Auf Ihrer Straße ist Müll ein Ärgernis. Aber im Weltraum könnte es tödlich sein. Überreste von Missionen, toten Satelliten und alten Raketen-Boostern befinden sich jetzt in einer Umlaufbahn von rund 30.000 Tonnen Trümmerteilen, die von verlorenen Muttern und Bolzen bis hin zu vollständig ausgefallenen Satelliten reichen. Das ist ein Problem für Astronauten und Raumfahrzeuge, denn selbst ein Materialstück in BB-Größe, das sich mit Orbitalgeschwindigkeit bewegt, kann einen Schlag versetzen. Laut NASA können sich kleine Trümmerstücke mit einer Geschwindigkeit von bis zu 27.000 km / h bewegen - fast achtmal so schnell wie eine Kugel, die von einem Militärgewehr abgefeuert wird.
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Vorschläge zur Beseitigung von Weltraummüll beinhalten Netze im Weltraum und Sonnensegel. Das Problem bei diesen Konzepten ist die Notwendigkeit, die Umlaufbahnen mit den Trümmern abzustimmen - für das Manövrieren ist viel Treibstoff oder bei Sonnensegeln eine Menge Pirouetten im Weltraum erforderlich. Deshalb schlagen einige Wissenschaftler und Ingenieure etwas Einfacheres vor: Schießen Sie das Zeug ab.
Diese Woche schlug ein Team um Toshikazu Ebisuzaki vom japanischen RIKEN-Forschungsinstitut vor, einen weltraumgestützten Ultraviolettlaser mit einem Teleskop einzusetzen. Um das Konzept zu demonstrieren, wollen sie einen Glasfaserlaser zur Internationalen Raumstation bringen und ihn mit einem bereits budgetierten und zugelassenen Teleskop, dem Extreme Universe Space Observatory (EUSO), koppeln, das auf der ISS montiert werden soll und für das geplant ist Start im Jahr 2017.
"Wir wollen die ISS als Plattform und Testumgebung nutzen", sagt Ebisuzaki, dessen Team ihre Idee letzten Monat in Acta Astronautica beschrieb . EUSO wurde ursprünglich als kosmischer Strahlungsdetektor entwickelt. Wenn die energiereichen Strahlen auf die Erdatmosphäre treffen, erzeugen sie ein UV-Leuchten, und das Teleskop kann solche Ausbrüche auffangen. Ebisuzakis Team glaubt, dass es eine Art doppelte Aufgabe erfüllen könnte, da das Instrument ein weites Sichtfeld hat.
Es ist geplant, dass das Teleskop nach Trümmern sucht, wenn sich die ISS auf der Nachtseite der Erde befindet, aber immer noch in der Lage ist, über den Horizont auf Dinge zu schauen, die von der Sonne beleuchtet werden. Dies geschieht etwa 5 Minuten lang in jeder 90-minütigen Umlaufbahn. Sobald das Teleskop etwas sieht, kann ein relativ schwacher Laserpuls abgefeuert werden, um das Objekt zu beleuchten. Der Strahl würde von ihm reflektiert und es dem System ermöglichen, besser zu bestimmen, wie weit es entfernt ist und wie schnell es sich bewegt - im Grunde genommen eine UV-Version des Radars.
Zu diesem Zeitpunkt könnte der Glasfaserlaser mehr Impulse abgeben, diesmal mit mehr Leistung und einem engeren Strahl. Jeder Impuls würde nur etwa eine Zehntelsekunde dauern, aber Tausende würden abgefeuert. Der Laser würde die Trümmer nicht vollständig auflösen, sondern nur einen winzigen Teil davon verdampfen lassen. Der Dampf wirkt dann wie ein winziger Triebwerksbrand, der die Teile so weit verlangsamt, dass sie in die Atmosphäre fallen und verbrennen.
Auch wenn der Laser an Bord der ISS sein Potenzial unter Beweis stellt, wird das Team nicht übermütig. Ihr nächster Schritt wäre der Start eines kleinen unabhängigen Satelliten mit einer ähnlichen Konfiguration, um das Konzept weiter zu testen. Diese "Mini-EUSO", wie Ebisuzaki es nennt, würde auf der gleichen ungefähren Höhe wie die ISS umkreisen und als Demonstration der "realen Welt" dienen. Wenn diese Phase erfolgreich ist, sendet das Team schließlich einen großformatigen Satelliten zum Entfernen von Trümmern, der bis zu 500 Meilen höher als die ISS ist und genau über dem Punkt liegt, an dem die Trümmerdichte tendenziell ihren Höhepunkt erreicht.
Einige Wissenschaftler äußerten sich jedoch skeptisch gegenüber Einzelheiten von Ebisuzakis Plan. Claude Phipps, geschäftsführender Gesellschafter bei Photonics Associates, einem Unternehmen in Santa Fe, das Laserantriebe untersucht, schlug 2014 ein ähnliches System mit dem Namen L'ADROIT vor. Phipps schlug ein Teleskop für sichtbares Licht vor, das sich in einer polaren Umlaufbahn (senkrecht zum Äquator) bewegen würde ), weil sich dort die meisten Ablagerungen befinden.
Einige der Probleme mit dem EUSO-Plan betreffen die Physik der Umlaufbahnen der ISS, was die Wirksamkeit des Projekts einschränken wird, sagt Phipps. Die ISS befindet sich unter einem Großteil der problematischen Trümmer, und das Teleskop ist so konstruiert, dass es in Richtung Erde zeigt, sodass es schwierig ist, Ziele im richtigen Winkel zu fangen. Außerdem könnte der Druck der Verdampfung in die falsche Richtung gehen, um Weltraummüll effizient aus dem Orbit zu entfernen - der Strahl würde ihn nicht immer frontal treffen, was Sie möchten, um die Teile in die Atmosphäre zu schicken.
Ein weiteres Problem ist, wie gut die faseroptischen Laser außerhalb des Labors funktionieren würden. Derartige Laser bestehen aus mehreren Fasern, die zusammengebündelt sind, und das durch sie laufende Licht muss präzise zeitlich abgestimmt sein. "Wenn Sie sagen, zehn Fasern oder zehntausend in einer Art kreisförmiger Anordnung, müssen die Wellenfronten im selben Moment herauskommen", sagt Phipps. Das erfordert viel Feinabstimmung. Phipps 'Idee ist es, einen konventionelleren Einstrahllaser zu verwenden, obwohl Ebisuzaki sagt, dass das faseroptische System eine bessere Wärmeableitung ermöglicht.
Ein guter Teil von Ebisuzakis Idee ist jedoch der inszenierte Ansatz, mit dem sie zeigen können, was beim Skalieren funktioniert, sagt Phipps. "[Ebisuzaki] hat auch ein ziemlich cleveres Design für das Teleskop", fügt er hinzu.
Das Entfernen von Weltraummüll mit solchen Systemen stößt auf größeres Interesse - Phipps wird nächste Woche zu einem Expertentreffen nach Frankreich reisen, um genau dieses Thema zu erörtern. Abgesehen davon, dass die Gefahr für Astronauten geringer ist, wäre es ein wirtschaftlicher Segen, alte Satelliten aus wertvollen Orbitalimmobilien zu holen, da diese nicht funktionierenden Hulks im Weg stehen. Und die Gefahr, dass ein erdnaher Satellit wie der im GPS-System von einem Metallstück oder einem anderen Satelliten zerstört wird, ist sehr real. Es geschah einmal im Jahr 2009, als ein Iridium-Kommunikationssatellit und eine ältere russische Sonde kollidierten und noch mehr Trümmer weit und breit ausbreiteten.
Mit vielen Ideen und Vorschlägen hofft Phipps, dass die Weltraumagenturen schneller vorankommen und einen Plan umsetzen, bevor Weltraummüll einen tödlichen Tribut fordert. "Ich fürchte, es wird tödlich werden", sagt Phipps. "Aber ich hoffe nicht."
