johnson , główny naukowiec NASA zajmujący się szczątkami orbitalnymi.
Zaśmiecanie przestrzeni: Ten wygenerowany komputerowo obraz pokazuje ogromną ilość wytworzonych przez człowieka śmieci na orbicie.
Ponad pół miliona stworzonych przez człowieka obiektów wielkości marmuru lub większych krąży teraz wokół Ziemi – a 15 000 z nich jest większych niż pięść. Te szczątki orbitalne lub śmieci kosmiczne obejmują nieaktywne satelity, zużyte korpusy rakiet, materiały z silników rakietowych na paliwo stałe, fragmenty kolizji i odpady z misji. Większość działających statków kosmicznych używa osłon ochronnych, aby złagodzić wpływ obiektów o średnicy mniejszej niż jeden centymetr. Ale ponieważ większe krążą wokół Ziemi z prędkością pięciu mil na sekundę, każdy z nich może zniszczyć każdego satelitę, z którym się zderzył. Sytuacja zagraża przemysłowi usług satelitarnych o wartości 160 miliardów dolarów, który odgrywa kluczową rolę w międzynarodowych rozmowach telefonicznych, transmisjach telewizyjnych, danych klimatycznych i pogodowych oraz inwigilacji wojskowej.
Tempo wzrostu liczby krążących wokół Ziemi szczątków większych niż 10 centymetrów.
Źródło: NASA
Aby zrozumieć, w jaki sposób takie zagrożenia będą ewoluować i przewidzieć ścieżki śmieci kosmicznych, aby można było uniknąć kolizji, NASA opracowała jeden z najbardziej wyrafinowanych modeli predykcyjnych na świecie. Nazywa Legenda (dla szczątków środowiska niskoziemskiego i geosynchronicznego), trójwymiarowy model symuluje trasy wszystkich możliwych do śledzenia obiektów kosmicznych, a nawet uwzględnia nowe szczątki z przyszłych katastrof. Aby uwzględnić niepewność i losowość, generowane są setki scenariuszy przy użyciu metody Monte Carlo, zestawu algorytmów, które mogą obliczać czynniki ryzyka w złożonym środowisku. Dzięki Legendowi naukowcy NASA wykorzystują średnią z wielu symulacji, aby oszacować liczbę, rozmiar i rodzaj obiektów, które będą się zderzać – i przybliżoną częstotliwość. W przeciwieństwie do modeli używanych przez Połączone Centrum Operacji Kosmicznych Dowództwa Strategicznego USA , który codziennie wykrywa i śledzi duże obiekty oraz monitoruje aktywne satelity pod kątem możliwych kolizji w ciągu 72 godzin, Legend zawiera mniejsze fragmenty i wybiega daleko w przyszłość.
Obowiązujący od 2004 r. model NASA jest stale zasilany danymi zebranymi z wyników testów naziemnych i statków kosmicznych, które rozpadły się na orbicie; z teleskopów i radarów obserwujących niebo; oraz z analizy oznaczonych kraterami powierzchni statków kosmicznych, które powróciły na Ziemię. Oznacza to, że nowe symulacje muszą być uruchamiane w sposób ciągły. Legenda umożliwia naukowcom obliczenie konsekwencji konkretnego rozbicia lub kolizji i pomaga ostrzec kierowników stacji kosmicznej, że na ich drodze może znajdować się kawałek gruzu. Model zaleca również szybkie wystrzelenie satelitów z obszarów, których należy unikać, i będzie kierował naukowcami, gdy po raz pierwszy spróbują opracować i uruchomić technologię usuwania gruzu.
Prognozy kosmiczne: Ten wykres pokazuje skumulowaną liczbę kolizji między obiektami o wielkości 10 centymetrów i większych. Nachylenie krzywej rozpoczynające się w 2009 r. opiera się na przewidywaniu modelu Legenda dotyczącym około 0,14 kolizji powodujących szczątki rocznie między skatalogowanymi obiektami. Rzeczywiste kolizje miały miejsce w 1991, 2005 i 2009 roku. (Modelowane są trzy scenariusze: BAU=biznes jak zwykle; PMD=utylizacja po misji; NFL=brak przyszłych uruchomień)
W swoim przemówieniu na pierwszej konferencji Orbital Debris Removal w zeszłym roku, J.C. Liou, główny naukowiec NASA dla Legend, powiedział, że model przewidział 178 kolizji w ciągu najbliższych 200 lat, z czego 83 katastrofalne na niskiej orbicie okołoziemskiej. Kolizje są spodziewane średnio raz na pięć lat. Ostatnia katastrofa miała miejsce w lutym 2009 roku, kiedy działający satelita telekomunikacyjny Iridium zderzył się z wycofanym rosyjskim satelitą Cosmos z prędkością ponad 15 000 mil na godzinę. Kolizja była pierwszą, która zniszczyła aktywnego satelitę i wygenerowała ponad 2000 nowych kawałków szczątków, które można namierzyć. Wydarzenie to doprowadziło do zmiany polityki, która obowiązywała od czasu utworzenia NASA ponad 50 lat temu. Zgodnie z teorią wielkiego nieba śmieci kosmiczne nie były postrzegane jako główne zagrożenie, ponieważ przestrzeń kosmiczna jest tak rozległa. Teoria wielkiego nieba nie jest już realną koncepcją dla operacji kosmicznych, mówi Chris Moss, dyrektor Joint Space Operations Center w kalifornijskiej bazie sił powietrznych Vandenberg. Satelity są obecnie skoncentrowane na określonych orbitach, zauważa Moss. To już nie jest trywialne, że dowolne dwa obiekty mogą się zderzyć. Traktujemy problem poważnie i przeznaczamy nasze zasoby na sposoby jego rozwiązania.
To zniechęcające zadanie, zwłaszcza że mniejszych kawałków kosmicznych śmieci nie da się łatwo wyśledzić z ziemi. Wkraczamy teraz w czas, w którym środowisko orbitalnych szczątków będzie w coraz większym stopniu kontrolowane przez losowe kolizje, mówi Donald Kessler , konsultant, który 14 lat temu przeszedł na emeryturę z NASA. W 1978 roku, jako młody astrofizyk NASA, Kessler przewidział, że do 2000 roku fragmenty przypadkowych zderzeń na niskiej orbicie okołoziemskiej staną się znaczącym źródłem małych szczątków, co zwiększy prawdopodobieństwo jeszcze większej liczby kolizji. Jego przełomowa gazeta Częstotliwość kolizji sztucznych satelitów: tworzenie pasa gruzu doprowadziły do powstania NASA Biuro Programu Orbital Debris , gdzie spędził 17 lat jako główny naukowiec zajmujący się badaniami nad szczątkami orbitalnymi. W tym czasie przewidywany przez niego scenariusz stał się znany jako Zespół Kesslera .
Kessler niedawno opublikował nowy artykuł weryfikując, czy jego przewidywania z 1978 r. były z grubsza poprawne, i porównał je z dzisiejszym środowiskiem kosmicznym. Jego wniosek: stoimy przed poważnym problemem. Jeśli utrzymamy obecną populację orbitujących statków kosmicznych bez dodawania czegokolwiek innego, tylko w wyniku przypadkowych zderzeń powstawałyby szczątki szybciej niż opór atmosferyczny mógłby oczyścić niską orbitę Ziemi, mówi. Jego rada: czas zacząć aktywnie usuwać z nieba największe szczątki. Model Legend pokazuje, że nawet gdybyśmy pomyślnie uniknęli kolizji ze wszystkimi działającymi statkami kosmicznymi, mówi, nie miałoby to większego wpływu na wynik, ponieważ jest tak wiele śmieci, którymi nie można manewrować.
Wiadomość od modelki wreszcie dociera. W swojej Narodowej Polityce Kosmicznej z 2010 r. prezydent Obama polecił NASA i Departamentowi Obrony oczyszczenie przestrzeni kosmicznej i zapewnił kartę do prowadzenia badań, jak to zrobić. Remediacja to kolejny krok, mówi Johnson. Oczekuje się, że wstępne finansowanie wysiłków na rzecz oczyszczania przestrzeni kosmicznej nastąpi w 2011 roku.