Rymdskrot – hur stor är risken?

"Numera ser man rutinmässigt till att satelliter som går i en bana nära jorden har med sig extra bränsle, så att de under sin funktionella livstid klarar att göra undanmanövrer", berättar rymdskrotspecialisten Heiner Klinkrad vid ESOC i Darmstadt i Tyskland.

Liten tuva kan välta stort lass

Det är dock en helt annan sak att bedöma riskerna från mindre rymdskrotpartiklar och meteoroider (det vill säga partiklar som blir meteoriter när de slår mer mot jorden). Det beror på att det är svårt eller omöjligt att kartlägga deras banor.

De mindre rymdskrotpartiklarna är allt från förhållandevis ofarliga mikroskopiska dammpartiklar till bitar på ungefär en cm i diameter. Dessa små partiklar är ett hot. Men det finns olika typer av skyddande sköldar, bl.a. så kallade Whipple-sköldar, som klarar att stå emot dem. Sköldarna kan dock bara användas till vissa farkoster, som den internationella rymdstationen (ISS).

Livsfarliga föremål på 1–10 cm

Föremål på 1-10 cm är de verkliga bekymren. De är för små och för många för att vi ska kunna kartlägga vart och ett av dem. Men de skulle kunna ge svåra skador eller fullständigt slå ut vilken satellit som helst om de får in en träff.

För att bedöma hur stor risk de livsfarliga föremålen i storleksområdetutgör använder forskarna på ESA och andra rymdorganisationer sofistikerade sannolikhetsmodeller och datorprogram. Forskarna förutsäger risken baserat på satellitens tvärsnittsarea, banans höjd och orientering och flera andra faktorer.

Exempelvis har forskarna beräknat följande: för en satellit med en tvärsnittsarea på 100 m2 (inklusive solpaneler) som går i en bana på 400 km höjd blir den genomsnittliga tiden mellan träffar av ett 10 cm stort föremål 15 000 år.

Kolliderar en gång per decennium

Även om en sådan risk vid första anblicken kan verka tillräckligt liten för varje enskild satellit, finns det väldigt många satelliter som kretsar runt jorden.

"Om man räknar med den sammanlagda profilarean för alla satelliter får man fram att den genomsnittliga tiden mellan destruktiva kollisioner är cirka 10 år", förklarar Klinkrad.

Med tanke på att en enstaka kollision med ett 10 cm stort rymdskrotfragment skulle kunna totalförstöra en satellit för tiotals miljoner kronor, eller rent av träffa (den bemannade) ISS, blir även en riskfrekvens på en gång var tionde år plötsligt mycket allvarlig.

Kollisioner har redan gett skador

År 1993 upptäckte besättningen på den första serviceresan till Hubbleteleskopet ett mer än en cm stort hål i teleskopets känsliga antenn.

I juli 1996 träffades Frankrikes militära spaningssatellit Cerise och skadades svårt. Boven var - ironiskt nog - ett känt fragment från en explosion i det övre steget på en Ariane-raket. En 4,2 meter stor del av Cerises gravitationsstabiliseringsarm slets bort.

Kommer kollisionerna att öka under de närmaste tio åren? Ingen kan ge ett säkert svar, men det är uppenbart att vi måste vidta åtgärder för att minska riskerna.

ESA:s forskning kring rymdskrot

Utöver att ESOC har utvecklat ett skrotvarningssystem utför ESA ytterligare rymdskrotsforskning vid European Space Research and Technology Centre (ESTEC) i Nederländerna. ESTEC inriktar sig främst på rymdsegmentet ocharbetar bl.a. med:

• Utveckling och användning av krockdetektorer
• Utveckling och utprovning av olika sköldkonstruktioner
• Teknik för att bedöma sköldarnas effektivitet
• Kollisionsanalys av material som tagits ner från omloppsbana
• Bedömning av kollisionsskador

ESA är inte den enda organisation som arbetar med rymdskrot. Toshiya Hanada, biträdande professor vid Kyushu-universitetets institution för mekanik, flygteknik och rymdteknik nära Fukuoka i Japan, arbetar med att utveckla optiska sensorer som kan söka av solpanelerna på satelliter för att upptäcka tecken på kollisioner. Toshiya Hanada arbetar också med att skapa en modell av skrotfältet.

Hanadas forskningsgrupp ägnar sig särskilt åt den geostationära omloppsbanan (GSO) - där vi placerar satelliter som ska ligga stilla över en viss punkt på jordytan. "Vi har tagit fram en modell för hur rymdskrotet i geostationär bana utvecklas och genomfört krocktester i låga hastigheter, under 1,5 km/s, för att modellera kollisionerna i GSO", berättar Hanada.

Det är tydligt att rymdskrotproblemet har fått global uppmärksamhet.

Färdigt datorprogram för riskbedömning

Åter till ESOC där Heiner Klinkrad förklarar det datorprogram för riskbedömning som ESA har utvecklat tillsammans med ett konsultteam. Programmet kallas DRAMA ("Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis" - Skrotriskbedömning och riskminskningsanalys) och är fritt tillgängligt för alla rymdorganisationer. Det kan användas för att bedöma risken för en förödande kollision för varje enskild satellit.

Trots sådana verktyg är det inte troligt att rymdskrotsituationen kommer att förbättras. Vi måste också vidta riktade, samordnade och systematiska åtgärder för att minska de risker som vi nu har fått en så klar uppfattning om.

De som arbetar inom rymdorganisationerna måste se till att undvika att satelliterna bryts sönder - avsiktligt eller oavsiktligt. Det gäller även avsiktliga och oavsiktliga explosioner och kollisioner, eftersom de utgör de främsta källorna till rymdskrot som inte kan kartläggas – men de kan ändå vara förödande.

Kommentar från pressinformatören:

I den tredje och sista delen i vår serie om rymdskrot (Riskminskning och argument för en så kallad code of conduct) kommer vi att titta på de aktuella förslagen för att minska riskerna med rymdskrot. Det rör sig om mått och steg som inte kostar mycket, men som ändå ger ett signifikant bidrag till en säkrare framtida rymdmiljö.

Den publiceras i början av april, inför den 4:e europeiska konferensen om rymdskrot, som äger rum vid ESOC, i Darmstadt, Tyskland, den 18-20 april 2005. För registrering, program och ytterligare information kan ni klicka på konferenslänken uppe till höger.