Problemet med rymdföroreningar oroar hela rymdfartssamhället. Sådana hypotetiska utvecklingar i jordbana med låg jord, till exempel Kesslers syndrom, som förutspår att rymdskrot kommer att röra sig ur kontroll, har väckt till och med populära medier. Det är klart att det finns ett behov av grundläggande forskning för att förstå vilken fara som även ett litet fragment är fylld med, och för att beräkna hur mycket vi är villiga att betala för att städa upp yttre rymden.
Idag är politiker, forskare, tekniker och allmänheten djupt medvetna om spridningen av rymdskräp. Tack vare J-K: s grundläggande arbete. Liouville och Nicholas Johnson, publicerade 2006, förstår vi att skräpfrekvensen sannolikt kommer att fortsätta att stiga i framtiden, även om alla sjösättningar stoppas. Anledningen till denna ihållande tillväxt är de kollisioner som förväntas inträffa mellan satelliter och raketstadier som redan är i omloppsbana. Detta oroar många satellitoperatörer, som tvingas vidta lämpliga åtgärder för att skydda sina tillgångar.
Vissa experter tror att dessa incidenter bara kommer att vara början på en serie kollisioner som gör det nästan omöjligt att komma åt en låg jordbana. Detta fenomen, som först beskrevs i detalj av NASA -konsulten Donald Kessler, kallas vanligtvis Kesslers syndrom. Men verkligheten kommer sannolikt att skilja sig mycket från liknande förutsägelser eller händelser som visas i långfilmen "Gravity". Resultaten som presenterades för Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (IADC) vid den sjätte europeiska konferensen om ämnet indikerade en förväntad ökning av skräp med endast 30 procent över 200 år med kontinuerliga sjösättningar.
Kollisioner kommer fortfarande att inträffa, men verkligheten kommer att vara långt ifrån det katastrofala scenario som vissa fruktar. Tillväxten i mängden rymdskräp kan reduceras till en ganska blygsam nivå. IADC: s förslag är att i stor utsträckning sprida och strikt följa riktlinjerna för begränsning av rymdskräp, särskilt när det gäller neutralisering av energikällor, som bör utvecklas fullt ut vid flygningens slut och bortskaffande efter flygets slut. Men från IADC: s synvinkel kräver den förväntade ökningen av avfallsmängden, trots de pågående insatserna, fortfarande införande av ytterligare åtgärder för att bekämpa de befintliga riskfaktorerna.
Inga framsteg?
Ett betydande intresse för återvinning av rymdmiljön noterades nio år efter publiceringen av Liouville och Johnsons arbete. I synnerhet har det tagits steg runt om i världen för att utveckla metoder för att ta bort föremål från en låg jordbana. Europeiska rymdorganisationen till exempel tillkännagav nyligen sin avsikt att säkra statligt stöd för uppskjutning av ett europeiskt rymdfarkoster under det kommande decenniet. Byrån har genomfört många studier för att fastställa rationella och pålitliga sätt att uppnå målet. En viktig del av planeringen var datormodeller av skräputrymmet, som visade att skräptillväxt kunde förhindras genom att ta bort specifika rymdfarkoster eller raketstadier. I datasimuleringar identifieras dessa föremål som de mest benägna att kollidera, så efter att de har tagits bort från omloppsbana bör antalet kollisioner minska kraftigt, vilket förhindrar att nya skräp uppstår till följd av spridning av skräp.
Nästan tio år har gått sedan publiceringen av Liouville och Johnsons arbete, och det är förvånande att det på internationell eller nationell nivå inte finns några metodiska principer som tydligt definierar åtgärder för att eliminera konsekvenserna av föroreningar av rymden nära jorden. Det verkar finnas en viss apati om att utveckla ett skrotavfallsprogram, trots uppmaningar till handling. Men är det verkligen så?
Faktum är att situationen inte är så enkel som den verkar. När det gäller borttagning av rymdskräp finns det några grundläggande frågor som fortfarande måste besvaras. Särskilt oroande är frågor som rör ägande, ansvarighet och transparens. Till exempel kan många av de tekniker som erbjuds för borttagning av skräp också användas för att ta bort eller inaktivera ett aktivt rymdfarkoster. Därför kan man förvänta sig anklagelser om att denna teknik är vapen. Det finns också frågor om kostnaden för ett konsekvent program för sophantering. Vissa tekniker har uppskattat det till tiotals biljoner dollar.
Den kanske viktigaste orsaken till avsaknaden av adekvata metodologiska principer ligger emellertid i det faktum att vi ännu inte vet hur vi ska genomföra återvinning, med vilket vi i praktiken menar rening av yttre rymden. Men det betyder inte att vi inte vet vilken teknik vi behöver.
Algoritmer för engångsbruk har redan praktiskt utvecklats. Det verkliga problemet uppstår från en till synes enkel uppgift: att bestämma det "korrekta" skräpet som ska tas bort från omloppsbana. Och tills vi kan lösa detta problem verkar det som att vi inte kommer att kunna återta utrymme.
Spelar vrak
För att inse problematiken med att lösa en så till synes enkel uppgift som att identifiera skräp som ska tas bort använder vi analogin av ett spel med en kortlek på 52 vanliga spelkort. I denna analogi representerar varje karta ett objekt i yttre rymden som vi kanske vill ta bort för att förhindra en kollision. Efter att korten delats ut lägger vi varje kort individuellt med framsidan nedåt på bordet. Vårt mål är nu att försöka identifiera essen och ta bort dem från bordet, eftersom dessa kort representerar satelliter eller andra stora föremål av rymdskräp som kan bli deltagare i kollisionen någon gång i framtiden. Vi kan ta bort så många kort från bordet som vi vill, men när vi tar bort ett kort måste vi betala $ 10. Dessutom, när vi går bort har vi ingen rätt att titta på kartan (om en satellit tas bort från omloppsbana kan vi inte med säkerhet säga vad den kan bli en deltagare i kollisionen). Slutligen måste vi betala $ 100 för varje ess som finns kvar på bordet, vilket representerar de potentiella förlusterna som orsakas av kollisioner som involverar våra satelliter (i verkligheten kan kostnaden för att byta ut en satellit variera från $ 100.000 till $ 2 miljarder).
Tja, hur kan vi lösa detta problem? På baksidan är alla kort likadana, så det finns inget sätt att säga var essen är, och det enda sättet att se till att vi har rensat alla ess är att rensa alla kort från bordet. I vårt exempel kommer detta att kosta högst $ 520. I yttre rymden står vi inför samma problem: vi vet inte exakt vilka föremål som kan vara inblandade i kollisioner, men det är för dyrt att ta bort dem alla, så vi måste välja. Låt oss anta att vi har gjort ett val: att ta bort ett kort värt $ 10, vad är sannolikheten för att vi har tagit bort ett ess? Sannolikheten för att kortet är ett ess är fyra delbart med 52, med andra ord ungefär 0, 08 eller 8 procent. Sannolikheten för att kortet inte är ett ess är således 92 procent. Detta är sannolikheten för att vi slösat bort våra $ 10.
Vad händer om den här gången tar vi ett andra kort (vilket kommer att kosta oss ytterligare $ 10)? Sannolikheten för att det andra kortet är ett ess beror på om det första kortet var ett ess. Om så var fallet är sannolikheten att det andra kortet också är ett ess tre dividerat med 51 (för nu finns det bara tre ess i kortlek, vilket har minskat med ett kort). Om det första kortet inte är ett ess, är sannolikheten för att det andra kortet är ett ess dividerat med 51 (eftersom det fortfarande finns fyra ess i det mindre däcket).
Vi kan använda denna metod för att bestämma sannolikheten för att vi har tagit bort båda essen - vi multiplicerar helt enkelt sannolikheterna för att hitta svaret: 4/52 gånger 3/51, vilket ger oss en sannolikhet på 0,0045 eller 0,45 procent värda $ 20 per två kort tog bort. Inte särskilt uppmuntrande.
Men vi kan också bestämma sannolikheten för att ta bort minst ett av essen. Efter att ha dragit två kort finns det 15 procents chans att vi har tagit bort minst ett av essen. Detta låter mer lovande, men oddsen är inte särskilt bra nu heller.
Det visar sig att för att öka chansen att dra minst ett av ess måste vi ta bort mer än nio kort (värda $ 90) eller mer än 22 kort (värda $ 220) om vi vill vara 90 procent säkra att vi har tagit bort ett av essen. Även om vi lyckas finns tre ess kvar på bordet, så totalt måste vi fortfarande betala 520 dollar, vilket av en slump är samma summa som vi var tvungna att betala om vi hade valt alternativet med borttagningen. Alla kort.
Spelen är över
När vi återvänder från vår analogi till den verkliga rymdmiljön verkar situationen vara mer alarmerande. För närvarande spåras cirka 20000 objekt i omloppsbana med hjälp av det amerikanska nätverket av rymdobservationsstationer, med cirka sex procent av dessa föremål som väger mer än ett ton, vilket hypotetiskt kan delta i en kollision och som vi kanske vill ta bort … I kortanalogin är vårt problem att baksidan av alla kort är densamma och sannolikheten för att det ena är ett spade ess är samma som sannolikheten för att det andra också är ett ess. Det finns inget sätt att identifiera de kort du vill ha och ta bort dem från bordet. I verkligheten är våra chanser att undvika en kollision mycket högre än i ett kortspel, för i omloppsbana kan vi se sannolikheten för att vissa objekt är inblandade i kollisioner och vi kan fokusera vår uppmärksamhet på dem. Exempelvis är objekt som befinner sig i tätt befolkade banor som heliosynkrona på höjder mellan 600 och 900 kilometer sannolikt involverade i kollisioner på grund av trängsel i denna zon. Om vi fokuserar vår uppmärksamhet på liknande föremål (och andra på liknande överbelastade banor) och tar hänsyn till förutsägelserna om deras kollision, visar det sig att vi måste ta bort cirka 50 föremål för att minska det förväntade antalet katastrofala kollisioner med endast en enhet, vilket följer av forskningsresultaten som gjorts av medlemmar i IADC rymdorganisation.
Och det visar sig att även om flera föremål kan avlägsnas med en enda renare rymdfarkost (och fem mål verkar vara ett mångsidigt alternativ) måste många flygningar - ofta utmanande och ambitiösa - genomföras bara för att förhindra en kollision.
Varför kan vi inte mer exakt förutse sannolikheten för kollisioner och bara ta bort de föremål som vi säkert vet kommer att vara farliga? Det finns många parametrar som kan påverka satellitens bana, inklusive satellitens orientering, oavsett om det är oregelbunden rörelse eller rymdväder (vilket kan påverka luftmotståndet från satelliter). Även små fel i de ursprungliga värdena kan leda till stora avvikelser i resultaten av beräkningen av satellitens position i jämförelse med verkligheten, och efter en relativt kort period. Faktum är att vi använder samma teknik som prognosmakare: vi använder modeller för att generera sannolikheten för specifika resultat, men inte det faktum att dessa resultat någonsin kommer att uppnås.
Således har vi teknik som kan användas ibland för att ta bort rymdskräp. Detta är den ståndpunkt som Europeiska rymdorganisationen intar med sitt planerade uppdrag e. Deorbit, men det finns fortfarande problem som måste lösas för att identifiera de mest lämpliga föremålen för borttagning. Dessa problem måste åtgärdas innan nödvändiga riktlinjer och metodologiska principer kan göras tillgängliga för dem som är intresserade av att förbereda ett långsiktigt program för avlägsnande av rymdskräp som är avgörande för effektiv miljöhantering.
Metodiska principer när det gäller specifika platser, deras antal, krav och begränsningar är väsentliga för att öka sannolikheten för att ansträngningar för att åtgärda miljön blir effektiva och värdefulla. För att utveckla sådana metodologiska principer måste vi ompröva våra orimliga förväntningar på ett gynnsamt resultat.