Stellen Sie sich vor, Sie wären ein Astronaut, der wissenschaftliche Experimente und atemberaubende Kunstflüge durchführt. Mission Control-Funkgeräte, die alle Mitarbeiter der Raumstation zu den Rettungsfahrzeugen evakuieren sollten, weil ein Stück tödlicher Weltraummüll auf Sie zusteuert.
Dieses Szenario ist keine Science-Fiction. Im Juni 2011 Space Magazine berichteten, dass "sechs Besatzungsmitglieder an Bord der Internationalen Raumstation angewiesen wurden, in ... zwei russischen Sojus-Raumschiffen Schutz zu suchen." Wenn mehr Satelliten das Ende ihres Betriebslebens erreichen, wird es mehr Weltraumschrott-Notfälle im Weltraum und am Boden geben, zweifellos mit weniger angenehmen Ergebnissen. Unsere junge Weltraumgesellschaft hatte bisher Glück: Die ISS konnte sich von Weltraummüll fernhalten, und fallende, unkontrollierte Satelliten sind dankenswerterweise in die Ozeane gefallen. Aber eines Tages wird unser Glück ausgehen.
Es gibt jedoch Hoffnung. Ein neues Papier mit dem Titel Orbitalreste mit Lasern entfernen Das auf arXiv veröffentlichte Projekt schlägt vor, mithilfe eines gepulsten Hochleistungslasersystems von der Erde Plasmastrahlen auf Weltraummüllstücken zu erzeugen, die leicht verlangsamt werden und dazu führen, dass sie wieder in die Atmosphäre eindringen und dort verbrennen oder in den Ozean fallen.
Claude Phipps und sein Team von einem High-Tech-Unternehmen namens Photonic Associates erläuterten ihre Methode namens Laser Orbital Debris Removal (LODR), bei der eine 15 Jahre alte Lasertechnologie verwendet wird, die jetzt verfügbar ist.
Das Team erkannte, dass „35 Jahre schlechte Haushaltsführung im Weltraum mehrere hunderttausend Teile von Weltraummüll erzeugt haben, die größer als 1 cm im LEO-Band (Low Earth Orbit) sind.“ Diese scheinen nicht wie große Objekte zu sein, aber mit der Energiedichte von Dynamit kann selbst ein großer Farbchip große Schäden verursachen.
Das Entfernen von Trümmern ist eine dringende Aufgabe, da die Menge der derzeit im Weltraum befindlichen Trümmer eine „außer Kontrolle geratene Kollisionskaskadierung“ darstellt, bei der Objekte miteinander kollidieren und noch mehr Trümmerstücke entstehen.
Neben der Erzeugung eines Plasmastrahls gibt es noch andere Lösungen, die jedoch tendenziell weniger effektiv und teurer sind. Ein Laser könnte verwendet werden, um ein Objekt zu Staub zu zermahlen, dies würde jedoch einen unkontrollierbaren geschmolzenen Spray erzeugen, was das Problem verschlimmert.
Das Festhalten des Objekts oder das Anbringen eines De-Orbiting-Kits kann effektiv sein. Leider benötigen sie viel Kraftstoff, da sie beschleunigen müssen, um das Objekt einzufangen, was zu einer teureren Lösung führt - etwa 27 Millionen US-Dollar pro Objekt. Schließlich gibt es die nukleare Option, ein Gas, einen Nebel oder ein Aerogel freizusetzen, um Objekte zu verlangsamen. Dies würde jedoch sowohl betriebsbereite als auch nicht betriebsbereite Raumfahrzeuge betreffen.
In ihrer Arbeit sagen Phipps und sein Team, dass das Entfernen von Weltraummüll durch Erzeugen eines Plasmastrahls von wenigen Sekunden Länge mit einem Laser die beste Lösung ist, die nur 1 Million US-Dollar pro entferntem großen Objekt und einige Tausend US-Dollar für kleine Objekte kostet. Darüber hinaus können kleinere Objekte in nur einer Umlaufbahn umkreist werden, und eine Konstellation von „167 verschiedenen Objekten kann an einem Tag adressiert (mit einem Laser getroffen) werden, was 4,9 Jahre Zeit gibt, um wieder in die Atmosphäre einzutreten“.
Alle 167 Objekte müssen sorgfältig verfolgt werden, um ihre Schicksalswege nicht zum Schlechten zu verändern. Es ist jedoch möglich, das System zum Anpassen der Umlaufbahnen von Weltraummüll zu verwenden. Abgesehen davon sind die derzeitigen Niveaus der Verfolgung von Weltraummüll nicht ausreichend, um LODR zu implementieren, aber es gibt einen doppelten Vorteil der einfacheren Entfernung und besseren Vermeidung mit einer verbesserten Verfolgung von Trümmern. Eine bessere Verfolgung ermöglicht dann eine bessere Kontrolle des Wiedereintrittspunkts und der Umlaufbahnmodifikation mit LODR, falls erforderlich.
Wie kann ein Lichtstoß eines Lasers eine Umlaufbahn verändern? Obwohl der Laser die Trümmer nicht aus der Luft sprengt, ist er aufgrund der Art der Orbitalmechanik immer noch effektiv.
Stellen Sie sich einen Cubesat vor, der in einer perfekt kreisförmigen Umlaufbahn in geringer Höhe entsorgt werden muss. Der Abgriff eines Hochleistungslasers und der erzeugte Plasmastrahl würden den Cubesat weiter von der Erde weg (höher in der Höhe) in eine elliptischere Umlaufbahn drücken.
Dies mag während der Zeit, in der sich der Cubesat in einer höheren Höhe befindet, wie eine schreckliche Idee erscheinen, aber da es sich um einen Halbkreis handelt, wird die Atmosphäre in einer niedrigeren Höhe abgeschnitten, da die Ellipse aufgrund von Anpassungen durch den Laser verzogen wird. Da eine geringe Höhe mehr Luftwiderstand entspricht, verlangsamt sich der Cubesat und rastet in eine niedrigere Umlaufbahn ein. Aus diesem Grund werden hochelliptische Bahnen als Transferbahnen bezeichnet, da sie auf der Autobahn des Weltraums die Spur wechseln. Wenn nun die Übertragungsbahn abgeschlossen ist, wird der Cubesat so verlangsamt, dass seine Umlaufbahn vom Cubesat nicht mehr erreicht werden kann. Der Cubesat fällt dann vom Himmel.
Das Fleisch der Forschung für LODR befasst sich mit der Atmosphäre, da der Laser unscharf werden kann, wenn die atmosphärischen Turbulenzen nicht berücksichtigt werden. LODR ist kompliziert, weil die Turbulenzen in der Atmosphäre Verzerrungen verursachen, wie Sie sie an einem heißen Sommertag über einer Straße sehen oder wie Sie sie sehen, wenn Sie durch eine Glasflasche schauen. Diese Komplikation kommt zu dem Ziel hinzu, das erforderlich ist, um ein Ziel zu treffen, genau wie das Ziel, das erforderlich ist, um einen laufenden Spieler im Völkerball zu treffen.
Es gibt zwei Möglichkeiten, Turbulenzen aufzuheben. Erstens kann man einen Laser an einer bekannten Stelle in der Atmosphäre richten und die Natriumatome an dieser Stelle anregen. Wenn das System die Höhe dieses Punkts am Himmel kennt, kann es den reflektierenden Spiegel biegen, um den Punkt von Moment zu Moment scharf zu stellen. Es kann dann frei feuern.
Ein zweiter Weg besteht in der Verwendung eines PC-Spiegels (Phase Conjugate), der auch als Retroflektor bezeichnet wird und Turbulenzen automatisch rückgängig machen kann, indem Licht gesendet wird, dessen Phasenänderung umgekehrt wurde. Das heißt, es wird ein "entgegengesetzt verzerrter" Laserstrahl zurückgesendet, dessen Verzerrung durch die Atmosphäre nicht verursacht wird und einen scharfen Laserstrahl erzeugt.
LODR ist keine Silberkugel. Verdrahtet berichtet, dass "die Hauptkritik an einem solchen Projekt von der internationalen Gemeinschaft ausgehen würde, die befürchten könnte, dass ein ausreichend starker Laser für militärische Zwecke wie das Schlagen feindlicher Satelliten verwendet werden könnte." Verdrahtet führte dann ein Interview mit Kessler; Der ehemalige leitende Wissenschaftler der NASA für Orbital Debris Research sagte aufgrund der Politik: "Jeder Laservorschlag ist bei seiner Ankunft tot." Phipps behauptet jedoch zu Verdrahtet"Wenn wir die richtige internationale Zusammenarbeit bekommen, würde niemand glauben, dass der Laser eine Waffe im Schafspelz ist."
Wie Kessler betont, gibt es immer noch ungelöste Probleme. Wenn Sie den falschen Teil eines Weltraumobjekts treffen, hätte dies katastrophale Folgen. "Sie könnten den falschen Teil eines Satelliten treffen oder genug verdampfen, um ihn explodieren zu lassen." Trotzdem könnte eine sorgfältige Untersuchung des Objekts jede Gefahr vermeiden.
