Hubbles det indflydelsesrige liv sammen med rumaffald

I løbet af sine 30 år i kredsløb om Jorden, NASA/ESA Hubble-rumteleskopet har været vidne til den skiftende karakter af rumflyvning, efterhånden som himlen er fyldt med et større antal satellitter, den internationale rumstation blev født, og nedbrud og eksplosioner i rummet har skabt skyer af hurtigt bevægende rumaffald.

Hubble selv har mærket virkningen af ​​dette affald, akkumulerer små nedslagskratere på tværs af sine solpaneler, der vidner om et langt og begivenhedsrigt liv i rummet. Så hvad kan vi lære af disse påvirkninger, og hvad byder fremtiden på for Hubble?

I 1993, den første Shuttle-mission for at 'pudse' Hubble op. Ved at forsyne rumobservatoriet med korrigerende optik, det var pludselig i stand til at tage de utroligt skarpe billeder af universet elsket af verden over.

Mens astronauterne var der, de erstattede observatoriets solarrays, som havde 'rystet' på grund af temperaturudsving. Et af panelerne blev kasseret i kredsløb, senere brænder op i jordens atmosfære, men den anden blev bragt tilbage til Jorden.

En del af ESA's bidrag til Hubble var at designe, fremstille og levere sine solpaneler i bytte for observationstid, hvilket betyder, at det returnerede array var tilgængeligt for agenturet at inspicere.

Dette var en af ​​de tidligste muligheder i rumforskningens historie for at se virkningen af ​​mere end to år i rummet på en satellit i kredsløb. Holdet opdagede hundredvis af nedslagskratere i lommerne på overfladen af ​​blot en lille del af solpanelet, fra mikron til millimeter i diameter.

Ni år senere, solpanelerne blev igen udskiftet og vendte tilbage til Jorden denne gang efter at have akkumuleret næsten et årti af nedslagskratere.

Dette array er nu udstillet på ESA's Technology Center (ESTEC) i Holland, men et lille stykke kom til ESOC-missionskontrollen i Tyskland, hjem til Space Debris Office.

En række beviser på Hubbles tidlige bombardement

Selvom vi ikke ved præcis, hvornår hvert nedslagskrater blev dannet, de må være opstået under solarrayets periode i kredsløb. Som sådan, påtrykt dem, er et unikt bevis på rumflyvningsaktivitet under deres tid i rummet.

Nedslagskraterne blev undersøgt for at bestemme deres størrelse og dybde, men også for at opsøge potentielle nye rester. I betragtning af at den kemiske sammensætning af solcellen var kendt, 'fremmede' materialer eller elementer kunne være blevet bragt ind i krateret af slaglegemet.

Metaller som jern og nikkel antyder et nedslag fra en naturlig kilde - fragmenter af asteroider og kometer kendt som mikrometeoroider. Kraterne fundet i Hubbles solarrays indeholdt dog små mængder aluminium og ilt, en stærk indikation af menneskelig aktivitet i form af 'solid raketmotor' affyringsrester.

Rumskrot-teamet, som led i en større indsats med partnere i industri og akademi, var i stand til at matche formen og størrelsen af ​​disse kratere til modeller af raketaffyringer, som man vidste var sket på det tidspunkt, finde et match mellem observerede kratere og forventede kratere.

Blev Hubble såret?

Disse små partikler, spænder fra mikrometer op til en millimeter i størrelse, ville have ramt Hubble med enorme relative hastigheder på 10 km/s, men de havde ikke den store indflydelse på fartøjet, som fortsætter med at tage utrolige billeder af vores univers.

Sådanne påvirkninger forekommer ret hyppigt for alle satellitter, hovedeffekten er en kontinuerlig, men gradvis forringelse af mængden af ​​strøm, som solcellepanelerne kan producere.

Nye missioner gør brug af en model skabt af rumskrot-teamet, baseret på tidlige Hubble-påvirkningsdata, at forudsige, hvor mange påvirkninger der kan forventes for hver mission, og hvilken effekt dette vil have på solenergi.

Hubble lever stadig med truslen om kollision

Forestil dig Hubble-rumfartøjet i kredsløb, bor inde i en 1 km x 1 km x 1 km terning. Gennemsnitlig, til enhver tid, et enkelt stykke affald i mikronstørrelse deler den terning med Hubble, fordi for hver kubikkilometer af rummet omkring Jorden, der er omkring en lille snavset genstand.

Det lyder ikke af meget, men Hubble selv rejser med 7,6 km/s i forhold til Jorden, og det samme er disse små fragmenter af affald. En stor del af kollisioner mellem de to sker ikke direkte, men i en vinkel, hvilket fører til relative kollisionshastigheder på omkring 10 km/s.

For nemheds skyld, Forestil dig, at disse partikler rejser med 10 km/s i forhold til en stillestående Hubble. Dette er det samme som ti af disse hurtigt bevægende objekter, der krydser ind og ud af Hubbles kubiske rum hvert sekund. Fordi Hubbles solpaneler optager et stort overfladeareal, måler cirka 7x2 m, de er mere tilbøjelige til at stå ansigt til ansigt med et stort antal af disse projektiler.

Hubble står i dag over for en lignende trussel fra små rester, som den gjorde kort efter, at den blev opsendt. Mens der stadig skabes partikler i mikronstørrelse i dag, atmosfæren i denne lave højde, 547 km over jordens overflade, fejer også en del af dem væk.

Imidlertid, risikoen fra større genstande er desværre også stigende. Affaldsfragmenter i størrelsesordenen 1-10 cm er for små til at blive katalogiseret og sporet fra jorden, men har nok energi til at ødelægge en hel satellit. I Hubbles højde, sandsynligheden for en kollision med et af disse objekter er fordoblet siden begyndelsen af ​​2000'erne, fra en chance på 0,15 % om året til en 0,3 % i dag.

Hubble bor, hvor megakonstellationer planlægger at bo

Nogle satellitter opsendes i dag uden mulighed for at ændre deres kredsløb. I stedet for at manøvrere i slutningen af ​​deres liv, de kan indsættes i relativt lave højder, så Jordens atmosfære med tiden trækker dem ned for at brænde op, inklusive den region, som Hubble kalder hjem.

Ud over, det samlede antal operationelle satellitter, der bliver sat ind i denne region, ser ud til at stige hurtigt. Nogle bredbåndsinternetkonstellationer, hvoraf den største er planlagt til at indeholde tusindvis af satellitter, har deres sigte rettet mod disse højder.

Space Safety hos ESA

For at hjælpe med at forhindre opbygning af nyt affald gennem kollisioner, ESA's Space Safety-program udvikler teknologier til "automatiseret kollisionsundgåelse", som vil gøre processen med at undgå kollisioner mere effektiv, ved at automatisere beslutningsprocesserne på stedet.

Men hvad med affaldet, der allerede er derude? I en verdensnyhed, ESA har bestilt en aktiv affaldsfjernelsesmission, der sikkert vil bortskaffe et affaldsstykke, der i øjeblikket er i kredsløb. ClearSpace-1 missionen vil målrette en 100 kg Vespa raketdel, efterladt i kredsløb efter den anden flyvning af ESA's Vega-raketrampe tilbage i 2013.

Med en masse på 100 kg, Vespaen er i størrelse tæt på en lille satellit. Dens relativt enkle form og robuste konstruktion gør det til et passende første mål, før det går videre til større, mere udfordrende optagelser af opfølgende missioner - til sidst inklusive multi-objektfangst.