Balony receptą na oczyszczanie niskich orbit?

0

Zespół inżynierów ze znajdującej się w Kalifornii firmy Global Aerospace Corporation zaprezentowało nową technikę deorbitacji satelitów, opierającą się na wykorzystaniu nadmuchiwanych elementów oraz szczątkowego oporu atmosferycznego. Koncepcja ta przypomina zatem pierwotne założenia polskiego projektu satelity PW-Sat, mającego przetestować deorbitację z użyciem oporu atmosferycznego w najbliższej przyszłości, choć ostatecznie odbędzie się to z wykorzystaniem innego systemu.

Misje polegające na sprawdzeniu koncepcji deorbitacyjnych znajdują się ostatnio w centrum zainteresowania, ze względu na stosunkowo niedawną kolizję pomiędzy satelitami Iridium oraz Kosmos, w wyniku której powstała potężna chmura odłamków, stanowiąca potencjalne zagrożenie dla innych urządzeń w przyszłości. Co więcej, stale rosnąca ilość nowych satelitów oznacza wzrost ryzyka wystąpienia kolejnych zderzeń i przybliża przez to katastrofalną wizję realizacji syndromu Kesslera, w którym kolizja dwóch obiektów powoduje reakcję łańcuchową, w wyniku której kolejne odłamki niszczą kolejne satelity – w efekcie doprowadzając do całkowitego zaśmiecenia przestrzeni znajdującej się w pobliżu Ziemi.

Nowa metoda wykorzystuje złożony balon, który satelita zabiera ze sobą na orbitę i po zakończeniu okresu swojej eksploatacji nadmuchuje go wykorzystując do tego celu hel z zamontowanego na nim zbiornika. Jest to odejście od aktualnie przyjętej koncepcji, w której wykorzystuje się silniczki samego satelity do zmiany jego orbity w stopniu umożliwiającym jego dezintegrację w atmosferze – wpływa to jednak negatywnie na czas jego życia, ponieważ to samo paliwo mogłoby posłużyć do wykonywania korekt jego orbity, wydłużając tym samym okres jego funkcjonowania. Natomiast uwzględnienie dodatkowego paliwa w projekcie oznacza zwiększenie masy urządzenia, a co za tym idzie wzrost kosztów związanych z jego umieszczeniem na orbicie okołoziemskiej.

Nadmuchiwany balon wypełniony helem może być zatem lżejszym, tańszym, a więc i korzystnym rozwiązaniem, umożliwiającym usunięcie satelity nawet po całkowitym wyczerpaniu przez niego zapasu paliwa pokładowego. Zasada funkcjonowania nowej techniki jest prosta i polega na tym samym zjawisku, które ma wykorzystywać PW-Sat z Politechniki Warszawskiej – ma zwiększyć efektywną powierzchnię interakcji szczątkowej atmosfery z satelitą, znacznie przyspieszając tym samym proces wytracania przez niego energii, a tym samym zejście z orbity.

Według analizy przeprowadzonej przez naukowców, balon o średnicy 37 metrów mógłby pozwolić na usunięcie satelity ważącego 1200 kilogramów i znajdującego się na niskiej orbicie okołoziemskiej na wysokości 830 kilometrów w przeciągu roku. Pomimo, iż wspomniane 830 kilometrów wydaje się to dużą odległością, to orbity takie nadal zaliczają się do orbit LEO, czyli bliskich Ziemi i nie są stabilne w długim okresie czasu, choć samoistne usunięcie obiektu z takiej orbity może potrwać kilkaset lat. Zwiększenie szczątkowego oporu atmosferycznego zmienia zatem czas deorbitacji w ogromnym stopniu.

Co więcej, masa balonu wykorzystanego w powyższym przykładzie, razem z systemem koniecznym do jego napełnienia wynosiłaby zaledwie 36 kilogramów – znacznie mniej niż alternatywa, jaką jest zabranie dodatkowego paliwa.

Nowy system z racji zastosowanej techniki posiadałby jednak te same ograniczenia, jak technika żagla zastosowana w przypadku satelity PW-Sat. Konieczność wykorzystania szczątkowego oporu atmosferycznego oznacza, że nie nadaje się ona dla satelitów znajdujących się na wyższych orbitach – na przykład satelitów telekomunikacyjnych na orbitach geostacjonarnych. Według Briana Weedena z Secure World Foundation, rozwiązanie wykorzystujące balon mogłoby działać tylko na orbitach niższych od 1500 kilometrów, choć oznaczałoby to możliwość oczyszczenia orbit o wysokości od 750 do 900 kilometrów, a więc regionu o największym zagęszczeniu satelitów na niskich orbitach.

Pewnym minusem systemu jest zwiększone ryzyko kolizji po nadmuchaniu balonu, spowodowane zwiększeniem rozmiaru satelity, choć ryzyko z tym związane określa się jako “minimalne” i z pewnością mniejsze niż pozostawienie starych lub uszkodzonych satelitów na orbitach, gdzie będą stanowić zagrożenie przez dziesiątki lub setki lat.

Pewnym jest również, że wraz z kolejnymi lotami problem ten będzie stale narastał, o ile nie znajdzie się skutecznego rozwiązania. Z tego względu GAC obecnie poszukuje sposobów na uzyskanie potrzebnego finansowania swojej misji demonstracyjnej nazwanej GOLD (Gossamer Orbit Lowering Device).

System oparty o nadmuchiwany balon stanowił pierwotne założenia polskiego projektu systemu deorbitacyjnego PW-Sat, który jednak ostatecznie ustąpił miejsca koncepcji rozkładanego żagla spełniającego podobną funkcję.

{youtube}Ga90-xktGsk{/youtube}
Krótki film ukazujący pierwotne założenia projektu PW-Sat (SKA)

Prace nad techniką zwiększania szczątkowego oporu atmosferycznego z jego wykorzystaniem są również prowadzone w Japonii oraz Wielkiej Brytanii.

Źródło: New Scientist

Share.

Comments are closed.