NASA pēta lāzeru kosmosa atkritumu noņemšanai

NASA zinātnieks Donalds Keslers 1978. gadā prognozēja, ka divu kosmosa atkritumu sadursme var izraisīt turpmāku triecienu kaskādi, radot bīstami lielus gružu daudzumus.

Keslers norādīja, ka tad, ja gružu veidošanās ātrums ir ātrāks par deorbītu, Zemi ieskauj pastāvīgas atkritumu jostas, kas tagad ir pazīstams kā Keslera sindroms.

Pēc dažām aplēsēm Keslera sindroms jau ir kļuvis par realitāti. 2009. gada janvārī sadursme starp satelītiem Iridium 33 un Cosmos 2251 radīja tieši šāda veida kaskādi. Divus gadus iepriekš Ķīnas armija izmēģināja pretsatelītu ieroci, iznīcinot vienu no saviem satelītiem ar nosaukumu Fengyun 1C. Abi incidenti notikuši aptuveni 800 km augstumā.

Šobrīd Eiropas Kosmosa aģentūras Zemes novērošanas satelīts Envisat riņķo aptuveni šajā augstumā, un to regulāri apdraud iespējamā ietekme. Vairāk nekā 60 procentus no šiem draudiem var izsekot Iridium/Cosmos sadursmei vai Fengyun incidentam.

Bet, lai gan kosmosa atkritumi apdraud lielāko daļu kosmosa operatoru, dažiem ir reāls stimuls kaut ko darīt lietas labā. Ja rodas nozīmīgi draudi, parasti ir iespējams pārvietot satelītu no ceļa. Tas ir daudz lētāk, nekā faktiski iztīrīt atkritumus.

Rezultāts ir kopējās situācijas traģēdija, kad kopīgs resurss tiek izmantots tiktāl, ka tas kļūst nelietojams.

Šeit darbojas valsts aģentūra, piemēram, NASA. Ir bijušas dažādas idejas par kosmosa atkritumu aizvākšanu, vairums no tām ir ļoti dārgas.

Šodien Džeimss Meisons NASA Eimsas pētniecības centrā netālu no Palo Alto un daži draugi apraksta daudz lētāku iespēju. Viņu ideja ir atsevišķos atkritumu gabaliņos ar lāzeru, kas atrodas uz zemes, tādējādi palēninot to darbību, lai tās galu galā izietu no orbītas.

Protams, lāzera noņemšana nav pilnīgi jauns. Deviņdesmitajos gados ASV gaisa spēki pētīja šo ideju, domājot, ka pietiekami jaudīgs lāzers var iznīcināt objektu, radot spēku, ko varētu izmantot tā deorbītai. Problēma ar šo ideju ir tāda, ka tik jaudīgam lāzeram ir acīmredzams divējāds mērķis, kas, visticamāk, neiepriecinās citas valstis, kas darbojas kosmosā.

Tāpēc Meisons un draugi ir pētījuši iespēju izmantot daudz mazāk jaudīgu sistēmu, kas izmanto tikai fotonu impulsu, lai palēninātu nevēlamo darbību. Katru dienu stundu vai divas koncentrējoties uz atkritumu gabalu, viņi aprēķina, ka 5 KW lāzers varētu paveikt šo triku un ka šāda ierīce varētu apstrādāt līdz desmit objektiem dienā.

Tas varētu palīdzēt pārvietot atkritumus prom no potenciāli bīstamām orbītām un galu galā to pilnībā deorbitēt. Faktiski Meisons un kolēģi saka, ka sistēma varētu mainīt Keslera sindromu, lai gružu noņemšanas ātrums atkal pārsniegtu tās radīšanas ātrumu.

Viņi saka, ka viņu sistēmu pat varētu izmantot, lai manevrētu atbilstoši izstrādātu satelītu, bez nepieciešamības pārvadāt degvielu. Šādu sistēmu varētu tirgot kā komerciālu uzņēmumu, tādējādi palīdzot par to maksāt.

Ne tāpēc, ka tam vajadzētu būt ļoti dārgam. Meisons un kolēģi lēš, ka testa ierīci varētu izpirkt par miljonu dolāru, kas būtu jādala daudzām kosmosa valstīm, lai izvairītos no neizbēgamām juridiskām problēmām, ko varētu radīt šādas ierīces izmantošana.

Protams, ASV (un acīmredzot Ķīnai) jau ir tehnoloģija šāda veida darbam, izmantojot savas pretsatelītu sistēmas. Patiešām, Meisons un kolēģi saka, ka, iespējams, ir iespējams veikt gandrīz nulles izmaksu demonstrāciju, izmantojot esošās iespējas, piemēram, Starfire Optical Range Kērtlandes AFB.

Tas ir tikai laika jautājums, kad kosmosa atkritumu gabals radīs nopietnus postījumus orbītā, piemēram, apdraudot apkalpes misiju. Pēc šāda incidenta būs liela interese par šāda veida tehnoloģijām. Un tad mēs jautāsim, kāpēc mēs neieguldījām tehnoloģijās, kad mums bija iespēja novērst šāda veida katastrofu.

Atsauce: arxiv.org/abs/1103.1690 : Orbitālo gružu-gružu sadursmes novēršana

Tagad varat sekot emuāram The Physics arXiv vietnē Twitter

Labojums – 2011. gada 15. marts
Atbildot uz šo ziņu, NASA Sabiedrisko attiecību birojs nosūtīja:
Džeimss Meisons, autors no universitāšu kosmosa pētniecības asociācijas, vēlas, lai tiktu paskaidroti daži punkti par šādiem teikumiem:
1) Šodien Džeimss Meisons NASA Eimsas pētniecības centrā netālu no Palo Alto un daži draugi…
Džeimss Meisons ir no Universities Space Research Association (USRA). Darbs tika veikts sadarbībā starp USRA, Stenfordas universitāti un NASA Eimsu: Meisonu un Māršalu finansē USRA. Stupl finansē Stenforda. Levits ir NASA ierēdnis.
2) Katru dienu stundu vai divas koncentrējoties uz kādu atkritumu gabalu, viņi aprēķina, ka 5 KW lāzers varētu paveikt šo triku.
Viltība ir pārvietot objektu tikai par nelielu daudzumu, tādējādi novēršot sadursmi. Šis lāzera efekts būtu pārāk vājš, lai ātri ietekmētu objekta orbītas samazināšanos. Lai faktiski deorbitētu gružu objektu ar lāzeru, nepieciešami aptuveni 1000 reižu jaudīgāki spēki. Galu galā, lai to pilnībā deorbitētu, būtu nepieciešams aptuveni tikpat daudz laika, kā tad, ja mēs to nebūtu izgaismojuši — tas var ilgt gadu desmitus atkarībā no objekta.
3) Meisons un kolēģi lēš, ka testa ierīci varētu izsist par miljonu dolāru
Lāzers vien izmaksātu aptuveni miljonu dolāru (tas ir komerciāli pieejams rūpnieciskais lāzers). Operētājsistēmas (tostarp teleskopu, adaptīvo optiku utt.) faktiskās izmaksas nav skaidras, bet, visticamāk, tās būs vismaz desmitiem miljonu.
4) Protams, ASV (un acīmredzot Ķīnai) jau ir tehnoloģijas šāda veida darbam, izmantojot savas pretsatelītu sistēmas. Patiešām, Meisons un kolēģi saka, ka, iespējams, ir iespējams veikt gandrīz nulles izmaksu demonstrāciju, izmantojot esošās iespējas, piemēram, Starfire Optical Range Kērtlandes AFB.
pretsatelītu sistēmas var būt pārāk spēcīgas. Esošā militārā tehnoloģija, iespējams, galvenokārt ir paredzēta (šobrīd) citu satelītu izsekošanai un attēlveidošanai. Iespējams, ka Kērtlendas vadītajam enerģētikas direktorātam ir lielākā daļa no tā, kas būtu nepieciešams, lai veiktu tehnoloģiju demonstrāciju, tomēr mēs rakstā uzsveram, ka šī sistēma būtu jāveido kā starptautiska sadarbība, jo ir acīmredzamas drošības sekas.
Arī Jans Stupls, arī autors no Stenfordas universitātes, komentēja šādu teikumu:
Viņu ideja ir atsevišķos atkritumu gabaliņos ar lāzeru, kas atrodas uz zemes, tādējādi palēninot to darbību, lai tās galu galā izietu no orbītas.
Mūsu gabals ir par izvairīšanos no sadursmēm, nevis par deorbitēšanu. Tas pats attiecas uz termiņu: runa nav par kosmosa atkritumu “izņemšanu”, bet gan “pārvietošanu”…

paslēpties