Ta del av allt innehåll på Aktuell Hållbarhet
Starta din prenumeration

Prenumerera

Tisdag14.07.2020

Kontakt

Annonsera

Meny

Starta din prenumeration

Prenumerera

Sök

Klimat

Fyra solröda segel

Publicerad: 8 April 2010, 10:35

Vår närmaste rymd håller på att förvandlas till en livsfarlig sophög. Nu kommer metoder att städa upp.


Ämnen i artikeln:

CleantechTeknikMiljöteknikGreentechForskningIngenjör

Det har nu börjat bli så mycket skräp som far runt i låg omloppsbana att det finns allvarlig risk att satelliter skadas av lösa, flygande delar, skruvar, muttrar eller plåtsplitter som kommer farande i 10.000 kilometer i timmen i relativ hastighet. Historien om en rymdskyttel som åkte på ett ”stenskott” av en färgflaga som träffade vindrutan i flera tusen kilometer i timmen är numera en klassiker. Glaset var, som tur var, tillräckligt tjockt. Rymdfärjorna träffas numera regelmässigt av skrot och tvingas ofta göra undanmanövrer kring kända skrotsvärmar

Det berömda stenskottet i rutan på rymdfärjan Challenger STS-7 från 1983. Antalet liknande splitterolyckor har ökat markant efter 1998. Rymdfärjorna är regelmässigt tvungna att göra undanmanövrer för att inte träffas av kända moln av splitter.

Stort och smått

Rymdskräp delas in i stora och små bitar. Vad som gör en bit ”stor” har inte så mycket med storleken att göra som vår förmåga att kunna upptäcka bitar som är mindre än en viss storlek. Normalt anses ”stor” vara föremål som är större än 10 centimeter, med en massa på mer än ett kilo. Man skulle kunna tro att ”små” bitar var allting som var mindre än så, men istället har man valt cirka en centimeter. Föremål som ligger emellan dessa storlekar brukar också betraktas som ”stora” men vi kan inte detektera dem med nuvarande metoder.

Den stora mängden föremål är små. NASA konstaterade under 2009 att antalet stora föremål är omkring 19.000 stycken, föremål mellan 1 och 10 centimeter omkring 500.000 stycken, medan antalet små föremål förmodligen ligger över en miljon. Den totalt kända massan av allt rymdskräp är cirka 1900 ton och den är i huvudsak koncentrerad till ett antal större föremål. Det finns cirka 1500 föremål, eller 98 % av alla föremål, som väger 100 kilo eller mer i låg omloppsbana.

De verkliga bamsingarna är givetvis utbrunna raketsteg som skulle ha störtat men inte gjorde det, döda satelliter och liknande, medan de farligaste kanske är delar av sprängsatelliter (ASAT, antisatellitvapen) som far fram med tusentals meter i sekunden efter att ha slungats iväg från en kärnexplosion. Alla kollisioner mellan små eller stora bitar orsakar nya bitar som fortsätter att sprida sitt dödliga hot i rymden.

Låg omloppsbana (LEO, Low Earth Orbit) är de höjder som de flesta jordresurssatelliter, Iridium, med flera använder och det är ungefär dit Rymdfärjan kan nå.. LEO sträcker sig definitionsmässigt mellan 160 och 2000 kilometer över jordytan. Här finns majoriteten av våra satelliter och därmed majoriteten av skräpet. Internationella rymdstationen ligger till exempel och guppar på höjder mellan 319 och 347 kilometers höjd.

Oavsiktligt skräp

Mikrometeoriter som slår in genom ett rymdskepp och dödar besättningen, eller en satellit som får ett hål tvärs igenom på grund av en kollision har hittills mest tillhört t Science Fiction-novellernas värld, men har gradvis börjat bli en realitet. Människan har skapat både oavsiktligt och avsiktligt skräp. Det oavsiktliga skräpet kan till exempel uppstå om två satelliter av en ren händelse råkar hamna på kollisionskurs. Chansen är givetvis mikroskopisk med tanke på hur stor rymden är och hur små satelliterna är, men icke desto mindre har det hänt.

Ingångshål: Rymdfärjan Endeavour STS-118 fick en träff i en kylfläns nere i lastutrymmet när lastrumsdörrarna var öppna. Det här är ingångshålet. Det ungefär en centimeter i diameter. Utgångshålet på andra sidan är mycket större.

Avsiktligt skräp

USA, Ryssland och Kina är alla skyldiga till stora moln av militärt spräng-skräp i rymden, men numera vaktar alla varandra som blodhundar och det anses skamligt för en rymdnation att åstadkomma mera rymdskräp.

Först gången en verkligt allvarlig, oavsiktlig händelse inträffade var i februari 2009 då en rysk uttjänt militär Kosmos-satellit som vägde 950 kilo kolliderade med satelliten Iridium 33 som vägde 530 kilo och tyvärr var i drift. De slog ihop med dryga 11 kilometer per sekunds relativ hastighet. Resultatet blev ett moln av skräp på 800 kilometers höjd som nu far fram och utgör ett allvarligt hot mot rymdfarten på denna höjd.

Andra olyckor kan vara gamla bärraketer som ligger i bana och till slut har korroderat så mycket att det återstående hydrazinbränslet kommer ut och exploderar. Bland avsiktliga händelser kan man räkna stormakternas experiment med sprängsatelliter, alltså en metod för satellitkrigföring där man skjuter upp en satellit utrustad med en atombomb, och manövrerar den i närheten av en fiendesatellit och spränger båda. Det resulterar i breda foder av skrot som flyter runt jorden och gör åtminstone en satellitbana till ett dödligt minfält.

Att bli av med det

Många mer eller mindre lustiga förslag har kommit fram om hur man skulle kunna städa i låga omloppsbanan. En satellit med en stor öppen tratt som kunde sluka andra satelliter och smådelar? Att förinta dem med laser från Jorden? Att reflektera solljus från dem så att gastrycket från den förångade metallen skulle driva dem mot atmosfären?

CubeSail med utfällt segel.

Alla rymdnationer har numera insett att läget är ohållbart och har genom medverkan i Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (IADC) förbundit sig att se till att uttjänt material ska störta i atmosfären inte senare än 25 år efter att det tjänat ut.

Det enda riktigt praktiska man gjort är att komma överens om att förbrukade geostationära satelliter ska ha en del av bränslet kvar så de själva kan skjuta ut sig till en ”graveyard orbit” ungefär 100-300 kilometer ovanför den geostationära banan, och lämna sin plats till andra satelliter. Det drar betydligt mindre bränsle att bara höja satelliten 100 km än att bromsa in den och få den att störta till Jorden. Snart blir det ändå dags att städa graveyard orbit också eftersom man funnit att de uttjänta satelliterna i denna bana långsamt mals sönder av mikrometeoriter, bitarna börjar driva iväg åt alla håll och kommer ändå till sist att utgöra en fara för satelliter i drift.

Man måste arbeta med kontrollerade störtningar. NASA har sedan länge ordnat så att deras översta skyttel-raketsteg faller tillbaka till Jorden istället för att cirkulera för evigt, medan andra nationer inte är lika nogräknade. I februari 2008 lyckades USA skjuta ned en misslyckad militär satellit genom att skjuta upp en robot från Jorden och träffa satelliten. Alltihop skedde på endast 250 kilometers höjd och resterna av båda hade fallit ur omloppsbana och störtat i havet redan under våren år 2008. Det var dels en övning för att ta reda på om man kunde bli av med misslyckade satelliter på ett ofarligt sätt, och också för att förhindra att den skulle falla ned till Jorden hel och hållen och släppa ut sin dödliga, oförbrända last av 500 kilo hydrazin.

England kämpar emot med nanosatelliter

Och nu kommer det nya. Forskare vid Surrey Space Centre, vid Surreys Universitet har utvecklat ett koncept för självstörtande sateliter med ett stort segel som vecklar ut sig utan mekanisk hjälp, som het enkelt skapar så mycket luftmotstånd i den lilla luft som finns kvar i omloppsbanan så att en satellit ska kunna störta på ett kontrollerat sätt. Det är betydligt billigare än att utrusta satelliterna med mera bränsle och bromsmotorer, som dessutom ska skjutas av på ett kontrollerat sätt.

Cubesail i omloppsbana år 2011.

Satelliter finns i alla storlekar. De största är stora som hela innerstadsbussar och sen fins hela skalan ned till mikrosatelliter i storlek som en mikrovågsugn. Nanosatelliter är nästa klass på uppgående (!). Den nya nanosatelliten är inte större än 10 x 10 x 30 centimeter, alltså som en skokartong, väger 3 kilo och kallas för CubeSail. Den innehåller inte mycket me än en hopskrynklad mylarfilm på 25 kvadratmeter som sitter fast på fyra bakvända urfjädrar. När signalen kommer, släpps fjädrarna och rätar ut sig själva och spänner upp den 5×5 meter stora plastfilmen som ett paraply som börjar göra motstånd mot de få luftmolekyler som finns i den låga omloppsbanan.

Inte för att den brittiska satelliten kommer att göra mycket nytta som satellit. Dess enda uppgift är att störta korrekt, och lämna ifrån sig bilder och annat nyttigt data under tiden.

Britterna vill ta idén ytterligare ett steg framåt och tänker sig att man kan bygga större ”bromssatelliter” som kan manövrera intill andra, uttjänta satelliter, docka med dessa och sedan fälla upp ett lämpligt stort paraply som bromsar hela ekipaget så att det störtar. För, som Dr Vaios Lappas, projektets forskningsledare och dessutom föreläsare i ämnet rymdskeppsstyrning, säger:

– Vi kan hjälpa till att göra rymdfart hållbart. Människan vill gärna kunna fortsätta skicka upp satelliter och därmed skapa nya tjänster, men om vi inte gör något kommer mängden skräp däruppe att växa exponentiellt”

CubeSail ska gå i polär bana på 700 kilometers höjd, där den ska prova sina interna system och sedan utvärdera metoden med luftmotståndet. Det första försöket blir att byta bana genom att vinkla seglet en aning i förhållande till banan. Det ska ske helt utan raketmotorer och bara med hjälp av att vrida seglet med servomotorer. Dessutom ska man vrida hela paketet med hjälp av magneter som samverkar med Jordens magnetfält. När experimenten är avslutade får satelliten kommando att störta sig själv.

Satellitstörtning som tjänst kan bli big business eftersom mängden skräp förväntas öka med 5 % per år. Projektet har fått stöd av brittiska satellittillverkaren SSTL och EADS Astrium som gärna såg att metoden kom till vidare användning i framtiden. Man vill gärna använda idén på sina egna satelliter och sälja tjänsten till andra tillverkare. CubeSail kommer att skickas upp i bana år 2011 och påbyggnadsmoduler för kommersiella satelliter kommer att finnas från 2013.

CubeSail är en typ av CubeSat, som specificerades av California Polytechnic State University och Stanford University 1999 i avsikt att hjälpa andra skolor att bygga egna satelliter. Satelliterna är specificerade i ”enheter” (U) och den grundläggande kubsatelliten är 1U, har en volym på en liter och mäter 10x10x10 centimeter. CubeSail med sina 30 centimeters längd är en 3-enheters satellit (3U). Specifikationsidén har lyckats över förväntan och mängder av CubeSats har skickats upp. Man kan notera att även polackerna håller på med en satellit kallad PW-Sat som ska använda sig av segel för att störta på ett kontrollerat sätt. http://en.wikipedia.org/wiki/Cubesat

Solseglare som störtade

Segel i rymden började som något helt annat. Den mycket berömde astronomen Louis Friedman kom på att man borde kunna utnyttja den ytterst svaga kraften i ljustrycket från Solen till att knuffa fram en satellit utrustad med ett stort solsegel. Då skulle man kunna röra sig utåt i Solsystemet utan att förbruka bränsle.

Principen används numera kommersiellt på vissa telekomsatelliter som drar nytta av ljustryckets lilla men konstanta kraft för att hålla sig i bana utan att förbruka bränsle. Satelliterna kan fälla ut stora solsegel och fånga ljuset och därmed öka sin hastighet, om än aldrig så lite.

The Planetary Society har försökt skicka upp flera solseglare, år 2001 och 2005 och båda gångerna med en ombyggd rysk kärnvapenrobot som sköts upp från en ubåt. Båda gångerna gick något fel och raketen fick sprängas för att inte falla ned över bebodda trakter. De lärde sig inte första gången, tydligen. Men idén var bra. De försökte igen 2008, denna gång med en amerikansk bärraket och en liten satellit från NASA kallad NanoSail-D. Allt om Nanosail, inklusive all teori finns här: http://events.eoportal.org/presentations/129/10001786.html. Det gick lika dåligt. Bärraketen SpaceX Falcon 1 fick sprängas två minuter efter start eftersom första och andra raketsteget inte kunde skiljas åt. Planetary Society ger sig dock inte. Mot slutet av 2010 räknar man med att skicka upp satelliten Lightsail-1 med ett 32 kvadratmeters segel i bana på 800 kilometers höjd.

NanoSail-D.

Teorin säger att fotonerna som kommer från Solen har mängder av rörelsemoment. När de studsar av seglet, som ju är förspeglat, överförs en del av momentet till seglet och därmed farkosten som kommer att röra sig i motsatt riktning. Eftersom solen alltid lyser kommer en kraft alltid att verka på solseglet. Man använder sig alltså inte av solvinden, de partiklar som solen ständigt kastar ut, eftersom solvinden är mycket långsammare än ljuset. Solsegel är sannolikt vår enda chans som människoras att komma någonstans i solsystemet eftersom man orimligen kan ta så mycket bränsle med sig att man kan färdas någonstans bortom Jordens närhet inom en människas livstid. Men när man ska tillbaka till Jorden efteråt, blir man tvungen att använda raketer ändå, eftersom det inte går att kryssa på ljustrycket..

Fyra solröda segel
mot solvind på tvär’n.
Bromsar in satelliten,
störtar i atmosfär’n.

Läs mer

Surrey Space Centre: www.ee.surrey.ac.uk/SSC
CubeSail: www2.surrey.ac.uk/mediacentre/press/2010/26099_a_mission_to_clear_dangerous_debris_from_space.htm
Så begravs satelliter: http://en.wikipedia.org/wiki/Graveyard_orbit
Mera om skräp i rymden: http://en.wikipedia.org/wiki/Space_debris
Inter-Agency Space Debris Coordination Committee: www.iadc-online.org/index.cgi
Planetary Society om solsegel: http://planetarysociety.org/programs/projects/solar_sailing/
Bra sökord i Google ”space junk mitigation”.

Jörgen Städje

Dela artikeln:


Håll dig uppdaterad med vårt nyhetsbrev

Genom att skicka in mina uppgifter godkänner jag Bonnier Business Media AB:s (BBM) allmänna villkor. Jag har även tagit del av BBM:s personuppgiftspolicy.