Az űr közelében való kitisztítás sokkal nehezebb, mint amilyennek látszik
Az űrszennyezés problémája az egész űrkutatási közösséget foglalkoztatja. Az ilyen hipotetikus fejlemények az alacsony Föld körüli pályán, mint például a Kessler-szindróma, amely az irányíthatatlan űrszemét kialakulását jósolja, még a népszerű médiát is felkavarta. Világos, hogy alapvető kutatásokra van szükség annak érdekében, hogy megértsük, milyen veszélyt rejt még egy kis töredék is, és kiszámítsuk, mennyit vagyunk hajlandóak fizetni a világűr megtisztításáért.
Ma a politikusok, tudósok, technikusok és a nagyközönség mélyen tisztában vannak az űrszemét elszaporodásával. J-K alapvető munkájának köszönhetően. Liouville és Nicholas Johnson, 2006 -ban publikált, megértjük, hogy a törmelék aránya a jövőben valószínűleg tovább emelkedik, még akkor is, ha minden indítást leállítanak. Ennek a tartós növekedésnek az oka az ütközések, amelyek várhatóan bekövetkeznek a műholdak és a már pályán lévő rakétafázisok között. Ez sok aggodalomra ad okot sok műholdas szolgáltató számára, akik kénytelenek megfelelő intézkedéseket hozni vagyonuk védelme érdekében.
Egyes szakértők úgy vélik, hogy ezek az események csak a kezdetei lesznek egy olyan ütközéssorozatnak, amely szinte lehetetlenné teszi az alacsony Föld körüli pálya elérését. Ezt a jelenséget, amelyet először a NASA tanácsadója, Donald Kessler írt le részletesen, általában Kessler -szindrómának nevezik. De a valóság valószínűleg nagyon különbözik a "Gravity" című játékfilm hasonló jóslataitól vagy eseményeitől. Valójában a hatodik európai konferencián az ügynökségek közötti űrszemét-koordinációs bizottság (IADC) elé terjesztett eredmények azt jelzik, hogy a törmelékek várhatóan csak 30 százalékkal növekednek 200 év alatt folyamatos indítással.
Az ütközések még mindig előfordulnak, de a valóság messze lesz attól a katasztrofális forgatókönyvetől, amitől néhány fél. Az űrszemét mennyiségének növekedése meglehetősen szerény szintre csökkenthető. Az IADC javaslata az űrszemét -csökkentési iránymutatások széles körű terjesztésére és szigorú betartására irányul, különösen az energiaforrások semlegesítése tekintetében, amelyeket a repülés végéig teljes mértékben ki kell dolgozni, és a repülés befejezése után ártalmatlanítani kell. Mindazonáltal az IADC szempontjából a hulladék mennyiségének várható növekedése a folyamatos erőfeszítések ellenére továbbra is további intézkedések bevezetését teszi szükségessé a meglévő kockázati tényezők leküzdése érdekében.
Nincs haladás?
Az űrkörnyezet helyreállítása iránt jelentős érdeklődés mutatkozott kilenc évvel Liouville és Johnson munkájának megjelenése után. Különösen lépéseket tettek szerte a világon, hogy kifejlesszenek módszereket az objektumok kis földi pályájáról való eltávolítására. Az Európai Űrügynökség például nemrég bejelentette szándékát, hogy a következő évtizedben kormányzati támogatást kíván biztosítani egy európai űrhajó elindításához. Az ügynökség számos tanulmányt végzett a cél elérésének ésszerű és megbízható módjainak meghatározására. A tervezés kulcsfontosságú eleme a törmeléktér számítógépes modellje volt, amely megmutatta, hogy a törmeléknövekedés megakadályozható bizonyos űrhajók vagy rakétafokozatok eltávolításával. A számítógépes szimulációk során ezeket az objektumokat azonosítják a legveszélyesebbnek az ütközésekre, ezért miután eltávolították őket a pályáról, az ütközések számának élesen csökkennie kell, ami megakadályozza az új törmelékek megjelenését a törmelék szétszóródása következtében.
Majdnem tíz év telt el Liouville és Johnson munkásságának közzététele óta, és meglepő, hogy nemzetközi vagy nemzeti szinten nincsenek módszertani elvek, amelyek egyértelműen meghatározzák a földközeli tér szennyezésének következményeinek megszüntetésére irányuló intézkedéseket. Úgy tűnik, némi kedvetlenség tapasztalható a törmelék -eltávolítási eljárás kidolgozásában, annak ellenére, hogy cselekvésre szólít fel. De vajon tényleg így van?
Valójában a helyzet nem olyan egyszerű, mint amilyennek látszik. Az űrszemét -eltávolítási eljárással kapcsolatban van néhány alapvető kérdés, amelyekre még meg kell válaszolni. Különösen aggasztóak a tulajdonjoggal, az elszámoltathatósággal és az átláthatósággal kapcsolatos kérdések. Például a törmelékeltávolításra kínált számos technológia felhasználható egy aktív űrhajó eltávolítására vagy letiltására is. Ezért lehet vádolni, hogy ezek a technológiák fegyverek. Kérdések merülnek fel a következetes szemétszállítási program költségeivel kapcsolatban is. Egyes szakemberek több tízezer milliárd dollárra becsülték.
A megfelelő módszertani elvek hiányának talán legfontosabb oka azonban abban rejlik, hogy még nem tudjuk, hogyan kell elvégezni a visszanyerést, ami a gyakorlatban a világűr megtisztítását jelenti. Ez azonban nem jelenti azt, hogy nem tudjuk, milyen technológiákra van szükségünk.
Az egyszer használatos algoritmusokat már gyakorlatilag kifejlesztették. Az igazi probléma egy látszólag egyszerű feladatból adódik: a "helyes" törmelék meghatározása a pályáról. És amíg nem tudjuk megoldani ezt a problémát, úgy tűnik, hogy nem tudjuk visszaszerezni a teret.
Roncsok lejátszása
Annak érdekében, hogy felismerjük az ilyen látszólag egyszerű feladat megoldásának problematikus jellegét, mint az eltávolítandó szemét azonosítása, egy 52 analóg játékkártya -pakli játék analógiáját használjuk. Ebben az analógiában minden térkép egy olyan objektumot jelöl a világűrben, amelyet esetleg el akarunk távolítani az ütközés elkerülése érdekében. A kártyák kiosztása után minden kártyát egyenként lefelé helyezzük az asztalra. Célunk most az, hogy megpróbáljuk azonosítani az ászokat, és eltávolítani őket az asztalról, mivel ezek a kártyák műholdakat vagy más nagy méretű űrszemét -objektumokat képviselnek, amelyek a jövőben valamikor az ütközés résztvevői lehetnek. Annyi kártyát vehetünk le az asztalról, amennyit csak akarunk, de amikor eltávolítunk egy kártyát, 10 dollárt kell fizetnünk. Ezen kívül, ahogy távolodunk, nincs jogunk a térképre nézni (ha egy műholdat eltávolítanak a pályáról, nem tudjuk biztosan megmondani, hogy pontosan mi válhat az ütközés résztvevőjévé). Végül 100 dollárt kell fizetnünk minden asztalon maradt ászért, ami a műholdjainkat érintő ütközésekből származó lehetséges veszteségeket jelenti (a valóságban a műhold cseréjének költsége 100 000 és 2 milliárd dollár között mozoghat).
Nos, hogyan oldhatjuk meg ezt a problémát? A hátoldalon minden kártya ugyanaz, így nem lehet megmondani, hol vannak az ászok, és az egyetlen módja annak, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy minden ászt kitisztítottunk, az, hogy töröljük az összes kártyát az asztalról. Példánkban ez legfeljebb 520 dollárba kerül. A világűrben ugyanezzel a problémával szembesülünk: nem tudjuk pontosan, hogy mely tárgyak lehetnek érintettek ütközésben, de túl drága az összes eltávolítása, ezért választanunk kell. Tegyük fel, hogy döntést hoztunk: egy 10 dollár értékű kártya eltávolítása esetén mekkora a valószínűsége annak, hogy eltávolítottunk egy ászt? Nos, annak valószínűsége, hogy a kártya ász, négy osztható 52 -gyel, más szóval nagyjából 0, 08 vagy 8 százalékkal. Így annak valószínűsége, hogy a kártya nem ász, 92 százalék. Ez annak a valószínűsége, hogy elvesztegettük 10 dollárunkat.
Mi történik, ha ezúttal egy második kártyát veszünk (ami további 10 dollárba kerül)? Annak valószínűsége, hogy a második lap ász, attól függ, hogy az első lap ász volt -e. Ha ez így lenne, akkor annak valószínűsége, hogy a második lap is ász, három osztva 51 -tel (mert most csak három ász van a pakliban, ami egy kártyával csökkent). Ha az első lap nem ász, akkor annak valószínűsége, hogy a második kártya ász, négy osztva 51 -gyel (mert még mindig négy ász van a kisebb pakliban).
Ezzel a módszerrel meg tudjuk határozni annak valószínűségét, hogy eltávolítottuk mindkét ászt - egyszerűen megszorozzuk a valószínűségeket, hogy megtaláljuk a választ: 4/52 -ször 3/51, ami 0,0045 vagy 0,45 százalékos valószínűséget ad két kártyánként eltávolították. Nem túl biztató.
Meg tudjuk azonban határozni annak valószínűségét is, hogy legalább egy ászt eltávolítsunk. Két lap kihúzása után 15 százalék az esély arra, hogy legalább az ászokat sikeresen eltávolítottuk. Ez ígéretesebbnek hangzik, de az esélyek most sem túl jók.
Kiderül, hogy annak érdekében, hogy növeljük az ászok közül legalább az egyik húzásának esélyét, kilencnél több (90 dollár értékű) vagy 22 -nél több (220 dollár értékű) kártyát kell eltávolítanunk, ha 90 százalékban biztosak akarunk lenni hogy eltávolítottuk az egyik ászt. Még ha sikerrel járunk is, három ász továbbra is az asztalon van, így összesen még 520 dollárt kell fizetnünk, ami véletlenül ugyanaz az összeg, amelyet nekünk kellett fizetnünk, ha az eltávolítás mellett döntöttünk.
A játékoknak vége
Visszatérve analógiánkból a valódi űrkörnyezetbe, a helyzet riasztóbbnak tűnik. Jelenleg körülbelül 20 000 objektumot követnek pályán az amerikai űrmegfigyelő állomások hálózata segítségével, és ezeknek körülbelül hat százaléka több mint egy tonnát nyom, ami feltételezés szerint részt vehet egy ütközésben, és amelyeket el szeretnénk távolítani. A kártya analógiája szerint a problémánk az, hogy minden kártya hátlapja azonos, és annak valószínűsége, hogy az egyik ásó ásó, megegyezik annak valószínűségével, hogy a másik is ász. Nincs mód a kívánt kártyák azonosítására és eltávolítására az asztalról. A valóságban sokkal nagyobb az esélyünk, hogy elkerüljük az ütközést, mint egy kártyajátékban, mert a pályán látjuk annak valószínűségét, hogy egyes tárgyak ütközésbe kerülnek, és ezekre összpontosíthatjuk figyelmünket. Például azok a tárgyak, amelyek sűrűn lakott pályákon vannak, például 600–900 kilométeres magasságban helioszinkron, nagy valószínűséggel vesznek részt ütközésekben ebben a zónában a torlódások miatt. Ha figyelmünket hasonló objektumokra (és mások hasonlóan túlterhelt pályákra) összpontosítjuk, és figyelembe vesszük ütközésük lehetőségének előrejelzéseit, kiderül, hogy körülbelül 50 objektumot kell eltávolítanunk annak érdekében, hogy csökkentsük a katasztrofális ütközések várható számát. csak egy egység, amely az IADC Űrügynökség tagjainak kutatási eredményeiből következik.
És kiderül, hogy még ha több tárgyat is el lehet távolítani egyetlen tisztább űrhajóval (és öt célpont sokoldalú alternatívának tűnik), sok - gyakran kihívást jelentő és ambiciózus - repülést csak egy ütközés megelőzése érdekében kell elvégezni.
Miért nem vagyunk képesek pontosabban megjósolni az ütközések valószínűségét, és csak azokat az objektumokat távolíthatjuk el, amelyekről biztosan tudjuk, hogy veszélyesek lesznek? Számos paraméter befolyásolhatja a műhold pályáját, beleértve a műhold tájolását is, legyen szó szabálytalan mozgásról vagy űrjárásról (ami befolyásolhatja a műholdak által tapasztalt ellenállást). Még a kezdeti értékek apró hibái is nagy eltérésekhez vezethetnek a műhold helyzetének a valósághoz képest történő kiszámításának eredményei között, és viszonylag rövid idő elteltével. Valójában ugyanazt a technikát alkalmazzuk, mint az előrejelzők: modelleket használunk a konkrét eredmények valószínűségének generálására, de nem azt a tényt, hogy ezeket az eredményeket valaha is meg fogják kapni.
Így rendelkezünk olyan technológiákkal, amelyek alkalmanként használhatók az űrszemét eltávolítására. Ezt az álláspontot képviseli az Európai Űrügynökség tervezett feladata, az e. Deorbit, de még mindig vannak problémák, amelyeket meg kell oldani az eltávolításhoz legmegfelelőbb objektumok azonosítása érdekében. Ezeket a problémákat kezelni kell, mielőtt a szükséges iránymutatásokat és módszertani elveket hozzáférhetővé tennék azoknak, akik érdeklődnek egy hosszú távú űrszemét-eltávolítási program elkészítése iránt, amely elengedhetetlen a hatékony környezeti kármentesítéshez.
A módszertani elvek az egyes helyszíneket, azok számát, követelményeit és korlátait tekintve alapvető fontosságúak annak valószínűségének növeléséhez, hogy a környezet helyreállítására irányuló erőfeszítések eredményesek és érdemesek legyenek. Az ilyen módszertani elvek kidolgozásához újra kell gondolnunk a kedvező eredményre vonatkozó ésszerűtlen elvárásainkat.