211service.com
NASA studerar laser för att ta bort rymdskräp
1978 förutspådde NASA-forskaren Donald Kessler att en kollision mellan två stycken rymdskräp kunde utlösa en kaskad av ytterligare nedslag, vilket skapar farligt stora mängder skräp.
Kessler påpekade att när hastigheten med vilken skräp bildas är snabbare än den hastighet med vilken det går ur omloppsbana, så skulle jorden bli omgiven av permanenta bälten av skräp, ett scenario som nu kallas Kesslers syndrom.
Enligt vissa uppskattningar har Kesslers syndrom redan blivit verklighet. I januari 2009 skapade en kollision mellan satelliterna Iridium 33 och Cosmos 2251 just denna typ av kaskad. Två år tidigare testade den kinesiska militären ett anti-satellitvapen genom att förstöra en av sina egna satelliter som heter Fengyun 1C. Båda incidenterna inträffade på cirka 800 km höjder.
Idag kretsar den europeiska rymdorganisationens jordobservationssatellit, Envisat, på ungefär denna höjd och hotas regelbundet av potentiella effekter. Över 60 procent av dessa hot kan spåras tillbaka till Iridium/Cosmos-kollisionen eller Fengyun-incidenten.
Men medan rymdskräp hotar de flesta rymdoperatörer, är det få som har ett verkligt incitament att göra något åt det. Om ett betydande hot uppstår är det vanligtvis möjligt att flytta en satellit ur vägen. Det är mycket billigare än att faktiskt rensa bort skräpet.
Resultatet är en tragedi av allmänningens situation, där en gemensam resurs utnyttjas till den grad att den blir oanvändbar.
Det är där en statlig myndighet som NASA kommer in. Olika idéer har lagts fram för att ta bort rymdskräp, de flesta av dem enormt dyra.
Idag beskriver James Mason vid NASA Ames Research Center nära Palo Alto och några kompisar ett mycket billigare alternativ. Deras idé är att zappa individuella skräpbitar med en markbaserad laser, och därigenom sakta ner dem så att de så småningom går ur bana.
Naturligtvis är laserborttagning inte helt nytt. På 1990-talet studerade det amerikanska flygvapnet idén och tänkte att en tillräckligt kraftfull laser kunde ablatera ett föremål och skapa en kraft som kunde användas för att ta bort det. Problemet med den här idén är att en så kraftfull laser har ett uppenbart dubbelt syfte, vilket är osannolikt att tillfredsställa andra rymdfarande nationer.
Så Mason och kompisar har studerat möjligheten att använda ett mycket mindre kraftfullt system som använder enbart fotonernas rörelsemängd för att bromsa ned skräpet. Fokuserade på en skräpbit i en timme eller två varje dag, beräknar de att en 5 KW-laser kan göra susen och att en sådan anordning kan hantera upp till tio föremål om dagen.
Det kan hjälpa till att flytta bort skräp från potentiellt farliga banor och i slutändan att ta bort det helt. Faktum är att Mason och co säger att systemet skulle kunna vända Kesslers syndrom, så att hastigheten för borttagning av skräp återigen överstiger dess skapelsehastighet.
De säger att deras system till och med kan användas för att manövrera lämpligt utformade satelliter, utan att de behöver bära drivmedel. Ett sådant system skulle kunna marknadsföras som en kommersiell satsning och därigenom bidra till att betala för det.
Inte för att det behöver vara jättedyrt. Mason och co uppskattar att en testenhet skulle kunna skjutas upp för en miljon dollar, som skulle behöva delas av många rymdfarande nationer, för att undvika de oundvikliga juridiska problem som att använda en sådan enhet skulle ge upphov till.
Naturligtvis har USA (och uppenbarligen Kina), redan tekniken för denna typ av arbete, med sina egna antisatellitsystem. Mason och co säger faktiskt att det kan vara möjligt att utföra en demonstration till nästan noll kostnad med hjälp av befintliga funktioner som de i Starfire Optical Range vid Kirtland AFB.
Det är bara en tidsfråga innan en bit rymdskräp orsakar allvarlig förödelse i omloppsbana, till exempel genom att hota ett besättningsuppdrag. Det kommer att finnas stort intresse för den här typen av teknik efter en sådan incident. Och sedan kommer vi att fråga varför vi inte investerade i tekniken när vi hade chansen att förhindra den här typen av katastrof.
Ref: arxiv.org/abs/1103.1690 : Orbital Debris-Debris Collision Undvikning
Du kan nu följa The Physics arXiv Blog på Twitter
Rättelse–15 mars 2011
Som svar på detta inlägg skickade NASA Public Affairs Office följande:
James Mason, författare från Universities Space Research Association, skulle vilja att några punkter förtydligas om följande meningar:
1) Idag, James Mason vid NASA Ames Research Center nära Palo Alto och några kompisar...
James Mason är från Universities Space Research Association (USRA). Arbetet var ett samarbete mellan USRA, Stanford University och NASA Ames: Mason och Marshall finansieras av USRA. Stupl finansieras av Stanford. Levit är en NASA-tjänsteman.
2) Fokuserade på en skräp i en timme eller två varje dag, de beräknar att en 5 KW laser kan göra susen
Tricket är att bara förskjuta föremålet med en liten mängd, och på så sätt förhindra en kollision. Denna lasers effekt skulle vara alldeles för svag för att snabbt påverka sönderfallet av objektets bana. För att faktiskt ta bort ett skräpobjekt med en laser krävs krafter som är cirka 1 000 gånger starkare. Att slutligen ta bort den helt och hållet skulle ta ungefär lika lång tid som om vi inte hade belyst det - det kan mycket väl ta decennier, beroende på objektet.
3) Mason och co uppskattar att en testenhet skulle kunna slås upp för en miljon dollar
Bara lasern skulle kosta ungefär en miljon dollar (det är en kommersiellt tillgänglig industriell laser). Den faktiska kostnaden för ett operationssystem (inklusive teleskop, adaptiv optik etc) är oklar, men kommer sannolikt att vara minst tiotals miljoner.
4) Naturligtvis har USA (och uppenbarligen Kina), redan tekniken för denna typ av arbete, med sina egna antisatellitsystem. Mason och co säger faktiskt att det kan vara möjligt att utföra en demonstration till nästan noll kostnad med hjälp av befintliga funktioner som de i Starfire Optical Range vid Kirtland AFB.
antisatellitsystem kan vara för starka. Den militära tekniken som finns är troligen främst för att (för närvarande) spåra och avbilda andra satelliter. Direktoratet för energi i Kirtland har förmodligen det mesta som skulle behövas för att göra en teknikdemonstration, men vi betonar i tidningen att detta system bör göras som ett internationellt samarbete på grund av de uppenbara säkerhetskonsekvenserna.
Även Jan Stupl, också en författare från Stanford University, kommenterade följande mening:
Deras idé är att zappa individuella skräpbitar med en markbaserad laser, och därigenom sakta ner dem så att de så småningom går ur bana.
Vår pjäs handlar om undvikande av kollisioner, inte om att ta ur bana. Samma sak gäller för deadline: det handlar inte om att 'ta bort' rymdskräp, utan att 'flytta'...