ORBITAL SEGURANÇA: Os desafios de sobreviver lixo espacial

Suspensão ao redor em órbita da Terra é como caminhar no meio de um tiroteio Wild West – balas estão voando ao redor em toda parte, e mesmo que nenhum são propositalmente destinadas a você, pode ter seu nome nele. muitos destes balas são satélites sintéticos que são ativamente controlados e monitorados, mas também encontramos satélites mortos, restos de satélites, estágios do foguete descartados, ferramentas perdido caminhadas espaciais e até mesmo manchas de tinta e ferrugem, muito do que fechando em torno de vários quilómetros por segundo, sem qualquer orientação.

Ao remover este lixo espacial diretamente seria o ideal, a realidade é que qualquer nave espacial e qualquer traje espacial que tem que gastar o tempo em necessidades órbita para ser capaz de sustentar, pelo menos, alguns hits por detritos espaciais impactando-lo.

Mecânica orbital

Isso é fácil criar novos detritos deve vir como nenhuma surpresa para ninguém. O que pode demorar um pouco mais imaginação é apenas quanto tempo pode demorar para este detritos para fazer o seu caminho em direção a atmosfera da Terra, onde ele irá sem intercorrências queimar. tudo em órbita está caindo em direção à terra, mas a sua velocidade tangencial mantém-lo de bater – como uma fiação de mármore ao redor do buraco em um funil. Arraste da atmosfera do planeta é o atrito que, eventualmente, retarda o objeto para baixo, e onde ele orbita em identifica a atmosfera do planeta quanto tempo essa descida vai demorar.

Orbital infográfico taxa de decaimento. (Crédito: ULA)
Como citado pelo escritório do Programa Orbital Debris da NASA em ARES em seu FAQ, existem mais de 23.000 detritos objetos maiores do que 10 cm em órbita, além de muito mais de meio milhão de objetos entre 1 cm e 10 cm, e milhões de objetos entre 1 mm e 10 mm. As principais fontes de detritos orbitais são explosões de satélite e colisões. Isto inclui teste de 2007 anti-satélite (ASAT) da China, bem como testes de ASAT 2021 do de 2019 a Índia ea Rússia, que ocorreram além da URSS e nos 57 (total) testes ASAT.

Satélites em alguns casos explodir, como as explosões de satélite de 2004 e 2015 nos dsmp. outras vezes satélites colidem uns com os outros, como Iridium-33 com Cosmos-2251, atingido por detritos ou micrometeoritos, e assim por diante. Como em órbita terrestre baixa (LEO) detritos tende a viajar a velocidades para cima de 7 km / s.

Dependendo da massa do objeto detritos, o efeito dela impactando com um satélite ou outro objeto em seu caminho, provavelmente a adição de outro ~ 7 km / s no sentido oposto, poderia ser a transferência de gigajoules valor da energia cinética, o equivalente a toneladas de TNT. até mesmo uma mancha de tinta viajando a estas velocidades foram mostrados para causar danos significativos, especialmente para estruturas delicadas, tais como painéis solares. Como mencionado, o que torna essencial que tais estruturas pode aceitar algum nível de danos por impacto.

Sempre os pequenos

A blindagem de Whipple usado no sonda Stardust da NASA. (Crédito: NASA)
Embora certamente levando muito mais energia, a coisa boa sobre os pedaços de detritos maiores é que eles são relativamente fáceis de rastrear usando Equipamento de terra. A estação de satélite ou o espaço pode usar a bordo propulsores se ficar muito perto da órbita de um desses grandes pedaços de detritos.

Isso, então, em sua maioria deixa os detritos menores, especialmente os pequenos flocos e grãos que são demasiado pequenos para acompanhar, mas com massa suficiente para causar danos significativos. Durante décadas, o go-to proteção para naves espaciais é o escudo Whipple. muito parecido com o escudo multi-choque semelhante, é um tipo de armadura espaçados, que é um tipo de armadura feita pela primeira vez popular com navios de guerra de ferro de meados do século 19.

Em vez de simplesmente fazer armadura espessa, várias camadas são usados, com espaço vazio ou algum tipo de estofamento entre eles. Isto poupa em peso, permitindo ao mesmo tempo um projéctil para dissipar inofensivamente sua energia. Este mesmo princípio pode ser visto com, por exemplo as janelas do ISS, que consiste de múltiplas camadas. No caso do ISS’Cupola, existem quatro camadas:

debris pane exterior.

Dois painéis de pressão 25 mm.

scratch pane interior.

O painel exterior é esperado para dissipar muitos da energia de uma greve, com a camada por trás dele pegando a nuvem de detritos, que deveria estar viajando a velocidades baixas o suficiente para que eles devem fazer nenhum dano significativo. Cada janela pode ser substituído em órbita após a montagem de uma cobertura externa, deve eles sofrem tanto dano que a substituição é justificada.

Danos observados ao ISS 3A gama solar, painel 58 (o lado da célula à esquerda, traseira Kapton no lado direito). nota de by-pass diodo é desligada devido a impacto MMOD. (Crédito:. Hyde et ai, 2019)
Para as restantes secções do ISS, painéis balísticos são colocados a alguma distância do casco primário, que são desenvolvidos para captura e dissipar a energia de micrometeoritos e de pequenos detritos orbital. damage Meteoroid e orbital no ISS tem sido estudada há décadas, com um papel de 2,019 por Hyde et al. descrevendo descobertas recentes.

Um achado interessante é que de danos à Asas alcance solares da ISS. Em um caso, um miO crometeorito impactou um dos painéis e criou um orifício de diâmetro de 7 mm. Isso destruiu um diodo de desvio no painel e causou um acúmulo atual que, finalmente, resultou em uma queima de quase 40 cm de comprimento ao longo das bordas de três células.

Obviamente, proteger painéis solares nesse ambiente é tudo menos fácil, como por definição, adicionando painéis de proteção à sua frente, em vez de derrotar todo o propósito de ter painéis solares. O ISS tem mais de 250.000 células, com a expectativa de que alguns deles, sem dúvida, serão perdidos ao longo do tempo. Em junho de 2021, astronautas na ISS instalaram novos painéis solares para substituir o mais antigo.

Ao substituir painéis solares como esta é uma opção viável para lidar com danos acumulados em uma estação espacial, é menos útil para os satélites, que deveriam ter bastante excesso de capacidade elétrica para lidar com a perda ao longo do tempo.

Ofensa como melhor defesa

Porque os detritos em algumas órbitas ficarão por perto por décadas ou mais, podemos chegar a um ponto em que a remoção ativa desses detritos se torna uma necessidade. É aqui que a mecânica orbital e a incrível quantidade de espaço em, bem, o espaço torna as coisas muito complicadas. Mesmo que o risco de detritos orbitais seja alto, porque os satélites e detritos estão se movendo rapidamente rapidamente, a densidade é muito baixa. É por isso que as astronautas no ISS não vêem pedaços de detritos fechando o tempo todo.

Essa escasseza torna a remoção de detritos ativos uma tarefa e discute por que as missões recentes de alto perfil, como RemTakebris, Clearspace-1, e outras se concentram em grandes detritos que viajam em órbitas anteriormente conhecidas. Eles geralmente exigem satélites para a realocação dentro de uma certa distância do alvo e realizam operações delicadas. Como previamente estabelecido, o maior risco vem dos detritos que não podem ser facilmente rastreados, o que pareceria assim a derrotar principalmente esses métodos de limpeza.

Aqui possivelmente o melhor método é não caçar ativamente esses objetos, mas para pegá-los passivamente usando um sistema expansivo, como como uma aranha usa uma web para pegar presa desavisada. Isto é o que a startrocket de inicialização russa com seu apanhador de detritos de espuma tem em mente. O uso de espuma para capturar detritos orbitais não é novo, com um relatório ESA de 2011 também cobrindo o uso de espuma em profundidade.

Proibido jogar lixo

Mesmo com serviços de mitigação no lugar, e com métodos de remoção de detritos orbitais sendo investigados e possivelmente sendo implantados nas próximas décadas, a melhor coisa que podemos fazer melhor agora é evitar fazer muito mais uma bagunça. Nos dias de hoje, o gerenciamento de tráfego espacial é tratado principalmente pelo Escritório das Nações Unidas para Assuntos Espaços Outer (UnoSA), com políticas nacionais após acordos internacionais para evitar detritos orbitais e outras considerações.

O foco aumentado na reutilização da nave espacial é um desenvolvimento afortunado. O objetivo mais grandioso do programa de ônibus espacial dos EUA – que serviria como uma plataforma para manutenção de satélites – nunca preocupou a fruição além do serviço de manutenção. No entanto, podemos esperar em breve ver um fim ao descarte rotineiro de simplesmente deixar os estágios de foguetes inteiros flutuando, diminuindo pelo menos uma fonte de poluição espacial.