At rydde op i nærheden af rummet er meget vanskeligere end det ser ud til
Problemet med rumforurening bekymrer hele luftfartssamfundet. Sådanne hypotetiske udviklinger i lav-jord-kredsløb, såsom Kesslers syndrom, som forudsiger dannelsen af rumrester ude af kontrol, har rørt selv de populære medier. Det er klart, at der er behov for grundforskning for at forstå, hvilken fare selv et lille fragment er fyldt med, og for at beregne, hvor meget vi er villige til at betale for at rydde op i det ydre rum.
I dag er politikere, forskere, teknikere og offentligheden dybt bevidste om spredningen af rumrester. Takket være J-K's grundlæggende arbejde. Liouville og Nicholas Johnson, udgivet i 2006, forstår vi, at affaldshastigheden sandsynligvis vil fortsætte med at stige i fremtiden, selvom alle opsendelser stoppes. Årsagen til denne vedvarende vækst er de kollisioner, der forventes at opstå mellem satellitter og raketfaser, der allerede er i kredsløb. Dette bekymrer mange satellitoperatører, som er tvunget til at træffe passende foranstaltninger for at beskytte deres aktiver.
Nogle eksperter mener, at disse hændelser kun vil være begyndelsen på en række kollisioner, der vil gøre det næsten umuligt at få adgang til lav jordbane. Dette fænomen, som først blev beskrevet detaljeret af NASA -konsulent Donald Kessler, kaldes almindeligvis Kesslers syndrom. Men virkeligheden vil sandsynligvis være meget forskellig fra lignende forudsigelser eller begivenheder vist i spillefilmen "Gravity". De resultater, der blev præsenteret for Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (IADC) på den sjette europæiske konference om emnet, indikerede en forventet stigning i snavs på kun 30 procent over 200 år med kontinuerlige opsendelser.
Kollisioner vil stadig forekomme, men virkeligheden vil være langt fra det katastrofale scenario, som nogle frygter. Væksten i mængden af rumrester kan reduceres til et ganske beskedent niveau. IADC -forslaget er at udbrede og nøje overholde retningslinjerne for begrænsning af rumrester, især med hensyn til neutralisering af energikilder, som bør være fuldt udviklet ved afslutningen af flyvningen og bortskaffelse efter flyvningens afslutning. Ikke desto mindre kræver den forventede stigning i affaldsmængden på trods af den igangværende indsats fra IADC's synspunkt stadig indførelse af yderligere foranstaltninger til bekæmpelse af de eksisterende risikofaktorer.
Ingen fremgang?
Betydelig interesse for genvinding af rummiljøet blev noteret ni år efter offentliggørelsen af Liouville og Johnsons arbejde. Især er der taget skridt rundt om i verden for at udvikle metoder til fjernelse af objekter fra lav jordbane. Det Europæiske Rumagentur, for eksempel, meddelte for nylig, at det har til hensigt at sikre regeringens støtte til opsendelsen af et europæisk rumfartøj i det næste årti. Agenturet har gennemført adskillige undersøgelser for at bestemme rationelle og pålidelige måder at nå målet på. Et centralt element i planlægningen var computermodeller af affaldsrummet, som viste, at vækst af snavs kunne forhindres ved at fjerne specifikke rumfartøjer eller raketstadier. I computersimuleringer identificeres disse objekter som de mest udsatte for kollisioner, så efter at de er fjernet fra kredsløb, bør antallet af kollisioner falde kraftigt, hvilket forhindrer fremkomsten af nyt affald som følge af spredning af snavs.
Næsten ti år er gået siden offentliggørelsen af Liouville og Johnsons arbejde, og det er overraskende, at der på internationalt eller nationalt plan ikke er nogen metodologiske principper, der klart definerer foranstaltninger til eliminering af konsekvenserne af forurening af rummet nær jorden. Der ser ud til at være en vis apati omkring udviklingen af en affaldsbortskaffelsesprocedure, på trods af opfordringer til handling. Men er det virkelig sådan?
Faktisk er situationen ikke så enkel, som den ser ud til. Med hensyn til proceduren for fjernelse af pladsrester er der nogle grundlæggende spørgsmål, der stadig skal besvares. Af særlig bekymring er spørgsmål vedrørende ejerskab, ansvarlighed og gennemsigtighed. For eksempel kan mange af de teknologier, der tilbydes til fjernelse af snavs, også bruges til at fjerne eller deaktivere et aktivt rumfartøj. Derfor kan man forvente beskyldninger om, at disse teknologier er våben. Der er også spørgsmål om omkostningerne ved et konsekvent program til bortskaffelse af affald. Nogle teknikere har estimeret det til snesevis af billioner dollars.
Den måske vigtigste årsag til manglen på tilstrækkelige metodologiske principper ligger dog i, at vi endnu ikke ved, hvordan vi skal udføre genvinding, hvorved vi i praksis mener rensning af det ydre rum. Men det betyder ikke, at vi ikke ved, hvilke teknologier vi har brug for.
Algoritmer til engangsbrug er allerede praktisk taget udviklet. Det virkelige problem stammer fra en tilsyneladende simpel opgave: at bestemme det "korrekte" affald, der skal fjernes fra kredsløb. Og indtil vi kan løse dette problem, ser det ud til, at vi ikke vil være i stand til at genvinde plads.
Spiller vragdele
For at indse den problematiske karakter ved at løse en så tilsyneladende simpel opgave som at identificere affald, der skal fjernes, bruger vi analogien til et spil med et dæk på 52 almindelige spillekort. I denne analogi repræsenterer hvert kort et objekt i det ydre rum, som vi måske vil fjerne for at forhindre et sammenstød. Efter at kortene er blevet delt, placerer vi hvert kort individuelt med forsiden nedad på bordet. Vores mål er nu at forsøge at identificere esserne og fjerne dem fra bordet, da disse kort repræsenterer satellitter eller andre store genstande af rumrester, der kan blive deltagere i kollisionen på et tidspunkt i fremtiden. Vi kan fjerne så mange kort fra bordet, som vi vil, men når vi fjerner et kort, skal vi betale $ 10. Når vi bevæger os væk, har vi desuden ingen ret til at se på kortet (hvis en satellit fjernes fra kredsløbet, kan vi ikke med sikkerhed sige, hvad den præcist kan blive en deltager i sammenstødet). Endelig skal vi betale $ 100 for hvert es, der er tilbage på bordet, hvilket repræsenterer de potentielle tab som følge af kollisioner, der involverer vores satellitter (i virkeligheden kan omkostningerne ved at udskifte en satellit variere fra $ 100.000 til $ 2 milliarder dollars).
Nå, hvordan kan vi løse dette problem? På bagsiden er alle kortene ens, så der er ingen måde at fortælle, hvor esserne er, og den eneste måde at sikre, at vi har ryddet alle esserne, er at rydde alle kortene fra bordet. I vores eksempel vil dette maksimalt koste $ 520. I det ydre rum står vi over for det samme problem: Vi ved ikke præcis, hvilke objekter der kan være involveret i kollisioner, men det er for dyrt at fjerne dem alle, så vi er nødt til at vælge. Lad os antage, at vi har truffet et valg: at fjerne et kort til en værdi af $ 10, hvad er sandsynligheden for, at vi har fjernet et es? Nå, sandsynligheden for at kortet er et es er fire delelig med 52, med andre ord cirka 0, 08 eller 8 procent. Således er sandsynligheden for at kortet ikke er et es 92 procent. Dette er sandsynligheden for, at vi spildte vores $ 10.
Hvad sker der, hvis vi denne gang tager et andet kort (hvilket vil koste os yderligere $ 10)? Sandsynligheden for, at det andet kort er et es, afhænger af, om det første kort var et es. Hvis dette var tilfældet, så er sandsynligheden for at det andet kort også er et es tre divideret med 51 (for nu er der kun tre esser i bunken, som er faldet med et kort). Hvis det første kort ikke er et es, er sandsynligheden for at det andet kort er et es fire divideret med 51 (fordi der stadig er fire esser i det mindre dæk).
Vi kan bruge denne metode til at bestemme sandsynligheden for, at vi har fjernet begge esser - vi gange simpelthen sandsynlighederne for at finde svaret: 4/52 gange 3/51, hvilket giver os en sandsynlighed på 0,0045 eller 0,45 procent værd $ 20 pr. To kort fjernet. Ikke særlig opmuntrende.
Vi kan dog også bestemme sandsynligheden for at fjerne mindst et af esserne. Efter at have trukket to kort, er der 15 procent chance for, at vi med succes har fjernet mindst et af esserne. Dette lyder mere lovende, men oddsene er heller ikke særlig gode nu.
Det viser sig, at for at øge chancerne for at trække mindst et af esserne, skal vi fjerne mere end ni kort (værd $ 90) eller mere end 22 kort (værd $ 220), hvis vi vil være 90 procent sikre at vi har fjernet et af esserne. Selvom det lykkes, er der stadig tre esser på bordet, så i alt skal vi stadig betale $ 520, hvilket tilfældigt er det samme beløb, som vi skulle betale, hvis vi havde valgt muligheden med fjernelsen. Alle kort.
Spillene er slut
Når vi vender tilbage fra vores analogi tilbage til det virkelige rummiljø, ser situationen ud til at være mere alarmerende. I øjeblikket spores cirka 20.000 objekter i kredsløb ved hjælp af det amerikanske netværk af rumobservationsstationer, hvor omkring seks procent af disse objekter vejer mere end et ton, hvilket hypotetisk kunne deltage i en kollision, og som vi måske vil fjerne … I kortanalogien er vores problem, at bagsiden af alle kort er den samme, og sandsynligheden for, at det ene er et spade -ess, er det samme som sandsynligheden for, at det andet også er et es. Der er ingen måde at identificere de kort, du ønsker, og fjerne dem fra bordet. I virkeligheden er vores chancer for at undgå en kollision meget højere end i et kortspil, for i kredsløb kan vi se sandsynligheden for, at nogle objekter bliver involveret i kollisioner, og vi kan fokusere vores opmærksomhed på dem. For eksempel er objekter, der befinder sig i tæt befolkede kredsløb, såsom heliosynkrone i højder mellem 600 og 900 kilometer, mest sandsynligt involveret i kollisioner på grund af overbelastning i denne zone. Hvis vi fokuserer vores opmærksomhed på lignende objekter (og andre på lignende overbelastede baner) og tager hensyn til forudsigelserne om muligheden for deres kollision, viser det sig, at vi skal fjerne omkring 50 objekter for at reducere det forventede antal katastrofale kollisioner med kun en enhed, hvilket følger af forskningsresultaterne foretaget af medlemmer af IADC rumagentur.
Og det viser sig, at selvom flere objekter kan fjernes af et enkelt renere rumfartøj (og fem mål ser ud til at være et alsidigt alternativ), skal mange flyvninger - ofte udfordrende og ambitiøse - udføres kun for at forhindre en kollision.
Hvorfor er vi ikke i stand til mere præcist at forudsige sandsynligheden for kollisioner og kun fjerne de objekter, som vi med sikkerhed ved vil være farlige? Der er mange parametre, der kan påvirke en satellits bane, herunder satellitens orientering, uanset om det er uregelmæssig bevægelse eller rumvejr (som kan påvirke træk, satellitter oplever). Selv små fejl i de oprindelige værdier kan føre til store uoverensstemmelser i resultaterne af beregning af satellitens position i forhold til virkeligheden og efter en relativt kort periode. Faktisk bruger vi den samme teknik som forudsigere: vi bruger modeller til at generere sandsynligheden for specifikke resultater, men ikke det faktum, at disse resultater nogensinde vil blive opnået.
Således har vi teknologier, der lejlighedsvis kan bruges til at fjerne pladsrester. Dette er den holdning, som European Space Agency indtog med deres planlagte mission e. Deorbit, men der er stadig problemer, der skal løses for at identificere de mest egnede objekter til fjernelse. Disse problemer skal løses, før de nødvendige retningslinjer og metodologiske principper kan stilles til rådighed for dem, der er interesseret i at udarbejde et langsigtet program til fjernelse af rumrester, der er afgørende for effektiv miljøsanering.
Metodiske principper med hensyn til bestemte steder, deres antal, krav og begrænsninger er afgørende for at øge sandsynligheden for, at bestræbelser på at afhjælpe miljøet vil være effektive og værdifulde. For at udvikle sådanne metodologiske principper må vi genoverveje vores urimelige forventninger til et positivt resultat.