Sécurité orbitale: Les défis de la maladie survivante
suspendus dans une orbite de la Terre, c’est comme entrer dans le milieu d’un fusil à l’ouest sauvage – Les balles volent partout et même bien qu’aucun ne soit délibérément destiné à vous, on pourrait avoir votre nom dessus. Nombreuses de ces balles sont des satellites synthétiques contrôlés et surveillés activement, mais nous trouvons également des satellites morts, des restes de satellites, des étapes de fusée jetées, des outils perdus pendant des pistes spatiales et même des flecks de peinture et de rouille, une grande partie de celle-ci à plusieurs kilomètres. par seconde sans aucune indication.
Tout en retirant que ces débris spatiaux seraient directement idéaux, la réalité est que tout vaisseau spatial et tout spacesuit qui doit passer du temps en orbite doit être capable de maintenir au moins quelques-uns des hits par des débris spatiaux l’impact.
Mécanique orbitale
Qu’il est facile de créer de nouveaux débris devraient ne pas surprendre à personne. Ce qui peut prendre un peu beaucoup plus d’imagination est juste combien de temps cela peut prendre pour ces débris de se diriger vers l’atmosphère de la Terre, où il brûlera sans incidence. Tout en orbite tombe vers la terre, mais sa vitesse tangentielle le garde de frapper – comme un marbre tournant autour du trou dans un entonnoir. La traînée de l’atmosphère de la planète est le frottement qui ralentit finalement l’objet vers le bas et où les orbites dans l’atmosphère de la planète identifient la durée de la longueur de cette descente.
Taux de décomposition orbital infographie. (Crédit: ULA)
Comme cité par le bureau du programme des débris orbitales de la NASA chez Ares dans sa FAQ, il y a plus de 23 000 objets de débris de plus de 10 cm d’orbite, en plus de beaucoup de plus d’un demi-million d’objets compris entre 1 cm et 10 cm et des millions d’objets entre 1 mm et 10 mm. Les principales sources de débris orbitaux sont des explosions satellitaires et des collisions. Cela inclut le test anti-satellite de Chine 2007 (ASAT), ainsi que les tests ASAT de 2019 en 2019 et de la Russie, qui se sont produits en plus des tests ASAT de l’URSS et US 57 (Total).
Satellites Dans certains cas exploser, tels que les explosions satellitaires US DSMP de 2004 et 2015. D’autres fois, les satellites se heurtent mutuellement, comme Iridium-33 avec Cosmos-2251, se font frapper par des débris ou des micrométéorites, etc. Comme dans les débris d’orbite de terre faible (Leo) a tendance à se déplacer à des vitesses de 7 km / s.
En fonction de la masse de l’objet de débris, l’effet de celui-ci a un impact avec un satellite ou un autre objet sur son chemin, en ajoutant probablement un autre ~ 7 km / s dans la direction opposée, pourrait être le transfert de gigajoules d’une énergie cinétique, équivalente à tonnes de TNT. Même une fleck de peinture voyageant à ces vitesses a été démontrée pour causer des dommages importants, en particulier pour les structures délicates telles que les panneaux solaires. Comme mentionné, cela rend essentiel que de telles structures peuvent accepter un certain niveau de dommages causés par un impact.
Toujours les petits
Le bouclier de Whipple utilisé sur la sonde Stardust de la NASA. (Crédit: NASA)
Bien que, bien que de porter beaucoup plus d’énergie, la bonne chose à propos des morceaux de débris plus gros est qu’ils sont relativement faciles à suivre à l’aide de l’équipement au sol. Une station satellite ou spatiale peut utiliser des propulseurs à bord si elle devient trop proche de l’orbite d’une de ces grosses morceaux de débris.
Cela laisse ensuite principalement les petits débris, en particulier les petits flocons et grains trop petits pour suivre, mais avec suffisamment de masse pour causer des dommages importants. Pendant des décennies, la protection optimale du vaisseau spatial est le bouclier de Whipple. Tout comme le bouclier multi-choc similaire, il s’agit d’un type d’armure espacée, un type d’armure d’une armure d’abord rendue populaire auprès des navires de guerre de fer du milieu du XIXe siècle.
Au lieu de simplement faire une armure plus épaisse, plusieurs couches sont utilisées, avec un espace vide ou une sorte de rembourrage entre eux. Cela sauve de poids, tout en permettant à un projectile entrant de dissiper sans danger son énergie. Ce même principe peut être vu avec ex. Les fenêtres de l’ISS, qui consistent en plusieurs couches. Dans le cas de la Cupola ISS ‘, il y a quatre couches:
Panneau de débris extérieur.
Deux porte-pression de 25 mm.
Panneau à rayures interne.
Le volet extérieur devrait dissiper beaucoup d’énergie d’une grève, avec la couche derrière elle attrapant le nuage de débris, qui devrait voyager à des vitesses suffisamment lentes qu’elles ne devraient faire aucun préjudice important. Chaque fenêtre peut être remplacée en orbite après avoir monté une couverture externe, il doit subir de nombreuses dommages que le remplacement est justifié.
Dommages observés à la plage solaire ISS 3A, panneau 58 (côté cellulaire à gauche, dos de Kapton à droite). Remarque La diode By-Pass est déconnectée en raison de l’impact de MMOD. (Crédit: Hyde et al., 2019)
Pour les sections restantes de l’ISS, les panneaux balistiques sont placés à une certaine distance de la coque primaire, qui sont développées pour capturer et dissiper l’énergie des micrométéorites et de petits débris orbitaux. Les dommages météoroïdes et orbitaux sur l’ISS ont été étudiés depuis des décennies maintenant, avec un document de 2019 par Hyde et al. décrivant les résultats récents.
Une constatation intéressante est celle des dommages causés aux ailes de la gamme solaire de l’ISS. Dans un cas, un MILa crométorite a eu une incidence sur l’un des panneaux et a créé un trou de 7 mm de diamètre. Cela a détruit une diode de dérivation dans le panneau et a provoqué une accumulation actuelle qui a finalement entraîné une brûlure de près de 40 cm de long le long des bords de trois cellules.
De toute évidence, la protection des panneaux solaires de cet environnement est tout sauf facile, comme par définition, l’ajout de panneaux de protection devant eux plutôt défait le but de disposer de panneaux solaires. L’ISS compte plus de 250 000 cellules, avec l’attente que certaines d’entre elles seront sans aucun doute perdues avec le temps. En juin 2021, les astronautes de l’ISS ont installé de nouveaux panneaux solaires pour remplacer le plus ancien.
Lors du remplacement des panneaux solaires tels que ceci est une option viable pour traiter des dommages accumulés sur une station spatiale, il est moins utile pour les satellites, qui devraient ainsi avoir une capacité électrique excessive suffisante pour faire face à la perte au fil du temps.
Infraction comme meilleure défense
Étant donné que les débris dans certaines orbites se traîneront pendant des décennies ou plus, nous pourrions éventuellement atteindre un point où l’élimination active de ces débris devient une nécessité. C’est là que la mécanique orbitale et la quantité incroyable d’espace dans, bien, l’espace rendent les choses très difficiles. Même si le risque de débris orbitaux est élevé, car les satellites et les débris se déplacent tous deux assez rapidement, la densité est très faible. C’est pourquoi les astronautes sur l’ISS ne voient pas les morceaux de débris zipper par tout le temps.
Cette absédance rend la suppression des débris actifs une corvée et discute de la raison pour laquelle des missions récentes de grandes missions telles que l’enlever, ClearSpace-1 et d’autres, et d’autres se concentrent sur de grands débris qui se déplacent dans des orbites précédemment connues. Ils nécessitent souvent des satellites de relocalisation dans une certaine distance de la cible et effectuent des opérations délicates. Comme indiqué précédemment, le risque le plus élevé provient des débris qui ne peuvent pas être facilement suivis, ce qui semble donc vaincre ces méthodes de nettoyage.
Ici, éventuellement, la meilleure méthode est de ne pas chasser activement ces objets, mais de les attraper passivement à l’aide d’un système expansif, un peu comme comment une araignée utilise une bande pour attraper une proie sans méfiance. C’est ce que StarTlet de démarrage russe avec leur receveur de débris en mousse a en tête. L’utilisation de la mousse pour capturer des débris orbitaux n’est pas nouvelle, avec un rapport de l’ESA de 2011 couvrant également l’utilisation de la mousse en profondeur.
Pas de déchets
Même avec des services d’atténuation en place, et avec des méthodes d’élimination des débris orbitales étudiées et éventuellement être déployées au cours des prochaines décennies, la meilleure chose que nous puissions faire le mieux maintenant est d’éviter de faire beaucoup plus de désordre. De nos jours, la gestion de la circulation spatiale est principalement traitée par l’Office des Nations Unies pour les affaires spatiales de l’ONU (ONUOOSA), avec des politiques nationales à la suite d’accords internationaux sur l’évité de débris orbitaux et d’autres considérations.
L’accent mis sur la ré-utilisabilité du vaisseau spatial est un développement chanceux. Le plus grand objectif du programme de navette spatiale américaine – qu’il servirait de plate-forme pour entretenir des satellites – ne se préoccupait jamais de franchir au-delà du service Hubble. Cependant, nous pouvons espérer voir bientôt la fin de la routine Jetant de simplement laisser des étapes de fusée entières flottantes, en diminuant au moins une source de pollution de l’espace.