Omkostningerne ved rumaffald:Kollisioner i rummet bliver mere og mere sandsynlige

Med hundredvis af satellitter opsendt hvert år, kollisioner i rummet og skabelsen af ​​hurtigt bevægende fragmenter af rumaffald - eller 'rumskrammel' - bliver mere og mere sandsynlige, truer vores fortsatte menneskelige og teknologiske tilstedeværelse i rummet.

Organisationen for Økonomisk Samarbejde og Udvikling (OECD) offentliggjorde for nylig sin første rapport om de økonomiske omkostninger ved rumaffald. Ved hjælp af forskning fra talrige kilder, inklusive data og analyser fra ESA's Space Debris Office, det skitserer farerne forude, hvis vi ikke handler, og hvad der kan gøres for at sikre vores fremtid i rummet.

Her, vi opsummerer rapportens nøgleresultater og forklarer, hvordan ESA hjælper med at løse problemet gennem sit rumsikkerhedsprogram.

Et voksende problem

"Økonomiske og samfundsmæssige sårbarheder over for rumfarer, især rumaffald, vokser."—Space Sustainability:The Economics of Space Debris in Perspective fra OECD, 2020.

Den institutionelle og kommercielle brug af plads vokser i stigende hastighed. Antallet af satellitter i kredsløb vil stige yderligere med lanceringen af ​​'mega-konstellationer' til satellitbredbånd, nogle omfatter tusindvis af satellitter, og dermed øges risikoen for sammenstød og mere rumaffald.

Bare én kollision eller eksplosion i rummet skaber tusindvis af små, hurtigt bevægende små skår af affald, der kan beskadige eller ødelægge en fungerende satellit. For eksempel, i 2007, den forsætlige ødelæggelse af FengYun-1C-satellitten fordoblede mængden af ​​affald i en højde af omkring 800 km, førte til en stigning på 30 % i den samlede befolkning af affald på det tidspunkt.

Rumaffald er dyrt, og det vil blive endnu mere

Om omkostningerne ved rumaffald, rapporten fastslår, at:"Beskyttelse af rumaffald og afværgeforanstaltninger er allerede dyre for satellitoperatører, men de vigtigste risici og omkostninger ligger i fremtiden, hvis genereringen af ​​affald kommer ud af kontrol og gør visse baner ubrugelige til menneskelige aktiviteter."

Det er dyrt at beskytte satellitter mod rumaffald, begyndende med designforanstaltninger, behovet for overvågning og sporing, flytte operative satellitter ud af fare og endda erstatte missioner helt.

For satellitter i geostationær kredsløb, OECD rapporterer, at sådanne omkostninger beløber sig til anslået 5-10 % af de samlede missionsomkostninger, hvilket kunne være hundrede af millioner af dollars. I lave kredsløb om jorden, de relative omkostninger pr. mission kan være endnu højere end 5-10 %.

Imidlertid, omkostningerne ved passivitet ville være langt større. Tilstrækkeligt affald i kredsløb kan i sidste ende føre til "Kessler-syndromet", hvor kollisioner kaskade, fører til flere og flere selvgenererende kollisioner, og hvad OECD beskriver som "et økologisk vendepunkt, der kan gøre visse baner ubrugelige."

Økonomier og samfund er i stigende grad sårbare over for virkningerne af affald

De socioøkonomiske virkninger af Kessler-syndromet ville være alvorlige. Vigtige rumapplikationer kan gå tabt, såsom vejrudsigter, klimaovervågning, jordvidenskab og rumbaseret kommunikation. Manglende evne til at bruge visse baner ville have vidtrækkende og betydelige konsekvenser. Ifølge rapporten, disse vil omfatte:

• Unikke applikationer og funktionaliteter kan gå tabt f.eks. internet, vejr- og kommunikationstjenester
• Liv tabt f.eks. øget risiko for astronauter i den internationale rumstation
• Afbrudt geovidenskab og klimaforskning
• Øget trængsel og pres på andre baner
• Bremset økonomisk vækst og opbremsning i investeringerne i sektoren

Specifikt, rapporten fastslår, at:"visse geografiske områder og sociale grupper ville blive uforholdsmæssigt berørt, især i landdistrikter med begrænset eksisterende jordinfrastruktur og stor afhængighed af ruminfrastruktur."

Vi gør ikke nok

Ifølge rapporten, "Der findes omfattende nationale og internationale afværgeforanstaltninger, men compliance er utilstrækkelig til at stabilisere orbitalmiljøet."

Gældende retningslinjer for afbødning af affald for operatører, der flyver satellitter på lavtliggende jord og geostationære baner omfatter, blandt andre:

• undgå bevidst generering af affald (inklusive anti-satellittests)
• minimering af potentialet for utilsigtede eksplosioner
• en 25-årig deorbit-regel for missioner i lav kredsløb om Jorden
• missioner i geostationær kredsløb bør sendes til en højere 'kirkegårdsbane' ved slutningen af ​​deres liv, holde satellitter ud af vejen
• kollisionsundgåelse bør finde sted, når det er muligt, samt minimere risikoen for ofre på jorden på grund af genindsejling

Som opsummeret i ESA's seneste Space Debris Environment Report, de fleste operatører af satellitter i geostationær kredsløb overholder disse retningslinjer, men mindre end 60 % af dem, der flyver i lavt kredsløb om Jorden, overholder (og kun 20 % i kredsløb over 650 km). Adskillige lande har også udført anti-satellittest gennem årene.

ESA's Space Safety-program – Europas svar

ESA's Space Debris Office er dedikeret til at beskytte missioner under flyvning i dag samt at sikre en bæredygtig fremtid for rumflyvning. Hver dag, hold ved ESOC mission control i Darmstadt, Tyskland, overvåge og vurdere sandsynligheden for potentielle kollisioner i kredsløb og vejlede operatører om, hvordan de holder deres missioner sikre.

Efterhånden som flere satellitter sendes i kredsløb, nuværende 'manuelle' metoder til at undgå kollisioner i rummet, og skabelsen af ​​affald, vil ikke være nok. Som sådan, ESA, gennem agenturets rumsikkerhedsprogram, udvikler teknologier til 'automatiseret kollisionsundgåelse', der vil gøre processen med at undgå kollisioner mere effektiv.

Ved at vurdere risikoen og sandsynligheden for kollisioner i rummet, denne software vil forbedre beslutningsprocessen om, hvorvidt en manøvre er nødvendig, og kan endda sende ordrerne til udsatte satellitter for at komme af vejen.

Men hvad med det skrammel, der allerede er i kredsløb? I en verdensnyhed, ESA har bestilt en mission, der skal fjerne et stykke affald fra kredsløb.

ClearSpace-1-missionen vil målrette mod en Vespa (Vega Secondary Payload Adapter) øverste trin, der er tilbage i kredsløb efter den anden flyvning med ESA's Vega-launcher tilbage i 2013.

Med en masse på 100 kg, Vespaen er i størrelse tæt på en lille satellit, mens dens relativt enkle form og robuste konstruktion gør det til et passende første mål. Dette første skridt, at bevise, at affaldsfjernelse i kredsløb er mulig, vil etablere en kommerciel service, der også kan henvende sig til større, mere udfordrende optagelser, ' til sidst inklusive multi-objektfangst.

Undgåelse af kollisioner og fjernelse af affald er afgørende for at reducere mængden af ​​affald i rummet, men overholdelse af retningslinjerne for afbødning af affald skitseret ovenfor har den største indvirkning på vores rummiljø. ESA's Space Debris Office overvåger overholdelse over hele kloden, and along with the Clean Space Office is working to increase global compliance through operations and technology advancements.