Sammenstød med rumaffald hvert 10. år

Der ligger en udfordring i at vurdere den risiko, som rumaffald udgør for rumfartøjer og satellitter. Der er både risiko for at blive ramt af kendte, sporede objekter og ukendte objekter – som typisk er mindre, men alligevel kan være ødelæggende.

Kendte objekter omfatter gamle rumfartøjer, andre satellitter, raketkroppe og store fragmenter fra tidligere nedbrud.

"Det er nu almindelig praksis, at satellitter tæt på Jorden medfører brændstof, så de kan foretage undvigemanøvrer i løbet af deres levetid", siger Dr Heiner Klinkrad, der er affaldsspecialist ved ESOC i Darmstadt i Tyskland.

Små objekter, store trusler

At foretage en risikovurdering af mindre stumper affald og meteoroider er dog en ganske anden sag. De er svære - for ikke at sige umulige - at spore.

Småaffald går fra mikroskopiske støvpartikler til objekter på op til 1 cm i diameter. Objekter i denne størrelsesorden er en trussel, men afskærmning, herunder Whipple Shield teknologien, er tilstrækkelig robust til at afværge dem. Det er dog kun i forbindelse med nogle af missionerne, at afskærmning kan anvendes. Det gælder for eksempel på den internationale rumstation (ISS).

Objekter med en størrelse fra 1 til 10 cm giver grund til virkelig bekymring. De er for små og for mange til at blive sporet enkeltvis, men de er i stand til at skade eller ødelægge ethvert fartøj, de rammer ind i.

For at vurdere risikoen af dødsensfarlige objekter i størrelsesordenen 1 til 10 cm anvender forskerne fra ESA og andre rumfartsorganisationer software og modeller til sandsynlighedsberegning. Risikoen forudsiges på basis af et rumfartøjs tværsnit, dets kredsløbshøjde og andre faktorer.

En satellit med et tværsnit på 100 m2 (inklusive solpaneler) med en bane i 400 km højde vil i gennemsnit støde sammen med en stump affald med en størrelse på 10 cm ca. hvert 15.000 år.

Kollisioner i hvert årti

Ved første øjekast virker dette tal måske tilstrækkelig stort for en given satellit. Men man skal huske, at der er mange satellitter i kredsløb. "Hvis man beregner den samlede overflade af alle satellitter i kredsløb, ville man nå frem til, at gennemsnitstiden mellem destruktive kollisioner er på omkring 10 år", siger Klinkrad.

Og i betragtning af at selv et enkelt 10 cm stort affaldsobjekt kunne udradere et rumfartøj til mange millioner euro eller ramme den bemandede rumstation ISS, bliver risikoen for selv en enkelt kollision i hvert årti pludselig meget alvorlig.

Destruktive kollisioner forekommer faktisk

I 1993 fandt den første servicemission et hul på over 1 cm i diameter i en high-gain antenne monteret på Hubble-teleskopet.

I juli 1996 blev Frankrigs militære satellit Cerise ramt og alvorligt beskadiget af, ironisk nok, et katalogiseret eksplosionsfragment fra Ariane rakettens andet modul, og en 4,2 meter stor del af en bom på satellitten blev revet af.

Vil der ske flere kollisioner i dette årti? Det kan ingen sige med sikkerhed, med det er klart, at man er nødt til at tage skridt til at mindske risikoen.

Udover det advarselssystem om rumaffald, som er udviklet af ESOC, udfører ESA forskning i rumaffald ved European Space Research and Technology Centre (ESTEC), i Holland. Aktiviteterne omfatter:

• Udvikling og opsendelse af apparatur, der kan detektere risiko for sammenstød
• Udvikling og afprøvning af afskærmningstyper
• Støtte til kontrol af afskærmningstyper
• Sammenstødsanalyse af indfanget hardware
• Vurdering af skader fra sammenstød

ESA er ikke den eneste organisation, der arbejder med rumaffald. Dr Toshiya Hanada, Associate Professor ved Kyushu University's Department of Mechanical and Aerospace Engineering, i nærheden af Fukuoka i Japan, arbejder med udvikling af optiske sensorer, der kan scanne satellitternes solantenner for tegn på sammenstød.

Dr Hanadas forskningsteam er i særlig grad opmærksomme på risikoen for sammenstød i den høje, geosynkrone bane – det vil sige den bane, hvor en satellit har mulighed for at følge Jordens kredsløb, så den hele tiden befinder sig over samme punkt på Jorden. I denne attraktive bane er der mange satellitter.

"Vi har udviklet en evolutionsmodel for affald i geosynkrone Jordkredsløb og gennemført tests af sammenstød ved lav hastighed, det vil sige under 1,5 km/s, for at kunne lave modeller af den slags sammenstød med rumfartøjer i geosynkront kredsløb", siger han.

Det er tydeligt, at emnet rumaffald har fået opmærksomhed verden over.

Software klar til brug

Tilbage hos ESOC beskriver Dr Klinkrad den risikovurderingssoftware, som ESA har udviklet sammen med virksomheder. Det hedder DRAMA, hvilket står for Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis, og det står gratis til rådighed for rumforskningsmiljøet og kan anvendes til at vurdere risikoen for et katastrofalt sammenstød i forbindelse med enhver specifik mission.

På trods af den type værktøjer er det ikke sandsynligt, at situationen forbedres, medmindre der tages systematiske skridt til at mindske risikoen. Først og fremmest skal rumfartsorganisationerne undgå både bevidste og utilsigtede nedbrud af deres fartøjer. Eksplosioner og kollisioner er, hvad enten de er bevidste eller utilsigtede, den største kilde til affald, der ikke kan spores, men som er dødsensfarligt.

Redaktionel bemærkning:

Den tredje og sidste del af serien om rumaffald: "Mindskning og behovet for en Kodeks", vil gennemgå de eksisterende forslag til en mindskning af rumaffaldet gennem forholdsregler med få omkostninger, men som kan bidrage væsentligt til en beskyttelse af rummiljøet for fremtiden.

Tredje del bliver offentliggjort i begyndelsen af april inden den 4. europæiske konference om rumaffald, der finder sted hos ESOC, i Darmstadt i Tyskland, den 18.-20. april 2005. Se linket om konferencen øverst til højre vedrørende registrering, program og yderligere oplysninger.