Może to być sprzeczne z intuicją, ale projektowanie satelitów w taki sposób, aby lepiej się rozpadały, jest jedną z kluczowych strategii zwalczania kosmicznych śmieci. Opracowane przez ESA Clean Space podejście nosi nazwę „Design for Demise” i polega na upewnieniu się, że satelity, które zakończyły swoją pracę w kosmosie, rozpadną się i całkowicie spłoną, gdy ponownie wejdą w atmosferę Ziemi.
Elementy sztucznych satelitów powinny całkowicie spalić się w trakcie przechodzenia przez atmosferę w procesie deorbitacji. W praktyce pewne części mogą dotrzeć aż na Ziemię, przy czym niektóre z nich są wystarczająco duże, aby wyrządzić poważne szkody. Na przykład w 1997 roku Teksańczycy Steve i Verona Gutowski zostali obudzeni przez coś, co wyglądało jak „martwy nosorożec” zaledwie 50 m od ich domu. Okazało się, że jest to 250-kilogramowy zbiornik na paliwo rakietowe.
Na ilustracji: Główny zbiornik paliwowy drugiego stopnia rakiety Delta 2, który spadł w pobliżu Georgetown w Teksasie w USA 22 stycznia 1997 r. Ten ważący około 250 kg pojemnik zbudowany ze stali nierdzewnej przetrwał powrót w nienaruszonym stanie. Źródło: NASA
Współczesne przepisy dotyczące śmieci kosmicznych wymagają, aby takie incydenty nie miały miejsca. Deorbitacje satelitów powinny mieć mniej niż 1 na 10 000 szans na zranienie kogoś na powierzchni Ziemi.
W ramach większego działania zwanego „cleansat” , ESA opracowuje technologie i techniki, aby zapewnić, że przyszłe satelity o niskiej orbicie będą projektowane zgodnie z koncepcją „D4D”, czyli „Design for Demise” lub w wolnym tłumaczeniu „Projekt na wypadek śmierci.”
Niektóre cięższe elementy sztucznych satelitów mają większą szansę na przetrwanie procesu ponownego wejścia w atmosferę Ziemi. Należą do nich m.in.: instrumenty optyczne, zbiorniki paliwowe, mechanizmy obsługujące panele słoneczne lub koła reakcyjne, czyli żyroskopy używane do zmiany orientacji satelity. Jednym z elementów badań D4D jest topienie takich masywnych przedmiotów w plazmowych tunelach aerodynamicznych zdolnych do odtworzenia warunków, w których znajdują satelity wchodzące w atmosferę Ziemi. Innym pomysłem jest zapewnienie, że duże i ciężkie elementy będą rozbijane na części odpowiednio wcześnie, aby zdążyć spłonąć w atmosferze.
Na ilustracji: Test oddziaływania atmosfery z satelitą przeprowadzony w plazmowym tunelu aerodynamicznym w ramach projektu ESA Clean Space w Niemieckim Centrum Lotniczym DLR w Kolonii. Źródło: ESA
Podczas powrotu na Ziemię, interakcja z atmosferą zwykle powoduje rozpad satelity na wysokości około 75 km. Wewnętrzne elementy satelity zaczynają być wystawione na działanie warunków zewnętrznych dopiero potem. Dlatego skonstruowanie satelity, który ulegnie rozpadowi na większej wysokości, pozwoliłoby znacznie przyspieszyć proces dezintegracji jego składowych. Możliwe sposoby na to obejmują bardziej topliwe złącza łączące panele satelitarne lub stosowanie stopów z pamięcią kształtu, które zmieniają kształt wraz z temperaturą.
W swoich badaniach Clean Space korzysta z oprogramowania DRAMA (Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis), które służy do obliczania zgodności projektu satelity ze standardami ograniczania zanieczyszczeń kosmicznych oraz do zapewnienia, że zaproponowane rozwiązania są obarczone jak najmniejszym ryzykiem obrażeń.
Więcej informacji:
- Strona internetowa projektu Clean Space
- Strona internetowa Space Debris User Portal
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Satelita rozpadający się na części podczas wejścia w atmosferę. Źródło: ESA/ Sacha Berna
