appesa a terra orbita è come camminare nel mezzo di un selvaggio west frighfight – i proiettili stanno volando dappertutto, e anche se nessuno ha intenzionalmente mirato a te, uno potrebbe avere il tuo nome su di esso. Numerosi di questi proiettili sono satelliti sintetici che sono controllati e monitorati attivamente controllati e monitorati, ma troviamo anche satelliti morti, resti di satelliti, stage di razzi scartati, strumenti persi durante gli spazi stradali e persino macchie di vernice e ruggine, gran parte di esso che copre via a più chilometri al secondo senza alcuna guida.
Durante la rimozione di questi detriti spaziali sarebbe l’ideale, la realtà è che qualsiasi veicolo spaziale e qualsiasi custodia spaziale che deve trascorrere del tempo in orbita deve essere in grado di sostenere almeno alcuni successi da detriti spaziali che hanno un impatto di detriti spaziali.
Meccanica orbitale
Che è facile creare nuovi detriti dovrebbero venire come nessuna sorpresa per nessuno. Ciò che potrebbe richiedere un po ‘più di immaginazione è proprio quanto può prendere per questo detrito per farla strada verso l’atmosfera della Terra, dove si brucerà senza problemi. Tutto in orbita sta cadendo verso la terra, ma la sua velocità tangenziale lo tiene dal colpire – come un marmo che gira intorno al buco in un imbuto. Trascina dall’atmosfera del pianeta è l’attrito che alla fine rallenta l’oggetto verso il basso, e dove orbite nell’atmosfera del pianeta identifica quanto tempo prenderà questa discesa.
Tasso di decadimento orbitale infografica. (Credito: ULA)
Come citato dall’Ufficio del programma Orbital Debris della NASA presso Ares nelle loro FAQ, ci sono oltre 23.000 oggetti detriti superiori a 10 cm in orbita, oltre a molto più di mezzo milione di oggetti tra 1 cm e 10 cm, e milioni di oggetti tra 1 mm e 10 mm. Le principali fonti di detriti orbitali sono esplosioni satellitari e collisioni. Questo include il test anti-satellite del 2007 della Cina (ASAT), così come i test di 2021 ASAT del 2019 e della Russia dell’India, che è accaduto in aggiunta ai test USSR & US 57 (totali) ASAT.
I satelliti in alcuni casi esplodono, come le esplosioni satellitari DSMP US DSMP 2004 e 2015. Altri tempi I satelliti si scontrano con l’altro, come Iridium-33 con Cosmos-2251, viene colpito da detriti o micrometeoriti, e così via. Come in orbita a bassa terra (Leo) detriti tende a viaggiare a velocità fino a 7 km / s.
A seconda della massa dell’oggetto dei detriti, l’effetto di esso che ha un impatto con un satellite o altro oggetto nel suo percorso, probabilmente aggiungendo un altro ~ 7 km / s nella direzione opposta, potrebbe essere il trasferimento di Gigajoule di energia cinetica, equivalente a tonnellate di TNT. Anche un filtro di vernice che viaggia a queste velocità è stato dimostrato di causare danni significativi, specialmente alle strutture delicate come i pannelli solari. Come accennato, ciò rende essenziale che tali strutture possano accettare un certo livello di danni all’impatto.
Sempre i piccoli
Lo scudo gitante utilizzato sulla sonda di Stardust della NASA. (Credito: NASA)
Sebbene certamente trasportando molta più energia, la cosa buona dei pezzi di detriti più grandi è che sono relativamente facili da tracciare utilizzando attrezzature basate sul suolo. Una stazione satellitare o spazio può utilizzare i propulsori a bordo se si avvicina troppo all’orbita di uno di quei grandi pezzi di detriti.
Questo poi lascia soprattutto i detriti più piccoli, specialmente i piccoli fiocchi e cereali troppo piccoli per tracciare, ma con una massa sufficiente per causare danni significativi. Per decenni, la protezione Go-to per la navicella è lo scudo gitante. Proprio come lo scudo multi-shock simile, è un tipo di armatura distanziata, che è un tipo di armatura che ha reso popolare per la prima volta con le navi da guerra del ferro della metà del XIX secolo.
Invece di semplicemente fare armature più spesse, vengono utilizzati più strati, con spazio vuoto o qualche tipo di imbottitura tra loro. Ciò consente di risparmiare sul peso, consentendo un proiettile in entrata a dissipare innocuo la sua energia. Questo stesso principio può essere visto con E.G. Le finestre sull’ISS, che consiste di più strati. Nel caso della cupola della ISS, ci sono quattro strati:
Riquadro dei detriti esterni.
Due pannelli di pressione da 25 mm.
Pannello interiore.
Si prevede che il riquadro esterno dissipasse molte dell’energia di uno sciopero, con lo strato dietro la cattura della nuvola di detriti, che dovrebbe viaggiare a velocità abbastanza lente che non dovrebbero fare danni significativi. Ogni finestra può essere sostituita in orbita dopo il montaggio di un coperchio esterno, dovrebbe soffrire così tanti danni che la sostituzione è giustificata.
Danni osservati alla Gamma solare ISS 3A, Panel 58 (lato cella a sinistra, retro Kapton a destra). Nota il diodo by-pass è scollegato a causa dell’impatto MMOD. (Credito: Hyde et al., 2019)
Per le sezioni rimanenti del ISS, i pannelli balistici sono posizionati a una certa distanza dallo scafo primario, che sono sviluppati per catturare e dissipare l’energia da micrometeoriti e piccoli detriti orbitali. Il danno dei detriti meteoroidi e orbitali sull’ISS è stato studiato per decenni, con un documento 2019 di Hyde et al. descrivendo risultati recenti.
Una scoperta interessante è quella del danno alle ali della gamma solare ISS. In un caso un micromeorite ha colpito uno dei pannelli e creato un foro di diametro di 7 mm. Questo ha distrutto un diodo di bypass nel pannello e ha causato un accumulo corrente che alla fine ha portato a un bruciore lungo quasi 40 cm lungo i bordi di tre cellule.
Ovviamente, proteggere i pannelli solari in questo ambiente è tutt’altro che facile, come per definizione, aggiungendo pannelli protettivi di fronte a loro piuttosto sconfiggere l’intero scopo di avere pannelli solari. L’ISS ha oltre 250.000 celle, con l’aspettativa che alcuni di essi saranno senza dubbio perdersi nel tempo. Nel giugno del 2021, gli astronauti al ISS hanno installato nuovi pannelli solari per sostituire il più antico.
Mentre si sostituiscono i pannelli solari come questa è un’opzione praticabile per affrontare danni accumulati su una stazione spaziale, è meno utile per i satelliti, che dovrebbe quindi avere una sufficiente capacità elettrica in eccesso per affrontare la perdita nel tempo.
Offesa come miglior difesa
Poiché i detriti in alcune orbite appariranno per decenni o più, possiamo raggiungere un punto in cui la rimozione attiva di questi detriti diventa una necessità. Qui è qui che meccanica orbitale e la straordinaria quantità di spazio in, bene, lo spazio rende le cose molto complicate. Anche se il rischio di detriti orbitali è elevato, perché i satelliti e i detriti si muovono in giro abbastanza rapidamente, la densità è molto bassa. Ecco perché gli astronauti sulla ISS non vedono bit di detriti che coprono tutto il tempo.
Questa scarsità rende la rimozione dei detriti attivi un cicciolo e discute perché le recenti missioni di alto profilo come Tojnejbris, ClearSpace-1, e altri concentrati su grandi detriti che viaggiano in orbite precedentemente note. Spesso richiedono i satelliti al trasferimento entro una certa distanza dall’obiettivo e svolgono operazioni delicate. Come stabilito in precedenza, il rischio più grande proviene dai detriti che non possono essere facilmente monitorati, il che sembrerebbe quindi per prevalentemente sconfiggere questi metodi di pulizia.
Qui forse il metodo migliore è quello di cacciare attivamente questi oggetti, ma per prenderli mensili utilizzando un sistema espansivo, proprio come un ragno usa un web per catturare insospettire prede. Questo è ciò che ha in mente il furto Startup Russo con il loro catcher dei detriti in schiuma. L’uso della schiuma per catturare i detriti orbitali non è nuova, con un rapporto ESA dal 2011 coprendo anche l’uso della schiuma in profondità.
Nessuna litinging.
Anche con i servizi di mitigazione in atto, e con i metodi di rimozione dei detriti orbitali che vengono indagati e possibilmente essere implementati nei prossimi decenni, la cosa migliore che possiamo fare ora ora è evitare di fare molto di più un casino. In questi giorni, la gestione del traffico spaziale è gestita principalmente dall’Ufficio delle Nazioni Unite per gli affari degli spazi esterni (UNOOSA), con politiche nazionali a seguito di accordi internazionali sull’evitare detriti orbitali e altre considerazioni.
Il rafforzamento della riutilizzazione della veicolo spaziale è uno sviluppo fortunato. L’obiettivo più grande del programma Space Shuttle degli Stati Uniti – che servirebbe da piattaforma per la manutenzione dei satelliti – non preoccupata mai la fruizione oltre la manutenzione di hubble. Tuttavia, potremmo sperare di vedere presto una fine alla routine scartando semplicemente lasciando interi stadi di razzo che fluttuano, diminuendo almeno una fonte di inquinamento spaziale.