Wyobraź sobie siebie jako astronautę wykonującego eksperymenty naukowe i oszałamiające akrobacje. Radia kontroli misji, które cały personel stacji kosmicznej powinien ewakuować do pojazdów ratowniczych, ponieważ kawałek śmiertelnych śmieci kosmicznych zmierza w twoją stronę.
Ten scenariusz nie jest science fiction. W czerwcu 2011 r. Magazyn kosmiczny poinformował, że „sześciu członkom załogi na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej powiedziano, aby schronili się w… dwóch rosyjskich statkach kosmicznych Sojuz”. W miarę, jak więcej satelitów zbliża się do końca życia operacyjnego, będzie więcej awaryjnych śmieci kosmicznych w kosmosie i na ziemi, bez wątpienia z mniej przyjemnymi skutkami. Nasze młode społeczeństwo lotów kosmicznych miało jak dotąd szczęście: ISS było w stanie ominąć kosmiczne śmieci, a spadające, niekontrolowane satelity na szczęście wpadły do oceanów. Ale pewnego dnia nasze szczęście się skończy.
Jest jednak nadzieja. Nowy artykuł zatytułowany Usuwanie szczątków oczodołu za pomocą laserów opublikowany na arXiv proponuje użycie systemu laserowego o dużej mocy z Ziemi do wytworzenia strumieni plazmy na kawałkach kosmicznych śmieci, spowalniając je nieznacznie, powodując, że ponownie wchodzą i spalają się w atmosferze lub wpadają do oceanu.
Claude Phipps i jego zespół z firmy high-tech o nazwie Photonic Associates przedstawili swoją metodę o nazwie Laser Orbital Debris Removal (LODR), która wykorzystuje 15-letnią technologię laserową, która jest teraz łatwo dostępna.
Zespół uznał, że „trzydzieści pięć lat złego sprzątania w kosmosie spowodowało powstanie kilkuset tysięcy kawałków kosmicznych śmieci większych niż jeden cm w paśmie… niskiej orbity Ziemi”. Nie mogą to wydawać się dużymi przedmiotami, ale przy gęstości energii dynamitu nawet duży wiór farby może spowodować poważne uszkodzenia.
Usuwanie gruzu jest pilnym zadaniem, ponieważ ilość gruzu znajdującego się obecnie w kosmosie stanowi „niekontrolowaną kolizję kaskadową”, a obiekty zderzają się ze sobą, tworząc jeszcze więcej kawałków gruzu.
Istnieją inne rozwiązania oprócz tworzenia strumienia plazmy, ale są one zarówno mniej skuteczne, jak i droższe. Można użyć lasera do zmielenia obiektu na pył, ale stworzyłoby to niekontrolowany roztopiony spray, co pogorszyłoby problem.
Chwytanie obiektu lub dołączanie zestawu do orbitowania może być skuteczne. Niestety wymagają dużo paliwa ze względu na konieczność przyspieszenia, aby złapać obiekt, co prowadzi do bardziej kosztownego rozwiązania - około 27 milionów USD na obiekt. Wreszcie istnieje opcja nuklearna polegająca na uwalnianiu gazu, mgły lub aerożelu w celu spowolnienia obiektów, ale wpłynęłoby to zarówno na operacyjny, jak i nieoperacyjny statek kosmiczny.
W swoim artykule Phipps i jego zespół twierdzą, że usunięcie śmieci kosmicznych poprzez utworzenie strumienia plazmy o długości kilku sekund za pomocą lasera jest najlepszym rozwiązaniem, kosztującym zaledwie 1 milion USD na usunięty duży obiekt i kilka tysięcy na małe obiekty. Co więcej, mniejsze obiekty mogą być orbitowane tylko na jednej orbicie, a konstelacja „167 różnych obiektów może zostać zaadresowana (uderzona laserem) w ciągu jednego dnia, co daje 4,9 roku na ponowne wejście” do atmosfery.
Wszystkie 167 obiektów należy uważnie śledzić, aby nie zmienić ich losu na gorsze; jednak możliwe jest użycie systemu do regulacji orbit śmieci kosmicznych. Biorąc to pod uwagę, obecne poziomy śledzenia odpadów kosmicznych nie są wystarczające do wdrożenia LODR, ale podwójna korzyść polega na łatwiejszym usuwaniu i lepszym unikaniu dzięki lepszemu śledzeniu śmieci. Lepsze śledzenie pozwoli wtedy na lepszą kontrolę punktu ponownego wejścia i modyfikację orbity za pomocą LODR, jeśli to konieczne.
Jak pchnięcie światła z lasera może modyfikować orbitę? Laser nie wysadza śmieci w powietrze, ale nadal jest skuteczny ze względu na naturę mechaniki orbity.
Wyobraź sobie sześcian, który należy usunąć na niskiej wysokości, idealnie okrągła orbita. Stuknięcie lasera o dużej mocy i wytworzonego strumienia plazmy wypchnęłoby sześcian na zewnątrz, dalej od Ziemi (wyżej na wysokości) i na bardziej eliptyczną orbitę.
Może się to wydawać okropnym pomysłem w czasie, gdy cubesat spędza na większej wysokości, ale gdy zbliża się do półkola, odcina atmosferę na niższej wysokości, ponieważ elipsa jest wypaczona z powodu regulacji laserem. Ponieważ niska wysokość odpowiada większemu opórowi, cubesat zwalnia i blokuje się na niższej orbicie. Właśnie dlatego wysoce eliptyczne orbity nazywane są orbitami transferowymi, ponieważ zmieniają pas ruchu na autostradzie kosmicznej. Teraz, gdy orbita transferu jest ukończona, cubesat jest wystarczająco spowolniony, aby jego orbita nie mogła już zostać osiągnięta przez cubesat. Cubesat następnie spada z nieba.
Badania nad LODR dotyczą atmosfery, ponieważ laser może stać się nieostry, jeśli nie zostaną uwzględnione turbulencje atmosferyczne. LODR jest skomplikowany, ponieważ turbulencje w atmosferze powodują zniekształcenia, takie jak te, które widzisz nad drogą w gorący letni dzień lub takie, które widzisz, patrząc przez szklaną butelkę. Ta komplikacja jest dodatkiem do celowania potrzebnego do trafienia w cel, podobnie jak celowanie do przodu potrzebne do trafienia biegającego gracza w zbijak.
Istnieją dwa sposoby anulowania turbulencji. Po pierwsze, można zaświecić laser w znanym miejscu w atmosferze, pobudzając atomy sodu w tym miejscu. Znając wysokość tej kropki na niebie, system może następnie wyginać lustro odbijające, aby momentalnie skupiać kropkę. Może wtedy strzelać swobodnie.
Drugi sposób polega na zastosowaniu lustra sprzężonego z fazą (PC), znanego również jako retroflektor, który mógłby automatycznie cofać turbulencje poprzez wysyłanie światła, którego zmiana fazy została odwrócona. To znaczy, że odeśle „przeciwnie zniekształconą” wiązkę laserową, której zniekształcenie nie jest powodowane przez atmosferę wytwarzającą ostrą wiązkę laserową.
LODR nie jest srebrną kulą. Przewodowy donosi, że „główna krytyka takiego projektu zostałaby wysunięta przez społeczność międzynarodową, która może obawiać się, że wystarczająco silny laser może być użyty do celów wojskowych, takich jak uderzenie w satelity wroga”. Przewodowy następnie przeprowadził wywiad z Kesslerem; Były starszy naukowiec NASA ds. Badań nad odpadami orbitalnymi, który ze względu na zaangażowaną politykę powiedział: „każda propozycja lasera jest martwa w dniu przyjazdu” Jednak Phipps zapewnia Przewodowyże „jeśli uzyskamy właściwą współpracę międzynarodową, nikt nie uwierzy, że laser będzie bronią w owczej skórze”.
Nadal występują nierozwiązane problemy, jak zauważa Kessler, trafienie w niewłaściwą część obiektu kosmicznego miałoby katastrofalne skutki. „Możesz trafić w niewłaściwą część satelity lub wyparować na tyle, by wybuchł”. Mimo to uważne przestudiowanie obiektu pozwoliło uniknąć niebezpieczeństwa.
