1 / 39

Ruimtepuin

Ruimtepuin. Paul Wesselius 11 april 2008. Inleiding. Ruimtereizen sinds 4 okt 1957 (Sputnik) Nu (8 april 2008, CelesTrak site van Kelso) 3237 werkende satellieten, 2766 dode satellieten, 9589 ruimtepuin brokstukken met banen, 17157 ruimtepuin brokstukken verbrand in aardatmosfeer,

lali
Download Presentation

Ruimtepuin

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Ruimtepuin Paul Wesselius 11 april 2008

  2. Inleiding • Ruimtereizen sinds 4 okt 1957 (Sputnik) • Nu (8 april 2008, CelesTrak site van Kelso) • 3237 werkende satellieten, • 2766 dode satellieten, • 9589 ruimtepuin brokstukken met banen, • 17157 ruimtepuin brokstukken verbrand in aardatmosfeer, • Dus: van 15.592 objecten zijn de baanelementen bekend • Space Surveillance Network (SSN) houdt alle brokstukken groter dan 10 cm diameter in de gaten met behulp van radar en optische telescopen, op zo’n 25 plaatsen; ze volgen meer dan 8000 brokstukken vanuit Cheyenne Mountain Air Station; van U.S Army, Navy en Air Force Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  3. Space Surveillance Network taken • Voorkom dat een naar de Aarde terugkerend brokstuk, dat door de radar wordt herkend als mogelijke kruisraket, een vals alarm creëert in de waarschuwingssystemen van de U.S. en andere landen; • Voorspel wanneer en waar een brokstuk gaat neerstorten; • Breng de huidige positie van brokstukken in kaart en voorspel hun toekomstige banen; • Vind nieuwe brokstukken van menselijke oorsprong in de ruimte; • Maak een katalogus van zulk soort ruimtepuin; • Bepaal welk land eigenaar is van een neerstortend stuk ruimtepuin; • Informeer NASA of ruimtepuin dreigt te botsen met de space shuttle en de ISS. Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  4. Hun site noemt er 25 in plaats van 20 Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  5. Alle ruimtepuin door SSN gekatalogiseerd A a n t al o b j e c t e n Sterke toename door uit de lucht schieten van Chinese raket Jaar Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  6. Ruimtepuin in lage banen, van 5 cm tot 2 mm Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  7. Hoe gevaarlijk is ruimtepuin? • ESA geeft geregeld bulletins uit over de kans dat een satelliet/voertuig geraakt wordt; NASA met name voor space shuttle en International Space Station (ISS) • De space shuttle heeft reeds 7 keer een ‘avoidance manoeuvre’ uitgevoerd • B.v. op 15 dec 2001 veranderde het ISS zijn baan om een russische rakettrap te vermijden • De kans dat de laagvliegende Franse SPOT/HELIOS satellieten worden geraakt wordt geregeld in de gaten gehouden en de baan wordt soms – tijdelijk – aangepast om botsingen te vermijden • Er zijn een paar honderdduizend brokstukken > 1 cm • Nauwelijks bescherming mogelijk tegen brokstukken > 1 cm!! LEO = Low Earth Orbit, 200 – 2000 km hoogte GEO = Geosynchronous Earth Orbit, 35786 ± 1000 km hoogte Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  8. Shuttle beschadigingen door ruimtepuin, van 0,1 mm tot 1 cm Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  9. Verwachte toename ruimtepuin > 10 cm Orbital Debris Quarterly News beschrijft verschillende scenario’s. ADR (= actieve verwijdering) begint in 2020. Er worden 5, 10 of 20 brokstukken per jaar verwijderd Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  10. Ruimtepuin in LEO Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  11. Ruimtepuin in GEO, equator zicht Het ruimtepuin ten noorden van de equator bestaan vooral uit Russische satellieten en de brokstukken daarvan Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  12. Waarom Interessant? • Science Fiction, Hamilton • Vele planeten bewoond, piraterij • Sleep hele asteroïde tot dichtbij planeet en blaas op met vele kernbommen  planeet niet meer toegankelijk met ruimtevoertuigen van buiten: geen ruimtevaart meer mogelijk • Wellicht daarom geen bezoekers van buiten op Aarde? • Waarschijnlijker: reizen naar zelfs dichtbijzijnde sterren valt niet mee • Of: ‘intelligent’ leven zoals wij bestaat nergens; ander intelligent leven herkennen we niet • Terug op Aarde: Ruimtepuin zal ruimtevaart heel lastig maken Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  13. Wat is het Probleem? • Veel satellieten en bemande ruimtevaart werken in LEO, Low Earth Orbit, tussen 200 en 2000 km boven aardoppervlak • Een brokstuk op die hoogte raast in 1,5 uur rond de Aarde, 40.000 km omtrek • 40.000/1,5 ≈ 2700 km/uur = 7,4 km/sec (!!) • In de heel populaire GEO banen (Geosynchronous) 36.000 km boven de Aarde, draait een stuk ruimtepuin in 24 uur rond, zo’n brokstuk beweegt dus met 3 km/sec • De dure TV satellieten aldaar kunnen door een 1 cm groot stuk ruimtepuin uit de lucht gehaald worden! • Brokstukken groter dan 1 cm kunnen vrijwel alle normale materialen geheel doorboren • Zelfs stukjes afgebladderde verf van een mm of zo kunnen de ramen van de shuttle behoorlijk beschadigen Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  14. Foto’s van Beschadigingen door Ruimtepuin STS-7: ster in ‘t glas van 2 mm STS = Space Shuttle Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  15. Foto’s van Beschadigingen door Ruimtepuin HST’s antenne is geheel doorboord! HST = Hubble Space Telescope Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  16. Foto’s van Beschadigingen door Ruimtepuin Bij ‘EVA’ zien de astronauten diverse beschadigingen EVA = Extravehicular activity = ‘ruimtewandeling’ Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  17. Foto’s van Beschadigingen door Ruimtepuin De ‘Long Duration Exposure Facility’ (LDEF) vloog ruim vijf jaar in een lage baan en is teruggehaald door de shuttle Columbia in januari 1990. De diverse panelen zaten vol met ruimtepuin inslagen en hebben veel informatie opgeleverd. Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  18. Foto’s van Beschadigingen door Ruimtepuin Een paneel van LDEF. De inslagen zijn goed te zien; vrijwel allemaal door ruimtepuin. Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  19. Grote stukken vallen soms op Aarde De hoofdbrandstoftank van de 2e trap van een Delta 2 raket. Deze landde bij Georgetown in Texas. De 250 kg tank van roestvrij staal overleefde de val (te) goed!! Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  20. Grote stukken vallen soms op Aarde Van wederom een Delta 2 is de tweede trap neergekomen in Texas op 22 jan 1997: nu een 30 kg tank van titanium. Nog als nieuw (?!). Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  21. Grote stukken vallen soms op Aarde 21 jan 01: Delta 2, 3e trap, 70 kg titanium landde in Saudi Arabië, 70 km van Riyadh Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  22. Grote stukken vallen soms op Aarde Weer een tweede trap van een Delta 2! Deze viel op 27 april 2000 in Zuid Afrika neer. Er waren zelfs 3 brokstukken, verspreid over 100 km. Ze staan alledrie op de foto. Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  23. Kan het ook wat netter? • De Hubble Space Telescope vliegt op 569 km hoogte en zijn baan maakt een hoek van 28o met de evenaar • Er zijn geen voorzieningen om veilig terug te vallen naar de Aarde • Berekeningen tonen dat zo’n 98 stukken niet (geheel) zullen verbranden • HST zal uit elkaar vallen op ongeveer 78 km hoogte • Dat betekent 2055 kg over 1200 km lengte • De kans om een mens te raken wordt geschat op 1/700 • Derhalve zal er waarschijnlijk rond 2021 een voortstuwingsmodule aan HST vastgemaakt worden om dit wat meer in de hand te hebben Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  24. De Columbia ramp op 16 jan 2003 (STS-107) • Voordat deze ramp plaatsvond zijn er minder dan 250 items neergestort in meer dan 40 jaar • Columbia: 84.000 voorwerpen stortten neer in een gebied van 40 bij 1000 km • Een stuk isolatiedeken dwarrelde inderdaad neer op een persoon; deze werd in het geheel niet verwond • Hoewel twee shuttles bij lancering, resp. landing verongelukten is het grootste shuttle gevaar ruimtepuin • Een recente NASA ‘risk assessment’ heeft dit aangetoond. 11 van de 20 potentiële shuttle problemen zullen veroorzaakt worden door botsingen met stukken ruimtetroep • Shuttle zal o.a. achterwaarts vliegen in zijn baan • Er zijn ruimtepuin detectoren op de shuttle vleugels • Bij aanmeren aan ISS bevindt shuttle zich achter de ISS Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  25. Stukken van Columbia vallen neer in Zuid-USA Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  26. Radioactief Ruimtepuin • Eerste satelliet met kern-reactor van USA in 1965 • Tussen 1967 en 1988 lanceerde de USSR 31 Radar Ocean Reconnaissance Satellites (RORSAT’s), die scheepsbewegingen bekijken vanaf 300 km • Deze worden aangedreven door een ‘Bork’ kern-reactor • Na hun ‘nuttige’ leven worden zulke satellieten geparkeerd in een baan op 900 km • In 1978 mislukte dat met Cosmos 954 en radioactief afval werd verspreid over Canada • Daarna: uitwerpen van reactoren; dat proces beschadigde koelpijpen waaruit de koelvloeistof natrium-kalium spoot  minstens 60.000 metaaldeeltjes groter dan 1 cm op 900 km • 53 van dergelijke radioactieve satellieten zijn nog in de ruimte in ~ 1000 km banen; vallen naar beneden in ~ 700 jaar Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  27. IADC • Er bestaat een Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (IADC) • Daarin zitten Italië, UK, Frankrijk, China, Duitsland, ESA, India, Japan, NASA, Ukraine en Rusland • De IADC stelt o.a. regels vast omtrent ruimtepuin • Alle deelnemende landen houden zich – verheugend – goed aan deze regels • Een paar IADC regels: • De kans een mens te raken onder de 1/10.000 • Satellieten in lage banen moeten binnen 25 jaar na beëindigen missie terugvallen naar de aarde • Satellieten in GEO banen moeten na beëindigen missie minstens 200 km omhoog worden gebracht • Regels zijn bekrachtigd door UN Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  28. Communicatiesatelieten in GEO • Geostationaire banen: satelliet draait in 24 uur rond de Aarde • Baan over Aardequator: continu contact met gewenste plaats • 1240 objecten draaiden hun rondjes in GEO in januari 2005 (recenter: http://planet4589.org/space/log/geo.date) • De helft daarvan zijn ‘drifting’, ‘uncontrolled’ of ‘unidentified’; de rest is min of meer onder controle • 13 GEO satellieten stopten met werken in 2004: • 5 daarvan zijn volgens de IADC regels op de juiste wijze ‘geparkeerd’ • 5 hebben een nieuwe, maar te lage baan gekregen • 3 draaien gewoon nog steeds – nu ongecontroleerd - hun rondjes • Dat GEO schoongehouden moet worden daar is iedereen het mee eens Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  29. Schoonmaken GEO Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  30. Een ‘wild’ Frans idee voor een ‘vacuum’ cleaner • Gebruik een ATV als ‘jager’ • Maak gebruik van ‘tether’ principe (zie verderop) • Franse schatting: 3 jaar R&D; 7 jaar ontwikkeling • Operaties zouden mogelijk zijn in 2015 – 2020 • De eerste ATV-jager zou 250 M€ kosten • De lanceerkosten worden geschat op 100 M€ • De operaties zijn begroot op 150 M€ (150 personen) •  500 M€ om 50 stukken groot ruimtepuin op te ruimen • Toch zeer de moeite: als twee redelijk grote stukken botsen levert dat direct duizenden kleine stukken op • Want: botsingsgebied smelt en stolt daarna in vele stukken ATV = Automatic Transfer Vehicle; ontwikkeld door ESA Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  31. Opruimen van Eurostar 2000 • Astrium heeft zijn telecom satelliet in GEO, de Eurostar 2000, op nette wijze in een hogere baan gebracht • De operaties vonden plaats van 19 tot 24 juli 2003 • Beoogde doel: in 4 stappen naar de hogere baan • Daarna: reactiewiel ontladen; als die blijven spinnen kunnen ze op den duur uit de satelliet vliegen • Het echt volledig stoppen van het complexe richtsysteem van de satelliet is heel lastig, o.a. door de fallback opties • Resultaat: 254 km hoger, in 19 manoeuvres • Twee tanks zijn toen geleegd en de satelliet is uitgeschakeld • De fotondruk van de zonnestraling vergroot die hoogte: na 6 maanden 7 km er bij Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  32. Artist’s view van Eurostar 2000 Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  33. Lange touwen in de ruimte, ‘Space Tethers’ • Tether met twee gewichten aan uiteinden beweegt in een baan van zijn massacentrum  • Bovenste massa beweegt sneller dan normaal op die hoogte, • Onderste massa beweegt langzamer • De Franse ‘ATV-jager’ maakt tether vast aan brokstuk er onder  brokstuk vertraagt, ATV-jager versnelt • Daarna tether ‘doorsnijden’  • Brokstuk zakt in lagere baan • ATV-jager gaat omhoog • Kabels van paar km lengte: electrodynamisch of passief • Ruimtepuin kan tethers doorsnijden  dubbele tether lijnen met veel knopen • Langs touw tussen Aarde en tegenwicht op grote hoogte kan een lift omhoog gaan: centrifugaalkracht neemt wel steeds toe Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  34. Hyper snelheids tests Met 3,2 km/sec een kogeltje afvuren door meshes naar een wand. Russen uit Moskou leven zich uit! Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  35. Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  36. Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  37. SPACE SURVEILLANCE IN EUROPE Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  38. Laatste nieuwsbrief • Net vandaag een nieuwe Orbital Debris nieuwsbrief • Er zijn 6 satellieten in stukken gebroken, maar allen op lage hoogte: de stukken zullen snel in de atmosfeer verbranden • 14e editie van History of On-Orbit Satellite Fragmentations is uit: 194 begrepen uiteenvallen-in-stukken en 51 anomale gebeurtenissen met ruimte objecten • Nader onderzoek van brokstukken van de Chinese Fengyun-1C, die op 11 januari 2007 kapotgeschoten werd door de Chinezen • ORDEM 2008 is te verkrijgen: een programma dat de aanwezigheid van ruimtepuin voorspelt • Op 2 april 2008 waren er: • 3135 satellieten • 9502 raket delen en ruimtepuin Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

  39. Objecten waargenomen doorUS SSN, 17 mrt 08 Objecten per km2 Hoogte (km) Ruimtepuin, lezing Hoorn, 11 april 2008

More Related