211service.com
Předvídání kolize mezi kosmickou lodí a vesmírným smetím
V září se z 19 let starého nefunkčního satelitu NASA 330 mil na obloze odlomil kus trosek. United States Space Surveillance Network (SSN), která je zodpovědná za sledování více než 22 000 satelitů a dalších objektů na oběžné dráze, událost detekovala, vykreslila orbitální dráhu fragmentu a určila, že mířil k Mezinárodní vesmírné stanici (ISS). ). Pokud by zasáhla laboratoř za 100 miliard dolarů, mohla by haraburdí způsobit katastrofální škody. Po obdržení varování se NASA rozhodla vymanévrovat kosmickou loď z cesty trosek, což je úkol, který nyní provádí asi dvakrát ročně. Hrozba takové kolize se za poslední dva roky více než zdvojnásobila, říká Nicholas L. Johnson , hlavní vědec NASA pro orbitální trosky.
Nepořádný prostor: Tento počítačově generovaný snímek ukazuje obrovské množství umělého odpadu na oběžné dráze.
Více než půl milionu umělých objektů o velikosti mramoru nebo větších nyní krouží kolem Země – a 15 000 z nich je větších než pěst. Tento orbitální odpad, neboli vesmírný odpad, zahrnuje neaktivní satelity, vyhořelá těla raket, materiály z pevných raketových motorů, úlomky z kolizí a odpad z mise. Většina operačních kosmických lodí používá ochranné stínění ke zmírnění dopadu předmětů o průměru menším než jeden centimetr. Ale protože ty větší létají kolem Země rychlostí pět mil za sekundu, kterýkoli z nich by mohl zničit jakýkoli satelit, se kterým se srazil. Situace ohrožuje odvětví satelitních služeb v hodnotě 160 miliard dolarů, které hraje klíčovou roli pro mezinárodní telefonní hovory, televizní vysílání, údaje o klimatu a počasí a vojenský dohled.
Rychlost růstu počtu trosek obíhajících kolem Země větších než 10 centimetrů.
Kredit: NASA
Aby bylo možné pochopit, jak se takové hrozby budou vyvíjet, a předvídat cesty vesmírného smetí, aby bylo možné zabránit srážkám, vyvinula NASA jeden z nejsofistikovanějších prediktivních modelů na světě. Volala Legenda (pro trosky z nízkozemského prostředí s geosynchronním prostředím), trojrozměrný model simuluje trasy všech sledovatelných vesmírných objektů a dokonce ovlivňuje nové trosky z budoucích havárií. Aby byla zohledněna nejistota a náhodnost, jsou pomocí metody Monte Carlo generovány stovky scénářů, což je soubor algoritmů, které dokážou vypočítat rizikové faktory ve složitém prostředí. S Legendem vědci z NASA používají průměr více simulací k odhadu počtu, velikosti a typu objektů, které se srazí – a přibližně jak často. Na rozdíl od modelů používaných Středisko společných vesmírných operací strategického velitelství USA , který detekuje a sleduje velké objekty a denně kontroluje aktivní satelity kvůli možným kolizím během 72 hodin, Legend obsahuje menší fragmenty a dívá se daleko do budoucnosti.
Model NASA, který funguje od roku 2004, je neustále zásobován daty shromážděnými z výsledků pozemních testů a kosmických lodí, které se rozpadly na oběžné dráze; z dalekohledů a radarů sledujících oblohu; a z analýzy kráterem označených povrchů kosmických lodí, které se vrátily na Zemi. To znamená, že musí být neustále spouštěny nové simulace. Legend umožňuje vědcům vypočítat důsledky konkrétního rozpadu nebo kolize a pomáhá jim upozornit manažery na vesmírné stanici, že by jí v cestě mohl být kus trosek. Model také radí, aby se družice v brzké době vypustily do oblastí, kterým je třeba se vyhnout, a povede vědce, když se poprvé pokoušejí vyvinout a spustit technologii odstraňování trosek.
Vesmírné předpovědi: Tento graf ukazuje kumulativní počet kolizí mezi objekty o velikosti 10 centimetrů a větší. Sklon křivky začínající v roce 2009 je založen na předpovědi modelu Legend o přibližně 0,14 kolizích produkujících trosky za rok mezi katalogizovanými objekty. Ke skutečným srážkám došlo v letech 1991, 2005 a 2009. (Jsou modelovány tři scénáře: BAU=obvyklý provoz; PMD=likvidace po misi; NFL=žádné budoucí starty)
Ve své přednášce na první konferenci Orbital Debris Removal Conference v loňském roce J.C. Liou, hlavní vědec NASA pro Legend, řekl, že model předpověděl 178 kolizí v příštích 200 letech, z toho 83 katastrofických na nízké oběžné dráze Země. Kolize se očekávají v průměru jednou za pět let. Poslední havárie se stala v únoru 2009, kdy fungující telekomunikační satelit Iridium narazil do vyřazeného ruského satelitu Cosmos rychlostí více než 15 000 mil za hodinu. Srážka byla první, která zničila aktivní satelit, a vytvořila více než 2000 nových kusů sledovatelných trosek. Tato událost vedla ke změně politiky, která byla v platnosti od založení NASA před více než 50 lety. Podle teorie velkého nebe nebyl vesmírný odpad považován za hlavní hrozbu, protože vesmír je tak obrovský. Teorie velkého nebe již není životaschopným konceptem pro vesmírné operace, říká Chris Moss, ředitel Joint Space Operations Center na kalifornské letecké základně Vandenberg. Satelity se nyní soustřeďují na konkrétní oběžné dráhy, zdůrazňuje Moss. Už není triviální, že se jakékoli dva objekty mohou srazit. Bereme problém vážně a vynakládáme své zdroje na způsoby, jak jej vyřešit.
To je skličující úkol, zejména proto, že menší kusy vesmírného odpadu nelze snadno sledovat ze země. Nyní vstupujeme do doby, kdy bude prostředí orbitálních trosek stále více řízeno náhodnými srážkami, říká Donald Kessler , konzultant, který před 14 lety odešel z NASA. V roce 1978, jako mladý astrofyzik NASA, Kessler předpověděl, že do roku 2000 se úlomky z náhodných srážek na nízké oběžné dráze Země stanou významným zdrojem malých úlomků, které zvýší pravděpodobnost ještě více srážek. Jeho orientační papír Kolizní frekvence umělých satelitů: Vytvoření pásu trosek vedly k vytvoření NASA Kancelář programu Orbital Debris , kde strávil 17 let jako vedoucí vědecký pracovník pro výzkum orbitálních trosek. Během té doby se scénář, který předpověděl, stal známým jako Kesslerův syndrom .
Kessler nedávno publikoval nový článek ověřil, že jeho předpovědi z roku 1978 byly zhruba správné, a porovnal je s dnešním vesmírným prostředím. Jeho závěr: stojíme před vážným problémem. Pokud udržíme současnou populaci obíhajících kosmických lodí, aniž bychom přidali cokoli dalšího, jen výsledek náhodných kolizí by produkoval úlomky rychleji, než by atmosférický odpor mohl vyčistit nízkou oběžnou dráhu Země, říká. Jeho doporučení: je čas začít aktivně odstraňovat největší trosky z oblohy. Model Legend ukazuje, že i kdybychom se úspěšně vyhnuli kolizi se všemi provozními kosmickými loděmi, říká, že by to ve výsledku neznamenalo žádný rozdíl, protože je tam tolik trosek, které nemohou manévrovat.
Zpráva od modelky se konečně prosadila. Prezident Obama ve své národní vesmírné politice z roku 2010 nařídil NASA a ministerstvu obrany, aby vyčistily vesmír, a poskytl chartu k provedení výzkumu, jak to udělat. Náprava je dalším krokem, říká Johnson. Počáteční financování úsilí o vyčištění vesmíru se očekává v roce 2011.