Nicholas Dallmann je výzkumný inženýr v Los Alamos National Laboratory, zařízení amerického ministerstva energetiky. Přispěl tímto článkem do rubriky Space.com Expert Voices: Dallallarm: Op-Ed & Insights. Projekt, který popisuje, financuje Los Alamos Laboratory Directed Research and Development.
Ve filmu „Gravitace“ z roku 2013 vesmírný odpad málem zabil Sandru Bullockovou. Ačkoli tento příběh byl rozhodně fikcí (a to senzační fikcí), hrozba vesmírného smetí je skutečná – tak skutečná, že NASA má celý úřad, který se věnuje jeho sledování a zmírňování. A v loňském roce se konala první mezinárodní konference zaměřená výhradně na orbitální odpad.
Existuje dobrý důvod k obavám. V současné době obíhá kolem Země asi 2 000 operačních družic – nemluvě o dalších 3 000 neoperativních – a očekává se, že jejich počet prudce vzroste. Na letošní rok je naplánováno vypuštění více než 1 500 družic. (Srovnejte to s rokem 2018, kdy jich bylo vypuštěno pouze 365.)
Související: Vysvětlení vesmírného smetí:
Vesmír je sice velký, ale je stále přeplněnější, a to je skutečný problém. Nízká oběžná dráha Země neboli LEO, na níž se pohybuje většina družic, je přirozeným zdrojem. A stejně jako s jinými přírodními zdroji s ním musíme pečlivě hospodařit. Stačí, aby se srazilo několik satelitů, a nastane Kesslerův efekt: řetězová reakce, při níž více úlomků vede k dalším srážkám, což může nejen poškodit nebo zničit prakticky všechny kosmické lodě na LEO, ale také učinit tuto část vesmíru nepoužitelnou na desítky let.
A co kdybyste mohli manévrovat satelity na kolizním kurzu mimo nebezpečí? Věřte tomu nebo ne, ale není to snadné. Většina družic vysílaných na LEO – zejména malé družice a cubesaty – nemá pohonné systémy, protože bývají těžké a drahé. Představují také další riziko pro raketu, která družici vynáší do vesmíru, i pro ostatní užitečný náklad, který se s ní veze. To proto, že nejběžnější raketové pohonné systémy používají kapalné raketové palivo, které je extrémně těkavé. Pokud jste malý cubesat, který se veze na raketě za několik milionů dolarů, a váš nestálý pohonný systém vybuchne během startu nebo během cesty do vesmíru, celá mise skončila.
Nejjednodušším řešením je použít místo toho pevné raketové palivo. Má vysoký tah, je mnohem bezpečnější a levnější, navíc se dá skladovat extrémně dlouhou dobu. Ale pevné raketové palivo má jednu obrovskou nevýhodu: Nelze ho zastavit a znovu spustit. Jakmile ho jednou zapálíte, hoří jen jednou. To je vše. A to je problém pro vyhnutí se troskám. Abyste se vyhnuli srážce změnou dráhy, potřebujete nejméně dva nezávislé zážehy: jeden k rychlému přesunu z dráhy a druhý k návratu na správnou dráhu. Ke zrušení oběžné dráhy družice budete pravděpodobně potřebovat také několik zážehů.
V Národní laboratoři Los Alamos pracujeme na tom, abychom to změnili. Nedávno jsme vyvinuli a předvedli schopnost mnohokrát zastavit a znovu spustit raketové motory na tuhé palivo – něco, co se dosud nikdy nepodařilo.
Související: Úklid vesmírného odpadu: Jak to funguje
Raketa na tuhé palivo je jednoduchá, má jen několik hlavních součástí. Zahrnuje spalovací komoru obsahující zážehový systém a pohonnou hmotu a výfukovou trysku. Nedávno jsme vyvinuli bezpečnější pohonný systém s odděleným pevným palivem a pevným okysličovadlem. Aby však byl náš raketový systém na tuhé palivo schopen zastavení a opětovného spuštění, museli jsme vyvinout opakovaně použitelný zapalovací systém a opakovaně nastavitelný způsob hašení hoření.
Pro zapalování jsme nahradili tradiční pyrotechniku vodou. S naším systémem by družice startovala s malou nádrží neškodné vody. Po navedení na oběžnou dráhu a těsně před zážehem by elektrolyzér rozdělil vodu na plynný vodík a kyslík. V okamžiku zážehu by byly vodík a kyslík rychle vstříknuty do spalovací komory a zapáleny jiskrou. Vzniklý plamen by zapálil pevnou pohonnou hmotu.
Dalším úkolem bylo vymyslet, jak hoření uhasit. Dlouho se vědělo, že rychlá dekomprese komory může spolehlivě způsobit zhasnutí rakety na tuhé palivo – ale jak to nejlépe udělat? V loňském roce jsme vyvinuli aerospikovou trysku s měnitelnou škrtící plochou. Jakmile by hoření dosáhlo požadované změny rychlosti, otevřela by se škrtící plocha, čímž by došlo k dekompresi komory a uhašení hoření. Když je potřeba další hoření rakety, vrátí se škrtící plocha do původní polohy. Opakujte podle potřeby.
Nedávno jsme na statických zkušebních stanovištích v Los Alamos předvedli několik nezávislých zážehů jedné rakety na tuhé palivo. Další překážkou bude demonstrace na oběžné dráze. Nyní pracujeme na zdokonalení našeho systému a hledáme příležitost k demonstraci.
Přemýšlíme také o vývoji užitečného zatížení, které by bylo izolováno od hlavní družice a které by obsahovalo vlastní energii, mělo nízkopásmovou komunikaci se zemí, mělo řízení polohy pro stanovení směru pro zážeh a bylo vybaveno naším systémem rakety na tuhé palivo. S tímto užitečným zatížením by se vyhýbání se kosmickému smetí a deorbitalizace mohly případně provádět i mnoho let poté, co družice dosáhne konce své životnosti.
Rakety na tuhé palivo nejsou odpovědí na všechny potenciální problémy při řešení problému kosmického smetí – ale jejich jednoduchost, snadné škálování podle velikosti kosmické lodi, vysoký tah a nyní i více nezávislých tahů z nich činí skvělého kandidáta pro vyhýbání se kosmickému smetí na oběžné dráze a deorbitalizaci. Doufáme, že jednoho dne budou tyto rakety jezdit na palubě každé družice vypuštěné do vesmíru – a udrží tak LEO bezpečnou a použitelnou po tisíciletí.
- Nejnovější zprávy o vesmírném smetí a orbitálním odpadu
- Kubesaty: vysvětlení malých, univerzálních kosmických lodí (infografika)
- Satelitní „poznávací značky“ a opětovné zapálení raketového paliva by mohly zabránit haváriím vesmírného smetí
Sledujte všechna témata a debaty Expert Voices – a staňte se součástí diskuse – na Facebooku a Twitteru. Vyjádřené názory jsou názory autora a nemusí se shodovat s názory vydavatele.
NABÍDKA: Ušetřete 45 % na „Vše o vesmíru“ „Jak to funguje“ a „Vše o historii“!“
Po omezenou dobu si můžete pořídit digitální předplatné kteréhokoli z našich nejprodávanějších vědeckých časopisů za pouhých 2 Kč.38 měsíčně, což je 45% sleva ze standardní ceny za první tři měsíce.Zobrazit nabídku
Aktuální zprávy
.