Vesmírný odpad - Space debris

Počítačem generovaný obrázek představující umístění, ale nikoli relativní velikosti, vesmírného odpadu, jak bylo možné vidět z vysoké oběžné dráhy Země . Dvě hlavní pole trosek jsou prstenec objektů na geosynchronní oběžné dráze Země (GEO) a oblak objektů na nízké oběžné dráze Země (LEO).

Část série na
Znečištění
Znečištění ovzduší Kyselý déšť Index kvality ovzduší Modelování atmosférické disperze Chlorfluoruhlovodík Výfukový plyn Opar Vnitřní vzduch Spalovací motor Globální stmívání Globální destilace Poškozování ozonové vrstvy Částice Perzistentní organická znečišťující látka Smog Aerosol Saze Těkavé organické sloučeniny
Biologické znečištění Biologické znečištění Genetické znečištění
Elektromagnetické znečištění Světlo Ekologické světelné znečištění Nadměrné osvětlení Znečištění rádiového spektra
Přírodní znečištění Ozón Radium a radon v životním prostředí Sopečný popel Blesk
Hluková zátěž Přeprava Přistát Voda Vzduch Kolejnice Udržitelná doprava Městský Sonar Mořští savci a sonar Průmyslový Válečný Abstraktní Ovládání hluku
Radiační znečištění Aktinidy Bioremediace Štěpný produkt Jaderný spad Plutonium Otrava Radioaktivita Uran Elektromagnetické záření a zdraví Radioaktivní odpad
Znečištění půdy Zemědělské znečištění Herbicidy Odpad z hnoje Pesticidy Degradace půdy Bioremediace Defekce Elektrický odporový ohřev Směrné hodnoty Fytoremediace
Znečištění tuhým odpadem Biologicky rozložitelný odpad Hnědý odpad Elektronický odpad Recyklace baterií Plýtvání potravinami Zelený odpad Nebezpečný odpad Biomedicínský odpad Chemický odpad Stavební odpad Otrava olovem Otrava rtutí Toxický odpad Průmyslový odpad Tavení olova Smetí Hornictví Těžba uhlí Těžba zlata Povrchová těžba Hlubinná těžba Těžební odpad Těžba uranu Pevný komunální odpad Odpadky Nanomateriály Znečištění plasty Mikroplasty Odpad z obalů Odpad po spotřebiteli Nakládání s odpady Skládka Tepelné zpracování
Znečištění vesmíru Družice
Tepelné znečištění Městský tepelný ostrov
Vizuální znečištění Letecká doprava Nepořádek (reklama) Dopravní značení Nadzemní elektrické vedení Vandalství
Znečištění vody Zemědělská odpadní voda Nemoci Eutrofizace Oheň voda Sladkovodní Podzemní vody Hypoxie Průmyslové odpadní vody Námořní trosky Monitorování Nečinné znečištění zdroje Znečištění živinami Okyselení oceánů Olejová skvrna Farmaceutický průmysl Septické nádrže Kanalizace Septické nádrže Jáma latrína Lodní doprava Stagnace Síra voda Povrchový odtok Zákal Městský odtok Kvalita vody
Různé Seznamy Nemoci související se znečištěním Nejvíce znečištěná města Kategorie Podle země
Portál životního prostředí  Ekologický portál
proti t E

Vesmírný odpad (také známý jako vesmírný odpad , znečištění vesmíru , vesmírný odpad , vesmírný odpad nebo vesmírný odpad ) je zaniklé umělé objekty ve vesmíru - hlavně na oběžné dráze Země - které již neslouží užitečné funkci. Patří sem opuštěné kosmické lodě-nefunkční kosmické lodě a opuštěné nosné rakety-úlomky související s misí, a zejména četné na oběžné dráze Země, fragmentační úlomky z rozpadu opuštěných těl raket a kosmických lodí. Kromě opuštěných uměle vytvořených předmětů ponechaných na oběžné dráze patří mezi další příklady vesmírných úlomků úlomky z jejich rozpadu, eroze a kolizí nebo dokonce skvrny od barvy, ztuhlé kapaliny vypuzené z kosmických lodí a nespálené částice z raketových motorů na tuhá paliva. Vesmírný odpad představuje riziko pro kosmické lodě.

Vesmírný odpad je typicky negativní externalitou- vytváří pro ostatní externí náklady z počátečních akcí k vypuštění nebo použití kosmické lodi na oběžné dráze Země-náklady, které obvykle nejsou brány v úvahu, ani nejsou plně zahrnuty do nákladů nosného raketoplánu nebo majitel užitečného zatížení. Měření, zmírňování a potenciální odstraňování trosek provádějí někteří účastníci vesmírného průmyslu .

V říjnu 2019 hlásila americká síť pro sledování vesmíru téměř 20 000 umělých objektů na oběžné dráze nad Zemí, včetně 2 218 operačních satelitů. Jedná se však pouze o objekty dostatečně velké, aby je bylo možné sledovat. V lednu 2019 bylo na oběžné dráze odhadováno více než 128 milionů kusů úlomků menších než 1 cm (0,4 palce), asi 900 000 kusů úlomků 1–10 cm a přibližně 34 000 kusů větších než 10 cm (3,9 palce) kolem Země. Když jsou nejmenší objekty umělého vesmírného odpadu (skvrny od barev, pevné částice výfukových plynů raket atd.) Seskupeny do mikrometeoroidů , jsou vesmírnými agenturami někdy označovány jako MMOD (Micrometeoroid and Orbital Debris). Srážky s úlomky se staly nebezpečím pro kosmické lodě; nejmenší předměty způsobují poškození podobné pískování , zejména solárních panelů a optiky, jako jsou teleskopy nebo hvězdné sledovače, které nelze snadno chránit balistickým štítem .

Pod 2 000 km (1 200 mi) nadmořskou výškou Země jsou úlomky hustší než meteoroidy ; většinou jde o prach z pevných raketových motorů, trosky povrchové eroze jako vločky barev a zmrzlá chladicí kapalina z RORSAT (satelity poháněné jadernou energií). Pro srovnání, Mezinárodní vesmírná stanice obíhá v rozmezí 300–400 kilometrů (190–250 mi), zatímco dvě poslední velké události o troskách - zkouška čínských antisatových zbraní v roce 2007 a srážka satelitu v roce 2009 - se odehrály na 800 až 900 kilometrech ( 500 až 560 mi) nadmořská výška. ISS má stínění Whipple, které odolává poškození malým MMOD; známým úlomkům s pravděpodobností kolize přes 1/10 000 se však manévrováním stanice vyhnete .

Dějiny

Vesmírné úlomky se začaly hromadit na oběžné dráze Země okamžitě s prvním vypuštěním umělé družice Sputnik 1 na oběžnou dráhu v říjnu 1957. Ale ještě předtím, kromě přirozeného vyvržení ze Země, lidé mohli produkovat ejekty, které se staly vesmírným odpadem, jako v srpnu 1957 Pascal B test . Po startu Sputniku zahájilo Severoamerické velitelství protiraketové obrany (NORAD) sestavování databáze ( katalogu vesmírných objektů ) všech známých startů raket a objektů, které se dostaly na oběžnou dráhu: satelity, ochranné štíty a horní stupně nosných raket . NASA později publikovala upravené verze databáze ve dvouřádkové sadě prvků a počátkem 80. let 20. století je systém vývěsek CelesTrak znovu publikoval.

Gabbardův diagram téměř 300 kusů trosek z rozpadu pětiměsíční třetí etapy posilovače čínského dlouhého pochodu 4. března 2000

Sledovatelé, kteří krmili databázi, věděli o dalších předmětech na oběžné dráze, z nichž mnohé byly důsledkem výbuchů na oběžné dráze. Některé byly úmyslně způsobeny během testování protisatelitních zbraní (ASAT) v 60. letech a jiné byly důsledkem výbuchu raketových stupňů na oběžné dráze, když se zbytky pohonných hmot rozšiřovaly a rozbíjely jejich tanky. Pro zlepšení sledování si zaměstnanec NORAD John Gabbard vedl samostatnou databázi. Při zkoumání výbuchů vyvinul Gabbard techniku ​​pro předpovídání orbitálních drah svých produktů a nyní jsou široce používány Gabbardovy diagramy (nebo grafy). Tyto studie byly použity ke zlepšení modelování orbitální evoluce a rozpadu.

Když se v 70. letech 20. století stala databáze NORAD veřejně dostupnou, byly na studii v databázi známých umělých satelitních objektů Země použity techniky vyvinuté pro pás asteroidů.

Kamery Baker-Nunn byly široce používány ke studiu vesmírného odpadu.

Kromě přístupů ke snižování úlomků, kde čas a přirozené gravitační/atmosférické efekty pomáhají odstraňovat vesmírné úlomky, nebo řada technologických přístupů, které byly navrženy (většina z nich nebyla implementována) ke snížení vesmírného odpadu, řada učenců poznamenala, že institucionální faktory- politická, právní, ekonomická a kulturní „pravidla hry“-jsou největší překážkou vyčištění prostoru poblíž Země. Do roku 2014 existovala jen malá komerční motivace ke snižování vesmírného odpadu, protože náklady na jeho řešení nejsou přiřazeny subjektu, který jej produkuje, ale spíše připadají na všechny uživatele vesmírného prostředí a spoléhají na lidskou společnost jako celek, který prospívá z vesmírných technologií a znalostí. Byla předložena řada návrhů na zlepšení institucí s cílem zvýšit pobídky ke snížení vesmírného odpadu. Patří sem vládní mandáty k vytváření pobídek, stejně jako společnosti, které přicházejí vidět ekonomický přínos pro snižování úlomků agresivněji než stávající vládní standardní postupy. V roce 1979 NASA založila program Orbital Debris Program pro výzkum zmírňujících opatření pro vesmírný odpad na oběžné dráze Země.

Růst trosek

Během osmdesátých let se NASA a další americké skupiny pokusily omezit růst trosek. McDonnell Douglas implementoval jedno zkušební řešení pro nosnou raketu Delta tím, že se posilovač vzdálil od svého užitečného zatížení a odvzdušnil veškerý pohonný plyn zbývající ve svých nádržích. To eliminovalo jeden zdroj pro nárůst tlaku v nádržích, který předtím způsobil jejich explozi a vytvoření dalších orbitálních trosek. Ostatní země přijímaly toto opatření pomaleji a zejména kvůli řadě startů ze strany Sovětského svazu problém rostl po celé desetiletí.

Následovala nová řada studií, když se NASA, NORAD a další pokoušeli lépe porozumět orbitálnímu prostředí, přičemž každý upravoval počet kusů trosek v zóně kritické hmoty směrem nahoru. Ačkoli v roce 1981 (kdy byl publikován Schefterův článek) byl počet objektů odhadován na 5 000, nové detektory v pozemním elektrooptickém systému pozorování hlubokého vesmíru našly nové objekty. Koncem devadesátých let se mělo za to, že většina z 28 000 vypuštěných objektů se již rozpadla a asi 8500 zůstalo na oběžné dráze. Do roku 2005 to bylo upraveno vzhůru na 13 000 objektů a studie z roku 2006 zvýšila počet na 19 000 v důsledku testu ASAT a srážky satelitu. V roce 2011 NASA uvedla, že bylo sledováno 22 000 objektů.

Model NASA z roku 2006 naznačil, že pokud nedojde k žádným novým startům, prostředí si udrží tehdy známou populaci zhruba do roku 2055, kdy se sama zvýší. Richard Crowther z britské agentury pro hodnocení a výzkum obrany v roce 2002 uvedl, že věří, že kaskáda začne zhruba v roce 2015. Národní akademie věd, shrnující profesionální pohled, zaznamenala všeobecnou shodu, že dvě pásma prostoru LEO - 900 až 1 000 km (620 mil ) a 1 500 km (930 mi) - již překročily kritickou hustotu.

Na evropské konferenci o vzduchu a vesmíru v roce 2009 vědecký pracovník University of Southampton Hugh Lewis předpovídal, že hrozba vesmírného odpadu vzroste v příštím desetiletí o 50 procent a v příštích 50 letech se zečtyřnásobí. V roce 2009 bylo sledováno více než 13 000 blízkých hovorů týdně.

Zpráva americké Národní rady pro výzkum z roku 2011 varovala NASA , že množství obíhajících vesmírných úlomků je na kritické úrovni. Podle některých počítačových modelů množství vesmírných úlomků „dosáhlo bodu zvratu, přičemž v současné době je na oběžné dráze dost na to, aby se neustále srážely a vytvářely ještě další úlomky, což zvyšuje riziko selhání kosmických lodí“. Zpráva vyzvala k mezinárodním předpisům omezujícím úlomky a výzkumu metod likvidace.

Objekty na oběžné dráze Země včetně trosek fragmentace. Listopad 2020 NASA: ODPO

Historie trosek v jednotlivých letech

• V roce 2009 bylo sledováno 19 000 úlomků přes 5 cm (2 palce) americkou sítí pro sledování vesmíru .
• V červenci 2013 jsou na oběžné dráze odhady více než 170 milionů úlomků menších než 1 cm (0,4 palce), asi 670 000 úlomků 1–10 cm a přibližně 29 000 větších kusů úlomků.
• V červenci 2016 obíhá kolem Země téměř 18 000 umělých objektů, včetně 1419 operačních satelitů.
• V říjnu 2019 téměř 20 000 umělých objektů na oběžné dráze nad Zemí, včetně 2 218 operačních satelitů.

Charakterizace

Velikost

Odhaduje se, že v lednu 2019 je přes 128 milionů kusů trosek menších než 1 cm (0,39 palce). Existuje přibližně 900 000 kusů od 1 do 10 cm. Aktuální počet velkých nečistot (definovaných jako 10 cm napříč nebo větší) je 34 000. Technická mezní hodnota měření je c. 3 mm (0,12 palce). Více než 98 procent z 1 900 tun úlomků na nízké oběžné dráze Země v roce 2002 připadalo na zhruba 1 500 objektů, každý o hmotnosti přes 100 kg (220 lb). Celková hmotnost je většinou konstantní i přes přidání mnoha menších předmětů, protože znovu vstupují do atmosféry dříve. V roce 2008 bylo identifikováno „9 000 kusů nevyžádané pošty“ s odhadovanou hmotností 5 500 t (12 100 000 lb).

Nízká oběžná dráha Země

Na oběžných drahách nejblíže Zemi-méně než 2 000 km (1 200 mi) orbitální výšky , označovaných jako oběžná dráha Země (LEO)-se tradičně vyskytovalo jen málo „univerzálních oběžných drah“, které udržují řadu kosmických lodí v konkrétních prstencích (naproti tomu na GEO , jedinou oběžnou dráhu, kterou široce využívá více než 500 satelitů ). To se začíná v roce 2019 měnit a několik společností začalo zavádět rané fáze konstelací satelitního internetu , které budou mít mnoho univerzálních oběžných drah v LEO s 30 až 50 satelity na orbitální rovinu a nadmořskou výšku. Tradičně nejlidnatějšími oběžnými drahami LEO byla řada slunečních synchronních satelitů, které udržují konstantní úhel mezi Sluncem a orbitální rovinou , což usnadňuje pozorování Země díky konzistentnímu slunečnímu úhlu a osvětlení. Slunce synchronní dráhy jsou polární , což znamená, že procházejí přes polární oblasti. Satelity LEO obíhají v mnoha rovinách, obvykle až 15krát denně, což způsobuje časté přiblížení mezi objekty. Hustota satelitů - aktivních i opuštěných - je v LEO mnohem vyšší.

Dráhy jsou ovlivněny gravitačními poruchami (které v LEO zahrnují nerovnoměrnost gravitačního pole Země v důsledku změn hustoty planety) a ke srážkám může dojít z jakéhokoli směru. K nárazům mezi obíhajícími satelity může dojít při teoretickém čelním nárazu rychlostí až 16 km/s; rychlost zavírání by mohla být dvojnásobkem rychlosti oběžné dráhy . Ke srážce satelitu v roce 2009 došlo zavírací rychlostí 11,7 km/s (26 000 mph) a vzniklo přes 2000 velkých úlomků úlomků. Tyto úlomky procházejí mnoha dalšími oběžnými dráhami a zvyšují riziko kolize úlomků.

Předpokládá se, že dostatečně velká kolize kosmických lodí by mohla potenciálně vést ke kaskádovému efektu, nebo dokonce způsobit, že některé zvlášť nízké oběžné dráhy Země budou pro dlouhodobé využití oběžnými satelity skutečně nepoužitelné, což je jev známý jako Kesslerův syndrom . Předpokládá se, že teoretický efekt bude teoretickou nekontrolovanou řetězovou reakcí srážek, které by mohly nastat, exponenciálně zvyšujícími počet a hustotu vesmírných úlomků na oběžné dráze Země a předpokládá se, že bude následovat za hranicí určité kritické hustoty.

Vesmírné mise s posádkou jsou většinou ve výšce 400 km (250 mi) a níže, kde vzdušný odpor pomáhá vyčistit zóny od úlomků. Horní atmosféra není stanovena hustota v určitém orbitální výšce; mění se v důsledku atmosférických přílivů a rozpíná se nebo smršťuje po delší časové období v důsledku vesmírného počasí . Tyto dlouhodobější efekty mohou zvýšit odpor v nižších nadmořských výškách; expanze devadesátých let byla faktorem snížené hustoty úlomků. Dalším faktorem bylo méně startů ze strany Ruska; Sovětský svaz dělal většinu svých startů v roce 1970 a 1980.

Vyšší nadmořské výšky

Ve vyšších nadmořských výškách, kde je odpor vzduchu méně významný, trvá orbitální rozpad déle. Mírný atmosférický odpor , měsíční poruchy , gravitační poruchy Země, sluneční vítr a tlak slunečního záření mohou postupně svádět úlomky do nižších nadmořských výšek (kde se rozpadají), ale ve velmi vysokých nadmořských výškách to může trvat tisíciletí. Přestože jsou oběžné dráhy ve vysokých nadmořských výškách používány méně často než LEO a nástup problému je pomalejší, čísla postupují ke kritickému prahu rychleji.

Mnoho komunikačních satelitů je na geostacionárních oběžných drahách (GEO), shlukují se přes konkrétní cíle a sdílejí stejnou orbitální dráhu. Přestože jsou rychlosti mezi objekty GEO nízké, když se satelit stane opuštěným (například Telstar 401 ), převezme geosynchronní oběžnou dráhu ; jeho orbitální sklon se zvyšuje o 0,8 ° a jeho rychlost se zvyšuje o 160 km/h (99 mph) za rok. Rychlost nárazu dosahuje vrcholu přibližně 1,5 km/s (0,93 mi/s). Orbitální poruchy způsobují posunutí délky nefunkční kosmické lodi a precesi orbitální roviny. Blízké přístupy (do 50 metrů) se odhadují na jeden za rok. Srážkové trosky představují menší krátkodobé riziko než při srážce LEO, ale satelit by pravděpodobně přestal fungovat. Obzvláště náchylné ke srážkám jsou velké objekty, jako jsou satelity sluneční energie .

Ačkoli ITU nyní vyžaduje důkaz, že satelit lze na konci své životnosti přesunout ze svého orbitálního slotu, studie naznačují, že to není dostatečné. Protože oběžná dráha GEO je příliš vzdálená na přesné měření objektů pod 1 m (3 ft 3 in), není povaha problému dobře známá. Satelity bylo možné přesouvat na prázdná místa v GEO, což vyžaduje méně manévrování a usnadňuje předpovídání budoucího pohybu. Satelity nebo zesilovače na jiných oběžných drahách, zejména uvízlé na geostacionární přenosové oběžné dráze , jsou vzhledem ke své typicky vysoké rychlosti křížení dalším problémem.

Navzdory úsilí o snížení rizika došlo ke kolizím kosmických lodí. Evropská kosmická agentura telekomunikační satelit Olympus-1 byl udeřen meteoroid dne 11. srpna 1993, a nakonec se stěhoval do hřbitovní oběžné dráze . 29. března 2006 byl ruský komunikační satelit Express-AM11 zasažen neznámým předmětem a vyřazen z provozu; její inženýři měli dostatek času na kontakt se satelitem, aby jej mohli poslat na oběžnou dráhu hřbitova.

Prameny

Mrtvá kosmická loď

Očekává se, že Vanguard 1 zůstane na oběžné dráze 240 let.

V roce 1958 Spojené státy vypustily Vanguard I na střední oběžnou dráhu Země (MEO). V říjnu 2009 to byly, a horní stupeň startovací rakety, nejstarší přežívající umělé vesmírné objekty, které byly stále na oběžné dráze. V katalogu známých startů do července 2009 uvedla Unie dotčených vědců 902 operačních satelitů ze známé populace 19 000 velkých objektů a asi 30 000 vypuštěných objektů.

Příkladem dalších opuštěných satelitních trosek jsou pozůstatky sovětského programu námořního dohledu RORSAT ze sedmdesátých a osmdesátých let . Jaderné reaktory satelitů BES-5 byly chlazeny chladicí smyčkou ze slitiny sodíku a draslíku , což představovalo potenciální problém, když satelit dosáhl konce své životnosti. Zatímco mnoho satelitů bylo nominálně vysláno na hřbitovní oběžné dráhy ve středních výškách , ne všechny byly. Dokonce i satelity, které byly řádně přesunuty na vyšší oběžnou dráhu, měly po dobu 50 let osmiprocentní pravděpodobnost propíchnutí a uvolnění chladicí kapaliny. Chladicí kapalina zmrzne do kapiček pevné slitiny sodíku a draslíku a vytváří další úlomky.

V únoru 2015 na oběžné dráze explodoval program USAF Defence Meteorological Satellite Program Flight 13 (DMSP-F13), který vytvořil nejméně 149 předmětů z trosek, u nichž se očekávalo, že zůstanou na oběžné dráze po celá desetiletí.

Satelity na oběžné dráze byly záměrně zničeny . Spojené státy a SSSR / Rusko provedly více než 30 a 27 testů ASAT, po nichž následovalo 10 z Číny a jeden z Indie . Nejnovější ASATy byly čínské odposlechy FY-1C , zkoušky ruského PL-19 Nudol , americké odposlechy USA-193 a indické odposlechy neuvedeného živého satelitu .

Ztracené vybavení

Unášená tepelná pokrývka vyfotografovaná v roce 1998 během STS-88 .

Vesmírného odpadu zahrnuje rukavici ztraceného astronaut Ed White v prvním americkém vesmírné procházce (EVA), fotoaparát ztratil Michael Collins u Gemini 10 , s tepelnou dekou ztracené během STS-88 , pytle na odpadky upustil od sovětských kosmonautů během Mir ‚S 15 let života, klíč a zubní kartáček. Sunita Williamsová z STS-116 přišla během EVA o kameru. Během STS-120 EVA na vyztužení roztrženého solárního panelu se ztratil pár kleští a v STS-126 EVA přišla Heidemarie Stefanyshyn-Piper o brašnu na nářadí velikosti kufříku.

Posilovače

Vyhořelý horní stupeň rakety Delta II , vyfotografovaný satelitem XSS 10

Při charakterizaci problému vesmírného odpadu bylo zjištěno, že mnoho odpadu bylo způsobeno horními stupni rakety (např. Inerciální horní fáze ), které skončily na oběžné dráze, a rozpadly se v důsledku rozkladu nevětraného nespáleného paliva. Velká známá událost nárazu však zahrnovala (neporušený) posilovač Ariane . Ačkoli NASA a americké vojenské letectvo nyní vyžadují pasivaci na horním stupni, jiné odpalovací zařízení ne. Spodních stupních, stejně jako raketoplán je na tuhá paliva posilovače nebo programu Apollo ‚s Saturn IB nosných raket , nesahejte na oběžnou dráhu.

11. března 2000 explodoval na oběžné dráze čínský Long March 4 CBERS-1 horní stupeň a vytvořil mrak trosek. Ruský posilovací stupeň Briz-M explodoval na oběžné dráze nad Jižní Austrálií 19. února 2007. Zahájen dne 28. února 2006 s komunikačním satelitem Arabsat-4A selhal, než mohl spotřebovat svůj hnací plyn. Přestože explozi zachytili astronomové na film, kvůli oběžné dráze bylo mračno trosek obtížné změřit radarem. Do 21. února 2007 bylo identifikováno více než 1 000 fragmentů. Celestrak zaznamenal rozchod 14. února 2007. V roce 2006 došlo k osmi rozchodům, nejvíce od roku 1993. Další Briz-M se rozpadl 16. října 2012 po neúspěšném startu Proton-M ze 6. srpna . Množství a velikost trosek nebylo známo. Long 7.března raketový booster vytvoří ohnivá koule viditelné části Utah, Nevada, Colorado, Idaho a Kalifornie na večeru 27. července 2016; jeho rozpad byl široce hlášen na sociálních médiích. V letech 2018–2019 se rozpadly tři různé druhé etapy Atlas V Centaur .

Oběžná dráha roku 2020 SO

V prosinci 2020 vědci potvrdili, že dříve detekovaný objekt blízko Země, 2020 SO , byl nevyžádanou vesmírnou lodí vypuštěnou v roce 1966 na oběžné dráze Země a Slunce.

Zbraně

Minulým zdrojem trosek bylo testování protisatelitních zbraní (ASAT) USA a Sovětským svazem v 60. a 70. letech minulého století. Soubory NORAD ( North American Aerospace Defense Command ) obsahovaly pouze data pro sovětské testy a trosky z amerických testů byly identifikovány až později. Než byl problém s úlomky pochopen, rozšířené testování ASAT skončilo; americký program 437 byl ukončen v roce 1975.

USA v 80. letech restartovaly své programy ASAT s Vought ASM-135 ASAT . Test z roku 1985 zničil 1 tunu (2200 lb) satelit obíhající na 525 km (326 mi), čímž vznikly tisíce úlomků větších než 1 cm (0,39 palce). Vzhledem k nadmořské výšce se atmosférický odpor rozpadl na oběžnou dráhu většiny odpadků během deseti let. Po testu následovalo de facto moratorium.

Známé orbitální roviny Fengyun -1c trosek jednoho měsíce po meteorologická družice je rozpad strany čínské ASAT

Čínská vláda byla odsouzena za vojenské důsledky a množství úlomků z testu protiraketové rakety z roku 2007 , největšího incidentu s jediným vesmírným odpadem v historii (vytvoření více než 2300 kusů velikosti golfového míčku nebo větší, přes 35 000 1 cm (0,4 palce) nebo větší a jeden milion kusů 1 mm (0,04 palce) nebo větší). Cílová družice obíhala mezi 850 km (530 mi) a 882 km (548 mi), částí prostoru poblíž Země, který je nejhustěji osídlen satelity. Vzhledem k tomu, že v této výšce je atmosférický odpor nízký, trosky se pomalu vracejí na Zemi a v červnu 2007 manévrovala kosmická loď NASA Terra, aby se vyhnula nárazu trosek. Dr. Brian Weeden, důstojník amerického letectva a zaměstnanec Secure World Foundation, poznamenal, že čínská satelitní exploze v roce 2007 vytvořila orbitální úlomky více než 3 000 samostatných objektů, které pak vyžadovaly sledování. Dne 20. února 2008 USA vypustily raketu SM-3 z USS Lake Erie, aby zničily vadný americký špionážní satelit, který měl nést 450 kg (1 000 lb) toxického hydrazinového paliva. K události došlo asi na 250 km (155 mi) a výsledné úlomky mají perigeum 250 km (155 mi) nebo nižší. Cílem rakety bylo minimalizovat množství úlomků, které se (podle šéfa strategického velení Pentagonu Kevina Chiltona) rozpadly na začátku roku 2009. Dne 27. března 2019 indický premiér Narendra Modi oznámil, že Indie sestřelila jeden ze svých vlastních satelitů LEO pozemní raketa. Uvedl, že operace, součást mise Shakti , bude hájit zájmy země ve vesmíru. Poté americké velitelství vzdušných sil oznámilo, že sledují 270 nových kusů trosek, ale očekávalo, že se počet bude s pokračujícím sběrem dat stále zvyšovat.

Zranitelnost satelitů vůči úlomkům a možnost útoku na satelity LEO za vzniku mraků úlomků vyvolaly spekulace, že je možné, aby země nemohly provést přesný útok. Útok na satelit o hmotnosti 10 t (22 000 lb) nebo více by silně poškodil prostředí LEO.

Nebezpečí

Mikrometeorit opustil tento kráter na povrchu raketoplánu Challenger čelním oknem je na STS-7 .

K vesmírné lodi

Vesmírné haraburdí může představovat nebezpečí pro aktivní satelity a kosmické lodě. Předpokládá se, že oběžná dráha Země by se mohla stát dokonce neprůchodnou, pokud by riziko kolize příliš vzrostlo.

Protože se však riziko pro kosmické lodě zvyšuje s časem vystavení vysoké hustotě úlomků, je přesnější říci, že by se LEO stalo oběžným plavidlem nepoužitelným . Hrozba plavidlu projíždějícímu přes LEO k dosažení vyšší oběžné dráhy by byla mnohem nižší vzhledem k velmi krátkému časovému rozpětí přechodu.

Kosmická loď bez posádky

Přestože jsou kosmické lodě obvykle chráněny štíty Whipple , sluneční panely, které jsou vystaveny slunci, se opotřebovávají při nárazech s nízkou hmotností. I malé nárazy mohou vytvořit oblak plazmy, což je pro panely elektrické riziko.

Předpokládá se, že satelity byly zničeny mikrometeority a (malými) orbitálními úlomky (MMOD). Nejdříve se předpokládala ztráta kosmu 1275, který zmizel 24. července 1981 (měsíc po startu). Kosmos neobsahoval žádnou těkavou pohonnou látku, takže se zdálo, že v satelitu není nic, co by mohlo způsobit ničivý výbuch, ke kterému došlo. Případ však nebyl prokázán a je předložena další hypotéza, že baterie explodovala. Sledování ukázalo, že se rozpadlo na 300 nových objektů.

Od té doby bylo potvrzeno mnoho dopadů. Například 24. července 1996 byl francouzský mikrosatelit Cerise zasažen fragmenty zesilovače horního stupně Ariane-1 H-10, který explodoval v listopadu 1986. Dne 29. března 2006 byl ruský komunikační satelit Ekspress AM11 zasažen neznámým objekt a je nefunkční. Dne 13. října 2009, Terra utrpěl anomálii selhání jednoho bateriového článku a anomálii ovládání ohřívače baterie, které byly následně považovány za pravděpodobné v důsledku stávky MMOD. Dne 12. března 2010 ztratila Aura energii z jedné poloviny ze svých 11 solárních panelů, což bylo také přičítáno stávce MMOD. Dne 22. května 2013, GOES-13 byl zasažen MMOD, což způsobilo, že ztratilo přehled o hvězdách, které používalo k udržení provozního postoje. Trvalo téměř měsíc, než se kosmická loď vrátila do provozu.

První hlavní satelit kolizi došlo dne 10. února 2009. 950 kg (2,090 lb) opuštěný družice Kosmos 2251 a provozní 560 kg (1230 lb) Iridium 33 srazily, nad severní Sibiří 500 mil (800 km). Relativní rychlost nárazu byla asi 11,7 km/s (7,3 mi/s), tedy asi 42 120 km/h (26 170 mph). Oba satelity byly zničeny a vytvořily tisíce kusů nových menších odpadků, přičemž problémy s právní a politickou odpovědností nebyly vyřešeny ani o několik let později. Dne 22. ledna 2013, Blits (ruský laserem rozmezí satelit) se zasažením úlomky podezření, že je od čínského testu střel proti satelitní 2007 , mění i jeho oběžné dráhy a rychlosti otáčení.

Satelity někdy provádějí manévry zabraňující kolizím a provozovatelé satelitů mohou v rámci plánování manévru sledovat vesmírné úlomky. Například v lednu 2017 se Evropská kosmická agentura rozhodla změnit oběžnou dráhu jedné ze svých tří kosmických lodí mise Roj na základě údajů z amerického Společného střediska pro vesmírné operace , aby se snížilo riziko srážky s kosmickým kosmem-375, opuštěným Ruský satelit.

Vesmírná loď s posádkou

Let s posádkou je přirozeně obzvláště citlivý na nebezpečí, která by mohla představovat spojení vesmírného odpadu na orbitální dráze kosmické lodi. Příklady příležitostných vyhýbacích manévrů nebo dlouhodobějšího opotřebení vesmírných odpadků se vyskytly v misích raketoplánu, vesmírné stanici MIR a mezinárodní vesmírné stanici.

Mise raketoplánu

Dolní křídlo pravého křídla raketoplánu Discovery a dlaždice systému tepelné ochrany, fotografované na STS-114 během manévru s roztečí R-Bar, kde astronauti zkoumají TPS, zda není během výstupu poškozeno

Od prvních misí raketoplánu NASA používala schopnosti sledování vesmíru NORAD k posouzení orbitální dráhy raketoplánu pro úlomky. V 80. letech 20. století to využívalo velkou část kapacity NORAD. K prvnímu manévru zamezujícímu kolizi došlo během STS-48 v září 1991, sedmisekundové popálení rakety, aby se předešlo úlomkům z opuštěného satelitu Kosmos 955 . Podobné manévry byly zahájeny v misích 53, 72 a 82.

K jedné z prvních událostí, které měly propagovat problém s troskami, došlo při druhém letu raketoplánu Challenger , STS-7 . Přední okno zasáhla skvrna barvy, která vytvořila jámu širokou přes 1 mm (0,04 palce). Na STS-59 v roce 1994 bylo přední okno Endeavour postaveno zhruba v polovině své hloubky. Od roku 1998 se zvýšily dopady drobných úlomků.

Čipování oken a menší poškození dlaždic systému tepelné ochrany (TPS) byly již v 90. letech běžné. Shuttle byl později letecky převezen nejprve ocasem, aby převzal větší podíl úlomků na motorech a zadním nákladním prostoru, které se nepoužívají na oběžné dráze ani při sestupu, a jsou tedy méně kritické pro provoz po startu. Když letěly připojené k ISS , obě propojené kosmické lodě byly otočeny, takže lépe obrněná stanice stínila orbiter.

Raketoplán Endeavour měl během STS-118 zásadní dopad na jeho chladič. Vstupní otvor je asi 5,5 mm (0,22 palce) a výstupní otvor je dvakrát větší.

Studie NASA 2005 dospěla k závěru, že úlomky tvoří přibližně polovinu celkového rizika pro raketoplán. Rozhodnutí pokračovat na úrovni exekutivy bylo vyžadováno, pokud byl katastrofický dopad pravděpodobnější než 1 z 200. Na normální misi k ISS (na nízké oběžné dráze) bylo riziko přibližně 1 ku 300, ale opravná mise Hubbleova teleskopu byla pilotována na vyšší orbitální dráze nadmořská výška 560 km (350 mi), kde bylo původně riziko vypočítáno na 1 v 185 (částečně kvůli srážce družic v roce 2009 ). Reanalýza s lepšími počty trosek snížila odhadované riziko na 1 z 221 a mise pokračovala.

Incidenty úlomků pokračovaly v pozdějších misích raketoplánu. Během mise STS-115 v roce 2006 fragment spoji nudí malou díru panely radiátorů v Atlantis ' nákladového prostoru s. Na STS-118 v roce 2007 trosek foukal kulka-like dírou Endeavour " panel chladiče s.

Mir

Nárazové opotřebení bylo pozoruhodné na sovětské vesmírné stanici Mir , protože zůstala ve vesmíru po dlouhou dobu se svými původními panely solárních modulů.

Debris dopady na Mir je solárních panelů degraduje jejich výkon. Poškození je nejvíce patrné na panelu vpravo, který je obrácen k fotoaparátu s vysokým stupněm kontrastu. Rozsáhlé poškození menšího panelu níže je způsobeno nárazem do kosmické lodi Progress.

Mezinárodní vesmírná stanice

ISS také používá stínění Whipple k ochraně svého interiéru před drobnými úlomky. Vnější části (zejména její solární panely ) však nelze snadno chránit. V roce 1989 bylo podle předpovědí panelů ISS degradováno přibližně 0,23% za čtyři roky v důsledku „pískovacího“ účinku nárazů s malými orbitálními úlomky. Vyhýbací manévr se pro ISS obvykle provádí, pokud „existuje šance na úder trosky větší než jedna z 10 000“. V lednu 2014 proběhlo za patnáct let, kdy byla ISS na oběžné dráze, šestnáct manévrů. Do roku 2019 bylo na ISS zaznamenáno více než 1400 dopadů meteoroidů a orbitálních trosek (MMOD).

Jako další způsob, jak snížit riziko pro lidi na palubě ISS operativní řízení požádal posádku do útulku v Sojuzu na třech příležitostech kvůli pozdní varování sutiny-bezdotykových. Kromě šestnácti odpalů rakety a tří objednávek přístřešku na kapsle Sojuz nebyl jeden pokus o manévr dokončen, protože nebylo nutné několikadenní varování k nahrání časové osy manévru do počítače stanice. Událost z března 2009 zahrnovala trosky, o nichž se předpokládá, že se jedná o 10 cm (3,9 palce) kus satelitu Kosmos 1275. V roce 2013 vedení operací ISS neprovedlo manévr, aby se vyhlo jakýmkoli úlomkům, poté, co v předchozím roce provedly rekordní čtyři úlomkové manévry.

Kesslerův syndrom

Kesslerův syndrom, navržený vědcem NASA Donaldem J. Kesslerem v roce 1978, je teoretický scénář, ve kterém je hustota objektů na nízké oběžné dráze Země (LEO) dostatečně vysoká, aby srážky mezi objekty mohly způsobit kaskádový efekt, kde každá kolize generuje vesmírný odpad což zvyšuje pravděpodobnost dalších kolizí. Dále se domníval, že pokud by k tomu mělo dojít, jedna z implikací je, že distribuce trosek na oběžné dráze může způsobit, že vesmírné aktivity a používání satelitů v konkrétních orbitálních rozsazích budou po mnoho generací ekonomicky nepraktické.

Růst počtu objektů v důsledku studií z konce 90. let vyvolal ve vesmírné komunitě diskusi o povaze problému a dřívějších strašlivých varování. Podle Kesslerových derivací z roku 1991 a aktualizací z roku 2001 by prostředí LEO v nadmořské výšce 1 000 km (620 mi) mělo být kaskádové. Došlo však pouze k jednomu velkému incidentu srážky satelitu: srážce družic Iridium 33 a Cosmos 2251. Satelit v roce 2009 způsobil nedostatek zjevných krátkodobých kaskád, což vedlo ke spekulacím, že původní odhady problém nadhodnocují. Podle Kesslera v roce 2010 však kaskáda nemusí být zřejmá, dokud není dostatečně pokročilá, což může trvat roky.

Na Zemi

Saúdští představitelé kontrolují havarovaný modul PAM-D v lednu 2001.

Přestože většina nečistot shoří v atmosféře, větší předměty mohou dosáhnout neporušené země. Podle NASA padl za posledních 50 let na Zemi každý den průměrně jeden katalogizovaný kus odpadu. Přes jejich velikost nedošlo k žádným významným škodám na majetku z trosek. Spalování v atmosféře může také přispět ke znečištění ovzduší.

Mezi pozoruhodné příklady vesmírného odpadu spadajícího na Zemi a ovlivňujícího lidský život patří:

• 1969: Pět námořníků na japonské lodi bylo zraněno, když na palubu jejich lodi narazily vesmírné odpadky ze sovětské kosmické lodi.
• 1978 Sovětský průzkumný satelit Kosmos 954 znovu vstoupil do atmosféry nad severozápadní Kanadou a rozptýlil radioaktivní trosky nad severní Kanadu, část trosek přistála ve Velkém otrockém jezeře.
• Části Skylabu z roku 1979 se snesly nad Austrálii a několik kusů přistálo v oblasti kolem Shire of Esperance, což NASA uložilo pokutu 400 dolarů za odpadky.
• 1987 7metrový pás kovu ze sovětské rakety Kosmos 1890 přistál mezi dvěma domy v kalifornském Lakeportu a nezpůsobil žádnou škodu;
• 1997: žena z Oklahomy, Lottie Williams, byla zasažena bez zranění ramene kusem zčernalého tkaného kovového materiálu o rozměrech 10 cm × 13 cm (3,9 palce × 5,1 palce) potvrzeného jako součást pohonné nádrže rakety Delta II který předloni vypustil satelit amerického letectva.
• 2001: Horní stupeň rakety Star 48 Payload Assist Module (PAM-D) znovu vstoupil do atmosféry po „katastrofickém orbitálním rozpadu“, který narazil do saúdské arabské pouště. Byla identifikována jako raketa horního stupně pro NAVSTAR 32 , satelit GPS vypuštěný v roce 1993.
• 2002: 6letý chlapec Wu Jie se stal první osobou, která byla zraněna přímým nárazem vesmírného odpadu. Utrpěl zlomeninu špičky a otok na čele po bloku hliníku 80 centimetrů o 50 centimetrů a hmotnosti 10 kilogramů z vnějšího pláště druhého zdroje satelitů, který ho zasáhl, když seděl pod tomelem v čínské provincii Shaanxi .
• 2003: Katastrofa v Kolumbii , velké části kosmické lodi dosáhly země a celé systémy vybavení zůstaly nedotčené. Více než 83 000 kusů spolu s ostatky šesti astronautů bylo nalezeno v oblasti vzdálené tři až deset mil kolem Hemphillu v okrese Sabine v Texasu. Další kusy byly nalezeny v řadě od západního Texasu po východní Louisianu, přičemž nejzápadnější kus byl nalezen v Littlefieldu v TX a nejvýchodněji nalezen jihozápadně od Mory v Louisianě. Trosky byly nalezeny v Texasu, Arkansasu a Louisianě. V ojedinělých případech poškození majetku prorazila střecha zubní ordinace kovový držák o délce několika stop. NASA varovala veřejnost, aby se vyhnula kontaktu s troskami kvůli možné přítomnosti nebezpečných chemikálií. 15 let po neúspěchu lidé stále posílali kusy s nejnovějšími, z února 2018, nalezenými na jaře 2017.
• 2007: Vzdušné úlomky z ruského špionážního satelitu viděl pilot letounu LAN Airlines Airbus A340 přepravujícího 270 cestujících při letu nad Tichým oceánem mezi Santiagem a Aucklandem . Úlomky byly hlášeny do 9,3 km (5 nmi) od letadla.
• 2020: Prázdný základní stupeň rakety Long March-5B způsobil nekontrolovaný opětovný vstup-největší objekt, který tak učinil od 39tunové vesmírné stanice Sovětského svazu Saljut-7 v roce 1991-přes Afriku a Atlantický oceán a 12- metr dlouhá trubka pocházející z rakety narazila do vesnice Mahounou v Pobřeží slonoviny.
• 2021: Druhý stupeň Falcon 9 provedl nekontrolovaný opětovný vstup do státu Washington 25. března a vytvořil široce viditelnou „světelnou show“. Tlaková nádoba zabalená v kompozitu přežila návrat a přistála na farmě.

Sledování a měření

Sledování ze země

Radar a optické detektory, jako je lidar, jsou hlavními nástroji pro sledování vesmírného odpadu. Přestože objekty pod 10 cm (4 palce) mají sníženou stabilitu na oběžné dráze, lze sledovat úlomky malé až 1 cm, ale určení oběžných drah pro umožnění opětovného získání je obtížné. Většina odpadků zůstává nepozorována. NASA Orbital Debris observatoř pásové vesmírného odpadu s 3 m (10 ft) tekuté zrcadlo tranzitního dalekohledu . Rádiové vlny FM dokážou detekovat úlomky poté, co je odrazí na přijímač. Optické sledování může být u kosmických lodí užitečným systémem včasného varování.

US Strategic Command udržuje katalog známých okružních objektů, s použitím pozemní radar a dalekohledy a dalekohled vesmírnou bázi (původně odlišit od nepřátelských raket). Edice 2009 obsahovala asi 19 000 předmětů. Další data pocházejí z ESA Space Debris Telescope , TIRA , radarů Goldstone , Haystack a EISCAT a radaru s fázovým polem Cobra Dane , které budou použity v modelech prostředí s troskami, jako je ESA Meteoroid a Space Debris Terrestrial Environment Reference (MASTER).

Měření v prostoru

Zařízení pro dlouhodobou expozici (LDF) je důležitým zdrojem informací o vesmírných odpadcích s malými částicemi.

Hardware vráceného prostoru je cenným zdrojem informací o směrovém rozložení a složení (submilimetrového) toku trosek. LDEF družice dislokovaná mise STS-41, C- Challenger a načteny STS-32 Columbia strávila 68 měsíců na oběžné dráze shromažďovat data sutiny. EURECA satelit, nasadit STS-46 Atlantis v roce 1992 a načteny STS-57 Endeavor v roce 1993, byl také použit pro studium odpadky.

Tyto solární panely z HST byly vráceny mise STS-61 Endeavour a STS-109 Columbia a impaktní krátery studované ESA ověřit své modely. Byly také studovány materiály vrácené od Mir, zejména užitečné zatížení Mir Environmental Effects (které také testovalo materiály určené pro ISS).

Gabbardovy diagramy

Mrak trosek, který je výsledkem jediné události, je studován pomocí bodových grafů známých jako Gabbardovy diagramy, kde jsou perigeum a apogee fragmentů vyneseny s ohledem na jejich oběžnou dobu . Pokud jsou data k dispozici, jsou rekonstruovány Gabbardovy diagramy oblaku raných úlomků před účinky poruch. Často obsahují údaje o nově pozorovaných, dosud nekatalogovaných fragmentech. Gabbardovy diagramy mohou poskytnout důležité pohledy na vlastnosti fragmentace, směr a bod dopadu.

Nakládání s troskami

V průměru zhruba jeden sledovaný objekt denně klesá z oběžné dráhy za posledních 50 let, což je průměr téměř tří objektů denně na slunečním maximu (kvůli ohřevu a expanzi zemské atmosféry), ale jeden zhruba každé tři dny v sluneční minimum , obvykle o pět a půl roku později. Kromě přírodních atmosférických vlivů navrhly korporace, akademici a vládní agentury plány a technologie pro řešení vesmírných odpadků, ale v listopadu 2014 je většina z nich teoretická a neexistuje žádný existující obchodní plán na redukci odpadků.

Řada vědců také poznamenala, že institucionální faktory- politická, právní, ekonomická a kulturní „pravidla hry“-jsou největší překážkou vyčištění prostoru poblíž Země. Neexistuje žádná komerční pobídka, protože náklady nejsou přiřazeny znečišťovatelům , ale byla podána řada návrhů. Dosavadní účinky jsou však omezené. V USA byly vládní orgány obviněny ze zpětného odklonu od předchozích závazků omezit růst trosek, „natož aby řešily složitější otázky odstraňování orbitálních odpadků“. Různé metody odstraňování vesmírných nečistot vyhodnotila Poradní rada pro generování vesmíru , včetně francouzské astrofyzičky Fatoumaty Kébé .

Zmírnění růstu

Prostorová hustota vesmírných odpadků LEO podle nadmořské výšky, podle zprávy NASA 2011 Úřadu OSN pro záležitosti vesmíru

Prostorová hustota vesmírného odpadu podle nadmořské výšky podle ESA MASTER-2001, bez trosek z čínských kolizních událostí ASAT a 2009

Od roku 2010 se obvykle používá několik technických přístupů ke zmírnění růstu vesmírného odpadu, ale neexistuje žádný komplexní právní režim ani struktura přiřazování nákladů, která by omezila vesmírný odpad způsobem, který od poloviny 20. století snížil pozemské znečištění. století.

Aby se zabránilo nadměrnému vytváření umělých vesmírných úlomků, mnoho-ale ne všechny-satelity vypuštěné na oběžnou dráhu nad nízkou zemí jsou nejprve vypuštěny na eliptické oběžné dráhy s perigeami uvnitř zemské atmosféry, takže oběžná dráha se rychle rozpadne a satelity se poté samy zničí návrat do atmosféry. Pro kosmické lodě na vyšších oběžných drahách se používají jiné metody. Patří sem pasivace kosmické lodi na konci její životnosti; stejně jako použití horních stupňů, které se mohou znovu rozběhnout ke zpomalení stupně, aby jej záměrně deorbitovaly, často na první nebo druhé oběžné dráze po uvolnění užitečného zatížení; satelity, které se mohou, pokud zůstanou roky zdravé, deorbitovat z nižších oběžných drah kolem Země. Jiné satelity (jako mnoho CubeSats) na nízkých oběžných drahách pod přibližně 400 km (250 mi) orbitální nadmořské výšky závisí na účincích horních vrstev absorbujících energii, aby spolehlivě deorbovaly kosmickou loď během několika týdnů nebo měsíců.

Stále častěji jsou vyšší stupně strávené na vyšších oběžných drahách-oběžné dráhy, u nichž není možná nízká nebo delorbitová deorbit, a architektury, které podporují satelitní pasivaci na konci života, pasivovány na konci životnosti. Tím se odstraní veškerá vnitřní energie obsažená ve vozidle na konci jeho mise nebo životnosti. I když to neodstraní úlomky nyní opuštěného raketového stupně nebo samotného satelitu, podstatně to sníží pravděpodobnost zničení kosmické lodi a vytvoření mnoha menších kusů vesmírného odpadu, což je jev, který byl běžný v mnoha raných generacích USA a Sovětská kosmická loď.

Pasivace horního stupně (např. Posilovače Delta ) uvolňováním zbytkových pohonných látek snižuje úlomky z orbitálních výbuchů; nicméně ani v roce 2011 ne všechny horní etapy tuto praxi implementují. SpaceX použilo termín „propulzivní pasivace“ pro závěrečný manévr své šestihodinové předváděcí mise ( STP-2 ) druhého stupně Falcon 9 pro americké letectvo v roce 2019, ale nedefinovalo, co všechno tento termín zahrnuje.

Díky zásadám "start-up, one-down" pro oběžné dráhy Země by nosné rakety mohly setkávat, zachytit a obíhat opuštěný satelit z přibližně stejné orbitální roviny. Další možností je robotické tankování satelitů. Experimenty uskutečnila NASA a SpaceX vyvíjí velkoplošnou technologii pro přenos pohonných hmot na oběžné dráze.

Dalším přístupem ke zmírnění úlomků je výslovně navrhnout architekturu mise tak, aby vždy opustila druhý stupeň rakety na eliptické geocentrické oběžné dráze s nízkým perigeem , čímž zajistí rychlý orbitální rozpad a vyhne se dlouhodobému oběžnému odpadu z vyhořelých těl raket. Takové mise často dokončí umístění užitečného zatížení na konečné oběžné dráze pomocí elektrického pohonu s nízkým tahem nebo pomocí malého kopacího stupně k oběhu oběžné dráhy. Samotná fáze kopu může být navržena se schopností přebytečného paliva, aby byla schopna se sama deorbitovat.

Vlastní odstranění

Přestože ITU vyžaduje, aby se geostacionární satelity na konci života přesunuly na oběžnou dráhu, vybrané orbitální oblasti dostatečně nechrání dráhy GEO před úlomky. Raketové stupně (nebo satelity) s dostatkem hnacího plynu mohou vytvořit přímou kontrolovanou de-oběžnou dráhu, nebo pokud by to vyžadovalo příliš mnoho hnacího plynu, může být satelit vynesen na oběžnou dráhu, kde by atmosférický odpor způsobil, že by se nakonec dostal na oběžnou dráhu. To bylo provedeno s francouzským satelitem Spot-1 , což snížilo jeho čas návratu do atmosféry z předpokládaných 200 let na přibližně 15 snížením jeho nadmořské výšky z 830 km (516 mi) na přibližně 550 km (342 mi).

Tyto konstelace Iridium -95 komunikační satelity byly zahájeny v průběhu pětiletého období mezi roky 1997 a 2002, poskytuje sadu datových bodů na limity self-odstranění. Satelitní operátor- Iridium Communications- zůstal v provozu (i když v průběhu období došlo ke změně názvu společnosti prostřednictvím bankrotu společnosti) po dobu dvou desetiletí životnosti satelitů a do prosince 2019 „dokončil likvidaci posledního ze svých 65 funkčních starší satelity “. Tento proces však zanechal téměř jednu třetinu hmotnosti této konstelace (30 satelitů, 20 400 kg (45 000 liber) materiálu) na oběžných drahách LEO ve výšce přibližně 700 km (430 mi), kde je vlastní rozpad poměrně pomalý. 29 z těchto satelitů během svého pobytu na oběžné dráze jednoduše selhalo, a proto se nemohlo deorbitovat, zatímco jeden- Iridium 33- byl zapojen do srážky družic v roce 2009 s opuštěným ruským vojenským satelitem Kosmos-2251 . Nebylo navrženo žádné ustanovení „plánu B“ pro odstranění satelitů, které se samy nemohly odstranit. V roce 2019 však generální ředitel společnosti Iridium Matt Desch uvedl, že Iridium by bylo ochotno zaplatit společnosti pro odstraňování aktivních nečistot za deorbitování zbývajících satelitů první generace, pokud by to bylo možné za dostatečně nízké náklady, řekněme „ 10 000 USD za deorbit, ale [on] uznal, že cena bude pravděpodobně hluboko pod tím, co by společnost zabývající se odstraňováním trosek mohla realisticky nabídnout. “Víte, v jakém okamžiku [to] je zbytečné, ale [očekávám, že náklady se skutečně pohybují v milionech nebo desítkách miliony, za kterou cenu vím, že to nedává smysl “ “

Byly navrženy pasivní metody zvyšování rychlosti orbitálního rozpadu trosek kosmických lodí. Místo raket by mohlo být při startu ke kosmické lodi připojeno elektrodynamické poutko ; na konci své životnosti by se provaz rozvinul, aby kosmickou loď zpomalil. Mezi další návrhy patří posilovací stupeň s upevněním podobným plachtě a velká, tenká, nafukovací balónková obálka.

Externí odstranění

Byla navržena, studována nebo byla vybudována řada přístupů k využití jiných kosmických lodí k odstranění stávajících vesmírných odpadků. Konsensus řečníků na schůzce v Bruselu v říjnu 2012, kterou pořádala nadace Secure World Foundation (americký think tank) a Francouzský institut pro mezinárodní vztahy, uvedlo, že bude nutné odstranit největší úlomky, aby se zabránilo riziku, že se kosmická loď stane nepřijatelnou v dohledné době (bez jakéhokoli doplnění inventáře mrtvých kosmických lodí v LEO). K dnešnímu dni v roce 2019 zpomalily náklady na odstranění a právní otázky týkající se vlastnictví a oprávnění odstraňovat zaniklé satelity národní nebo mezinárodní akci. Současné vesmírné zákony zachovávají vlastnictví všech satelitů s jejich původními operátory, dokonce i trosek nebo kosmických lodí, které jsou zaniklé nebo ohrožují aktivní mise.

Od roku 2006 jsou navíc náklady na jakýkoli z navrhovaných přístupů k vnějšímu odstranění přibližně stejné jako na start kosmické lodi a podle Nicholase Johnsona z NASA nejsou nákladově efektivní.

To se začalo měnit koncem roku 2010, protože některé společnosti plánovaly zahájit externí odstraňování svých satelitů na oběžných drahách v polovině LEO. OneWeb například plánoval využít palubní samočinné odstranění jako „plán A“ pro satelitní deorbit na konci životnosti, ale pokud by se satelit nedokázal odstranit do jednoho roku po skončení životnosti, OneWeb by implementoval „plán B“ a vyslat opakovaně použitelný (multi-transportní misi) vesmírný remorkér, který se připojí k satelitu na již zabudovaném záchytném cíli pomocí upínacího úchytu, který bude vlečen na nižší oběžnou dráhu a uvolněn pro opětovný vstup.

Dálkově ovládaná vozidla

Dobře prostudované řešení využívá dálkově ovládané vozidlo k setkání, zachycení a vrácení nečistot na centrální stanici. Jedním z takových systémů je Space Infrastructure Servicing , komerčně vyvinutý tankovací sklad a servisní kosmická loď pro komunikační satelity na geosynchronní oběžné dráze původně naplánovaná na start v roce 2015. SIS by dokázala „vytlačit mrtvé satelity na oběžné dráhy hřbitova“. Advanced Common Evolved Stage rodina horních stupních je navržen s vysokou zbylé pohonné rozpětí (zachycování opuštěných a de-oběžné dráze) a v prostoru čerpat palivo možnost pro vysoké delta-v povinen de oběžné dráze těžké předměty z geostacionární oběžné dráze . Byl zkoumán satelit podobný přetahování, který by táhl úlomky do bezpečné nadmořské výšky, aby mohl shořet v atmosféře. Když je identifikován úlomek, satelit vytvoří rozdíl v potenciálu mezi úlomky a sebou, poté pomocí svých trysek přesune sebe a úlomky na bezpečnější oběžnou dráhu.

Variace tohoto přístupu spočívá v tom, že dálkově ovládané vozidlo se setká s úlomky, dočasně je zachytí , aby připojilo menší satelit na oběžné dráze a táhne úlomky pomocí popruhu na požadované místo. „Mateřská loď“ by pak táhla kombinaci trosek a malých satelitů pro vstup do atmosféry nebo by ji přesunula na oběžnou dráhu hřbitova. Jedním takovým systémem je navrhovaný Busek ORbital DEbris Remover (ORDER) , který by nesl přes 40 SUL (satelit na umbilikální linii) de-orbitální satelity a pohonnou látku dostatečnou k jejich odstranění.

Cleanspace One

Dne 7. ledna 2010 společnost Star, Inc. oznámila, že obdržela smlouvu od Space and Naval Warfare Systems Command na studii proveditelnosti kosmické lodi bez pohonných hmot ElectroDynamic Debris Eliminator (EDDE) na odstraňování vesmírného odpadu. V únoru 2012 Švýcarské vesmírné středisko na École Polytechnique Fédérale de Lausanne oznámilo projekt Clean Space One, nanosatelitní demonstrační projekt pro sladění oběžné dráhy se zaniklým švýcarským nanosatelitem, jeho zachycení a obíhání společně. Mise zaznamenala několik evolucí, aby dosáhla modelu zachycení inspirovaného pac-manem. V roce 2013 byl zkoumán Space Sweeper with Sling-Sat (4S), drapákový satelit, který zachycuje a vysouvá nečistoty.

V prosinci 2019 Evropská vesmírná agentura zadala první zakázku na úklid vesmírného odpadu. Mise 120 milionů EUR nazvaná ClearSpace-1 (spinoff z projektu EPFL) by měla být zahájena v roce 2025. Jejím cílem je odstranit 100 kg adaptér VEga Secondary Payload Adapter (Vespa) zanechaný letem Vega VV02 na 800 km (500 mil ) oběžná dráha v roce 2013. „Chaser“ chytí haraburdí pomocí čtyř robotických ramen a stáhne ji dolů do zemské atmosféry, kde obě shoří.

Laserové metody

Laser koště používá pozemní laser k ablaci přední část nečistot, produkovat raketa-jako tah, která zpomaluje objekt. Při pokračující aplikaci by úlomky spadly natolik, aby byly ovlivněny atmosférickým odporem. Na konci devadesátých let byl projekt Orion amerického letectva návrhem laserového koštěte. Přestože bylo v roce 2003 naplánováno spuštění testovacího zařízení na raketoplánu, mezinárodní dohody zakazující výkonné laserové testování na oběžné dráze omezily jeho použití na měření. Katastrofa raketoplánu Columbia v roce 2003 projekt odložila a podle Nicholase Johnsona, hlavního vědce a programového manažera pro programovou kancelář Orbital Debris NASA, „V závěrečné zprávě Orionu je spousta malých gotchas. Existuje důvod, proč sedí na polici více než deset let “.

Hybnost fotonů laserového paprsku by mohla přímo přenášet tah na trosky dostačující k přesunutí malých odpadků na nové oběžné dráhy mimo způsob práce satelitů. Výzkum NASA v roce 2011 naznačuje, že odpálení laserového paprsku na kus vesmírného odpadu by mohlo poskytnout impuls 1 mm (0,039 palce) za sekundu a ponechání laseru na troskách několik hodin denně by mohlo změnit jeho průběh o 200 m (660 ft) za den. Jednou nevýhodou je potenciál pro degradaci materiálu; energie může rozbít trosky, což problém ještě zvyšuje. Podobný návrh umístí laser na satelit na synchronní oběžnou dráhu Slunce pomocí pulzního paprsku k vytlačení satelitů na nižší oběžné dráhy, aby se urychlilo jejich opětovné vstupování. Byl předložen návrh na nahrazení laseru ovčákem s iontovým paprskem a další návrhy používají pěnivou kouli aerogelu nebo sprej vody, nafukovací balónky, elektrodynamické řetízky , elektrosoudržnost a vyhrazené protisatelitní zbraně.

Sítě

28. února 2014 vypustila japonská japonská agentura pro průzkum vesmíru (JAXA) testovací satelit „vesmírné sítě“. Start byl pouze provozním testem. V prosinci 2016 vyslala země přes Kounotori 6 na ISS sběrače vesmírného odpadu, pomocí kterého vědci z JAXA experimentují s vytažením haraburdí z oběžné dráhy pomocí postroje. Systém nedokázal prodloužit 700metrový popruh z vozidla zásobujícího vesmírnou stanicí, které se vracelo na Zemi. Dne 6. února byla mise prohlášena za neúspěšnou a vedoucí vědecký pracovník Koichi Inoue novinářům řekl, že „věří, že postroj nebyl uvolněn“.

Od roku 2012 pracuje Evropská vesmírná agentura na návrhu mise na odstranění velkých vesmírných odpadků z oběžné dráhy. Mise e. Deorbit je naplánována na start v roce 2023 s cílem odstranit z LEO úlomky těžší než 4 000 kilogramů (8 800 liber). Studuje se několik technik zachycení, včetně sítě, harpuny a kombinovaného ramene robota a upínacího mechanismu.

Harpuna

Cílem mise RemoveDEBRIS je otestovat účinnost několika technologií ADR na falešných cílech na nízké oběžné dráze Země . Aby mohly být dokončeny plánované experimenty, je platforma vybavena sítí, harpunou, laserovým měřicím přístrojem, vlečnou sítí a dvěma CubeSats (miniaturními výzkumnými satelity). Mise byla zahájena 2. dubna 2018.

Národní a mezinárodní regulace

Neexistuje žádná mezinárodní smlouva, která by minimalizovala vesmírný odpad. Nicméně, Výbor OSN pro mírové využívání kosmického prostoru (COPUOS) zveřejněných nezávazné pokyny v roce 2007, s použitím různých starších národních regulačních pokusů o vytváření standardů pro zmírnění trosek. V roce 2008 výbor projednával mezinárodní „pravidla silničního provozu“, aby zabránil kolizím mezi satelity. Do roku 2013 existovala řada vnitrostátních právních režimů, typicky vytvořených ve spouštěcích licencích, které jsou vyžadovány pro start ve všech zemích, které cestují vesmírem .

USA vydaly soubor standardních postupů pro civilní ( NASA ) a vojenské ( DoD a USAF ) zmírňování oběžných drah v roce 2001. Standard předpokládal odstranění pro oběžné dráhy konečných misí jedním ze tří způsobů: 1) atmosférický návrat, kde dokonce s „konzervativními“ projekce sluneční aktivity, atmosférický odpor omezí životnost nejdéle na 25 let po dokončení mise; “ 2) manévr na „skladovací oběžnou dráhu:“ přesuňte kosmickou loď na jeden ze čtyř velmi širokých rozsahů parkovací oběžné dráhy (2 000–19 700 km (1 200–12 200 mi), 20 700–35 300 km (12 900–21 900 mi), nad 36 100 km (22 400 mi), nebo úplně mimo oběžnou dráhu Země a na jakoukoli heliocentrickou oběžnou dráhu ; 3) „Přímé načtení: Načíst strukturu a odstranit ji z oběžné dráhy, jakmile to bude možné po dokončení mise.“ Standard vyjádřený v možnosti 1, což je standard použitelný pro většinu satelitů a vypuštěných horních stupňů, se začal nazývat „pravidlo 25 let“. USA aktualizovaly ODMSP v prosinci 2019, ale nezměnily pravidlo 25 let, přestože „[m] kdokoli ve vesmírné komunitě věří, že časový rámec by měl být kratší než 25 let“. Neexistuje však shoda na tom, jaký by mohl být nový časový rámec.

V roce 2002 Evropská vesmírná agentura (ESA) spolupracovala s mezinárodní skupinou na vyhlášení podobného souboru standardů, rovněž s „pravidlem 25 let“, které platí pro většinu satelitů a horních stupňů oběžné dráhy Země. Vesmírné agentury v Evropě začaly vyvíjet technické pokyny v polovině 90. let a ASI , UKSA , CNES , DLR a ESA podepsaly v roce 2006 „Evropský kodex chování“, který byl předchůdcem standardu mezinárodní normy ISO, která by začala následující rok. V roce 2008 ESA dále vyvinula „své vlastní“ Požadavky na zmírňování vesmírných úlomků na projekty agentur „, které„ vstoupily v platnost 1. dubna 2008. “

Německo a Francie zveřejnily dluhopisy na ochranu majetku před poškozením troskami. Možnost „přímého vyhledávání“ (možnost č. 3 ve výše uvedených „standardních postupech“ USA) zřídka prováděl jakýkoli národ v oblasti vesmírných letů (výjimka USAF X-37 ) nebo komerční aktér od nejranějších dnů letů do vesmíru kvůli nákladům a složitost dosažení přímého vyhledávání, ale ESA naplánovala na rok 2025 demonstrační misi (Clearspace-1), aby toho dosáhla s jediným malým 100 kg (220 lb) opuštěným horním stupněm při předpokládaných nákladech 120 milionů EUR bez nákladů na start.

Do roku 2006 vyvinula Indická organizace pro výzkum vesmíru (ISRO) řadu nosných prostředků a satelitů ISRO a vyvinula řadu technických prostředků ke zmírnění úlomků (pasivace v horním stupni, zásoby pohonných hmot pro pohyb na oběžné dráhy kolem hřbitova atd.) A aktivně přispívá k inter -koordinace trosek agentur a úsilí výboru OSN COPUOS.

V roce 2007 ISO začala připravovat mezinárodní standard pro zmírňování vesmírných úlomků. Do roku 2010 společnost ISO publikovala „komplexní soubor standardů inženýrství vesmírných systémů, jejichž cílem je zmírnění vesmírného odpadu. [S primárními požadavky] definovanými v normě nejvyšší úrovně, ISO 24113. “ Do roku 2017 byly standardy téměř úplné. Tyto standardy však nejsou pro žádnou stranu závazné ISO ani žádnou mezinárodní jurisdikcí. Jsou jednoduše dostupné k použití jakýmkoli z řady dobrovolných způsobů. „Mohou být přijaty dobrovolně výrobcem nebo provozovatelem kosmické lodi, nebo mohou být uvedeny v platnost prostřednictvím obchodní smlouvy mezi zákazníkem a dodavatelem, nebo mohou být použity jako základ pro stanovení souboru vnitrostátních předpisů o zmírňování vesmírných úlomků“.

Dobrovolná norma ISO také přijala „pravidlo 25 let“ pro „chráněnou oblast LEO“ pod nadmořskou výškou 2 000 km (1 200 mi), kterou dříve (a stále, od roku 2019) používají USA, ESA a OSN mitigační standardy a označuje jej jako „horní hranici doby, po kterou vesmírný systém zůstane na oběžné dráze po dokončení své mise. V ideálním případě by doba k deorbitaci měla být co nejkratší (tj. mnohem kratší než 25 let) ) ".

Holger Krag z Evropské vesmírné agentury uvádí, že od roku 2017 neexistuje žádný závazný mezinárodní regulační rámec a v příslušném orgánu OSN ve Vídni nenastává žádný pokrok.

V populární kultuře

Až do konce světa (1991) je francouzské sci-fi drama odehrávající se na pozadí nekontrolovatelného indického jaderného satelitu, kterému se podle předpovědi vrátí zpět atmosféra a ohrožuje obrovské osídlené oblasti Země.

V Planetes , japonské manga sci-fi (1999-2004) a anime (2003-2004), se příběh točí kolem posádky plavidla pro sběr vesmírných odpadků v roce 2075.

Gravity , film o přežití z roku 2013, který režíroval Alfonso Cuaron , je o katastrofě na vesmírné misi způsobené Kesslerovým syndromem .

V první sérii seriálu Love, Death & Robots (2019), epizoda 11, „Pomocná ruka“, se točí kolem kosmonauta zasaženého šroubem z vesmírného odpadu, který ji srazí ze satelitu na oběžné dráze.

Viz také

Reference

Poznámky

Bibliografie

Další čtení

externí odkazy