NASA tiria kosmoso šiukšlių šalinimo lazerį

1978 m. NASA mokslininkas Donaldas Kessleris numatė, kad susidūrimas tarp dviejų kosminių šiukšlių gali sukelti tolesnių smūgių pakopą, susidarantį pavojingai didelį kiekį šiukšlių.

Kessleris atkreipė dėmesį į tai, kad kai nuolaužų formavimosi greitis yra greitesnis nei jų išskridimo iš orbitos greitis, Žemė taps apsupta nuolatinių šiukšlių juostų – scenarijus, dabar žinomas kaip Kesslerio sindromas.

Kai kuriais skaičiavimais, Kesslerio sindromas jau tapo realybe. 2009 m. sausį įvykus Iridium 33 ir Cosmos 2251 palydovų susidūrimui, susidarė būtent tokia kaskada. Prieš dvejus metus Kinijos kariuomenė išbandė priešpalydovinį ginklą, sunaikindama vieną iš savo palydovų, vadinamų Fengyun 1C. Abu incidentai įvyko maždaug 800 km aukštyje.

Šiandien Europos kosmoso agentūros Žemę stebintis palydovas Envisat skrieja maždaug tokiame aukštyje ir jam reguliariai gresia galimi poveikiai. Daugiau nei 60 procentų šių grėsmių gali būti siejama su Iridium/Cosmos susidūrimu arba Fengyun incidentu.

Tačiau nors kosminis šlamštas kelia grėsmę daugumai kosmoso operatorių, nedaugelis turi realių paskatų ką nors padaryti. Jei iškyla didelė grėsmė, paprastai palydovą galima pajudinti iš kelio. Tai daug pigiau nei iš tikrųjų išvalyti šiukšles.

Rezultatas yra bendros padėties tragedija, kai bendras išteklius išnaudojamas taip, kad jis tampa netinkamas naudoti.

Čia įsijungia tokia vyriausybinė agentūra, kaip NASA. Buvo sklando įvairių idėjų, kaip pašalinti kosminį šlamštą, dauguma jų yra labai brangūs.

Šiandien Jamesas Masonas NASA Ames tyrimų centre netoli Palo Alto ir keli bičiuliai aprašo daug pigesnį variantą. Jų idėja yra sunaikinti atskirus šiukšlių gabalus antžeminiu lazeriu ir taip sulėtinti juos taip, kad jie galiausiai iškristų iš orbitos.

Žinoma, pašalinimas lazeriu nėra visiškai naujas dalykas. Dešimtajame dešimtmetyje JAV oro pajėgos nagrinėjo šią idėją, manydamos, kad pakankamai galingas lazeris gali sunaikinti objektą ir sukurti jėgą, kurią būtų galima panaudoti jį išskristi. Šios idėjos bėda ta, kad toks galingas lazeris turi akivaizdžią dvejopą paskirtį, kuri vargu ar patiks kitoms kosmose gyvenančioms tautoms.

Taigi Masonas ir draugai ištyrė galimybę panaudoti daug mažiau galingą sistemą, kuri naudoja vien fotonų impulsą, kad sulėtintų šiukšlių srautą. Kasdien valandą ar dvi susitelkę į šiukšlių gabalą, jie apskaičiavo, kad 5 kW galios lazeris galėtų atlikti šį triuką ir kad toks prietaisas galėtų įveikti iki dešimties objektų per dieną.

Tai galėtų padėti atitraukti šiukšles nuo potencialiai pavojingų orbitų ir galiausiai visiškai ją iškelti. Tiesą sakant, Masonas ir bendradarbiai teigia, kad sistema galėtų pakeisti Kesslerio sindromą, kad šiukšlių pašalinimo greitis dar kartą viršytų jų susidarymo greitį.

Jie sako, kad jų sistema netgi galėtų būti naudojama manevruojant tinkamai suprojektuotus palydovus, nereikalaujant jiems gabenti raketinio kuro. Tokia sistema galėtų būti parduodama kaip komercinė įmonė, taip padedant už ją sumokėti.

Ne todėl, kad jis turi būti labai brangus. Masonas ir bendradarbiai apskaičiavo, kad bandomąjį įrenginį būtų galima nupirkti už milijoną dolerių, kuriuos tektų dalytis daugeliui kosmoso šalių, kad būtų išvengta neišvengiamų teisinių problemų, kurių kiltų naudojant tokį įrenginį.

Žinoma, JAV (ir akivaizdžiai Kinija) jau turi technologijas tokiam darbui, naudodamos savo antipalydovines sistemas. Iš tiesų, Mason ir bendradarbiai teigia, kad gali būti įmanoma atlikti beveik nulinių išlaidų demonstravimą naudojant esamas galimybes, tokias kaip Starfire Optical Range Kirtland AFB.

Tik laiko klausimas, kada kosminis šlamštas sukels rimtą sumaištį orbitoje, pavyzdžiui, grasindamas įgulai. Po tokio incidento bus daug susidomėjimo tokiomis technologijomis. Ir tada mes paklausime, kodėl neinvestavome į technologijas, kai turėjome galimybę užkirsti kelią tokiai nelaimei.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1103.1690 : Orbitos šiukšlių ir nuolaužų susidūrimo išvengimas

Dabar galite sekti „The Physics arXiv“ tinklaraštį Twitter

Pataisa – 2011 m. kovo 15 d
Atsakydamas į šį įrašą, NASA viešųjų reikalų biuras išsiuntė:
Jamesas Masonas, autorius iš Universitetų kosmoso tyrimų asociacijos, norėtų paaiškinti keletą dalykų apie šiuos sakinius:
1) Šiandien Jamesas Masonas NASA Ames tyrimų centre netoli Palo Alto ir keli bičiuliai…
Jamesas Masonas yra Universitetų kosmoso tyrimų asociacijos (USRA) narys. Darbas buvo atliktas USRA, Stanfordo universiteto ir NASA Ames bendradarbiavime: Masoną ir Marshallą finansuoja USRA. „Stupl“ finansuoja Stanfordas. Levitas yra NASA valstybės tarnautojas.
2) Kasdien valandą ar dvi susitelkę į šlamštą, jie apskaičiavo, kad 5 kW galios lazeris gali padaryti viską.
Apgaulė yra ta, kad objektą reikia paslinkti tik labai mažai, taip išvengiant susidūrimo. Šio lazerio poveikis būtų per silpnas, kad greitai paveiktų objekto orbitos nykimą. Norint iš tikrųjų išskleisti nuolaužų objektą su lazeriu, reikia maždaug 1000 kartų galingesnių jėgų. Galų gale, norint jį visiškai išjungti iš orbitos, prireiktų maždaug tiek pat laiko, kiek nebūtume jo apšvietę – tai gali užtrukti dešimtmečius, priklausomai nuo objekto.
3) Masonas ir bendradarbiai apskaičiavo, kad bandomąjį įrenginį būtų galima nupirkti už milijoną dolerių
Vien lazeris kainuotų apie milijoną dolerių (tai komerciškai prieinamas pramoninis lazeris). Tikroji operacinės sistemos kaina (įskaitant teleskopą, adaptyviąją optiką ir kt.) neaiški, bet tikėtina, kad ji sieks mažiausiai dešimtis milijonų.
4) Žinoma, JAV (ir akivaizdžiai Kinija) jau turi technologijas tokiam darbui, naudodamos savo antipalydovines sistemas. Iš tiesų, Mason ir bendradarbiai teigia, kad gali būti įmanoma atlikti beveik nulinių išlaidų demonstravimą naudojant esamas galimybes, tokias kaip Starfire Optical Range Kirtland AFB.
antipalydovinės sistemos gali būti per stiprios. Esamos karinės technologijos tikriausiai daugiausia (šiuo metu) skirtos kitų palydovų sekimui ir vaizdavimui. Tikriausiai Kirtlando nukreiptas energetikos direktoratas turi daugumą to, ko prireiktų technologijų demonstravimui, tačiau darbe pabrėžiame, kad ši sistema turėtų būti sukurta kaip tarptautinis bendradarbiavimas dėl akivaizdžių saugumo padarinių.
Taip pat Janas Stuplas, taip pat Stanfordo universiteto autorius, pakomentavo šį sakinį:
Jų idėja yra sunaikinti atskirus šiukšlių gabalus antžeminiu lazeriu ir taip sulėtinti juos taip, kad jie galiausiai iškristų iš orbitos.
Mūsų kūrinys yra apie susidūrimo išvengimą, o ne apie išvažiavimą iš orbitos. Tas pats pasakytina ir apie terminą: kalbama ne apie kosminių šiukšlių „pašalinimą“, o „perkėlimą“…

paslėpti