Avaruusromu: riskin arviointi

21 Maaliskuu 2005

Avaruusromun aiheuttaman riskin arviointi on vaikea tehtävä, sillä avaruudessa on sekä tunnettuja että tuntemattomia kappaleita, jotka saattavat törmätä avaruusaluksiin ja satelliitteihin. Tunnettujen kappaleiden sijainti tiedetään, jopa erittäin hyvin, ja niihin kuuluvat mm. vanhat avaruusalukset, muut satelliitit, rakettien runko-osat ja niiden viimeaikaisissa hajoamisissa syntyneet suuret kappaleet.

"Nykyään on vakiokäytäntö lisätä Maan läheisyydessä kiertäviin satelliitteihin ylimääräistä polttoainetta väistöliikkeiden varalle", kertoo ESOCissa Saksan Darmstadtissa toimiva avaruusromun asiantuntija tri Heiner Klinkrad.

Pienet kappaleet, suuri vaara

Pienten ihmisen tekemien kappaleiden ja avaruudessa luonnostaan olevien meteoroidien aiheuttaman riskin arviointi on paljon hankalampaa, sillä niiden jäljittäminen on vaikeaa tai jopa mahdotonta.

Pieneksi avaruusromuksi lasketaan kaikki kappaleet suhteellisen harmittomista mikroskooppisista pölypartikkeleista halkaisijaltaan noin 1 cm:n suuruisiin kappaleisiin. Näinkin pienet kappaleet ovat vaarallisia, mutta törmäyssuojat (esimerkiksi ns. Whipple-suojat) riittävät suojaksi niitä vastaan. Törmäyssuojia voidaan kuitenkin käyttää vain tietyissä kohteissa, kuten mm. kansainvälisellä avaruusasemalla (ISS).

Tuhoisat 1-10 cm:n kappaleet

Suurimpana uhkana ovat halkaisijaltaan 1-10 cm:n suuruiset kappaleet. Niitä ei voida erikseen jäljittää, sillä ne ovat liian pieniä ja niitä on liian paljon. Törmätessään avaruusalukseen ne voivat kuitenkin vahingoittaa sitä tai tehdä sen toimintakyvyttömäksi.

ESAn ja muiden avaruusjärjestöjen tutkijat käyttävät edistyksellisiä todennäköisyysmalleja ja -ohjelmistoja tämänkokoisten kappaleiden aiheuttaman riskin arvioimiseksi. Riski arvioidaan avaruusaluksen poikkipinta-alan, kiertoradan korkeuden, lentoreitin ja muiden tekijöiden perusteella.

Esimerkiksi jos satelliitin poikkipinta-ala on 100 m2 (aurinkokennopaneelit mukaan lukien) ja sen kiertoradan korkeus on 400 km, sen lasketaan törmäävän 10 cm:n kokoisiin kappaleisiin suunnilleen 15 000 vuoden välein.

Törmäyksiä kerran vuosikymmenessä

Yksittäisen satelliitin törmäyksille arvioitu aikaväli saattaa kuulostaa lohduttavan pitkältä, mutta kun satelliitteja on paljon, aikaväli lyhenee. "Jos lasketaan yhteen kaikkien satelliittien poikkipinta-alat, tuhoisien törmäysten keskimääräiseksi aikaväliksi saadaan kymmenen vuotta", selittää Klinkrad.

Kun ajatellaan, että yksi ainoa 10 cm:n kokoinen kappale saattaa tehdä monen miljoonan euron arvoisen avaruusaluksen toimintakyvyttömäksi tai iskeytyä miehitettyyn kansainväliseen avaruusasemaan, kymmenen vuoden aikaväli kuulostaa hyvin lyhyeltä.

Tuhoisia törmäyksiä sattuu

Vuonna 1993, ensimmäisen huoltolennon yhteydessä, Hubble-avaruusteleskooppiin kiinnitetystä suurtehoantennista löytyi halkaisijaltaan yli 1 cm:n kokoinen reikä.

Vuoden 1996 heinäkuussa Arianen ylimmän vaiheen räjähdyksessä irronnut tunnettu kappale törmäsi Ranskan puolustusvoimien Cerise-tiedustelusatelliittiin ja repi irti 4,2 metriä pitkän osan sen painovoima-ankkurista.

Onko tällä vuosikymmenellä odotettavissa lisää törmäyksiä? Tätä on mahdotonta varmuudella ennustaa, mutta on kuitenkin selvää, että toimenpiteisiin riskin pienentämiseksi on tarpeen ryhtyä.

ESAn avaruusromututkimus

Euroopan avaruuskontrollikeskuksessa ESOCissa on kehitetty törmäysvaroitusjärjestelmä, minkä lisäksi ESA tekee lähinnä avaruusaluksiin ja -luotaimiin keskittyvää avaruusromututkimusta Hollannissa sijaitsevassa Euroopan avaruusteknologiakeskuksessa ESTECissä. Tehtäviin kuuluvat:

  • Törmäystunnistimien kehitys ja käyttöönotto
  • Törmäyssuojien suunnittelu ja testaus
  • Tuen tarjoaminen törmäyssuojien tarkistamisessa
  • Törmäysanalyysien tekeminen avaruudesta kerätyille laitteille
  • Törmäysvahinkojen arviointi

ESA ei ole ainoa avaruusromua tutkiva organisaatio. Japanissa Fukuokan kaupungin lähellä sijaitsevassa Kyushun yliopistossa mekaanisen tekniikan ja ilmailu- ja avaruustekniikan laitoksen apulaisprofessori tri Toshiya Hanada pyrkii mallintamaan avaruusromun leviämisaluetta ja kehittelemään optisia tunnistimia, jotka pystyvät tunnistamaan törmäysjäljet satelliittien aurinkokennoryhmissä.

Tri Hanadan tutkimusryhmä tutkii erityisesti geosynkronista kiertorataa, jolla on suurin osa sää- ja tietoliikennesatelliiteista. "Olemme kehittänet avaruusromun kehitysmallin geossykroniselle kiertoradalle ja suorittaneet törmäystestejä pienillä nopeuksilla (alle 1,5 km/s) mallintaaksemme törmäyksiä radalla olevien avaruusalusten kanssa", Hanada kertoo.

Avaruusromu on ongelma, joka on herättänyt paljon kansainvälistä huomiota.

Riskiarviointiohjelmisto vapaasti saatavilla

ESOCin tri Klinkrad kertoo ESAn ja projektiin osallistuneiden yritysten kehittämästä riskiarviointiohjelmistosta: ohjelmiston nimi on DRAMA (Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis), ja se on avaruusyhteisölle vapaasti saatavilla. Sen avulla voidaan luotettavasti arvioida katastrofaalisen törmäyksen riski mille tahansa yksittäiselle kohteelle.

Tällaisista työkaluista huolimatta tilanne ei luultavimmin parane, ellei ryhdytä keskitettyihin, koordinoituihin ja systemaattisiin toimiin nykyään hyvin ymmärrettyjen riskien pienentämiseksi.

Avaruusalusten operaattorien on vältettävä alusten tahallista ja tahatonta hajoamista (tahalliset ja tahattomat räjähdykset ja törmäykset mukaan lukien), sillä tästä syntyy runsaasti avaruusromua, jota ei voida jäljittää, mutta joka saattaa aiheuttaa suurta tuhoa.

Toimittajan huomautus:

Avaruusromua käsittelevän artikkelisarjan kolmannessa ja viimeisessä osassa (Riskin pienentäminen ja menettelysääntöjen tarve) tarkastellaan avaruusromun aiheuttamien riskien pienentämiseksi ehdotettuja toimenpiteitä, jotka maksavat vähän mutta parantavat huomattavasti avaruusympäristön turvallisuutta.

Artikkelisarjan kolmas osa julkaistaan huhtikuun alussa ennen neljättä Euroopan avaruusromukonferenssia, joka pidetään ESOCissa Saksan Darmstadtissa 18-20 huhtikuuta 2005. Lisätietoja ja tietoja ilmoittautumisesta ja konferenssin ohjelmasta löydät napsauttamalla oikealla ylhäällä olevaa linkkiä.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.