Nicholas Dallmann kutatómérnök a Los Alamos Nemzeti Laboratóriumban, az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának létesítményében. Ő járult hozzá ehhez a cikkhez a Space.com szakértői hangok című rovatában: Op-Ed & Insights. Az általa ismertetett projektet a Los Alamos Laboratory Directed Research and Development finanszírozza.
A 2013-as “Gravitáció” című filmben az űrszemét majdnem megölte Sandra Bullockot. Bár ez a történet minden bizonnyal fikció volt (méghozzá szenzációs fikció), az űrszemét veszélye valós – annyira valós, hogy a NASA-nak egy egész hivatala foglalkozik a nyomon követésével és mérséklésével. És tavaly rendezték meg az első nemzetközi konferenciát, amely teljes egészében az űrszeméttel foglalkozott.
Az aggodalomra jó okunk van. Jelenleg mintegy 2000 működő műhold kering a Föld körül – nem is beszélve a további 3000 nem működőről -, és ez a szám várhatóan az egekbe fog szökni. Idén több mint 1500 műhold indítását tervezik. (Hasonlítsuk össze ezt a 2018-as évvel, amikor csak 365-et indítottak.)
Hasonlóan: Űrszemét magyarázat: The orbital debris threat (infographic)
A világűr lehet, hogy nagy, de egyre zsúfoltabb, és ez valódi probléma. Az alacsony Föld körüli pálya, vagy LEO, ahol a legtöbb műhold utazik, természetes erőforrás. És ahogy más természeti erőforrásokkal, úgy ezzel is gondosan kell gazdálkodnunk. Elég néhány műhold ütközése ahhoz, hogy beinduljon a Kessler-effektus: egy elszabadult láncreakció, ahol a több törmelék még több ütközést eredményez, ami nemcsak megrongálhat vagy megsemmisíthet gyakorlatilag minden űreszközt a LEO-n, hanem évtizedekre használhatatlanná teheti az űr ezen részét.
De mi lenne, ha az ütközési pályán lévő műholdakat ki lehetne manőverezni a veszélyből? Akár hiszed, akár nem, ezt nem könnyű megtenni. A LEO-ra küldött legtöbb műhold – különösen a kis műholdak és a cubesatok – nem rendelkeznek meghajtórendszerrel, mert általában nehezek és drágák. Emellett további kockázatot jelentenek a műholdat a világűrbe szállító rakétára, valamint a többi hasznos teherre, amely a rakétán utazik. A legelterjedtebb rakétahajtómű-rendszer ugyanis folyékony rakétaüzemanyagot használ, amely rendkívül illékony. Ha egy több millió dolláros rakétán egy kis kocka műhold utazik, és a szeszélyes meghajtórendszer felrobban az indítás során vagy a világűrbe való utazás közben, akkor az egész küldetésnek vége. Beszéljünk egy rossz napról.
A legegyszerűbb megoldás, ha helyette szilárd rakétaüzemanyagot használunk. Ez nagy tolóerejű, sokkal biztonságosabb és olcsóbb, ráadásul rendkívül hosszú ideig tárolható. De a szilárd rakétaüzemanyagnak van egy hatalmas hátránya: Nem lehet leállítani és újraindítani. Ha egyszer begyújtod, csak egyszer éghetsz el. Ennyi. És ez problémát jelent a törmelék elkerülése szempontjából. Ahhoz, hogy a pályamódosítással elkerüljük az ütközést, legalább két egymástól független égésre van szükség: egy a gyors elmozduláshoz, egy pedig a helyes pályára való visszahelyezéshez. A műhold pályaelhagyásához valószínűleg szintén több égetés szükséges.
A Los Alamos Nemzeti Laboratóriumban azon dolgozunk, hogy ez megváltozzon. Nemrégiben kifejlesztettük és bemutattuk, hogy a szilárd rakétahajtóműveket többször is leállíthatjuk és újraindíthatjuk – ez eddig még soha nem sikerült.
Kapcsolódó: Űrszemét eltakarítása: 7 vad módszer az orbitális törmelék megsemmisítésére
Hogyan működik
A szilárd rakéta egyszerű, csak néhány fő alkatrészből áll. Tartalmaz egy gyújtórendszert és hajtóanyagot tartalmazó égéstermet, valamint egy kipufogó fúvókát. Nemrégiben kifejlesztettünk egy biztonságosabb hajtóanyagrendszert, amely elkülönített szilárd üzemanyagot és szilárd oxidálószert tartalmaz. Ahhoz azonban, hogy szilárd rakétarendszerünket leállíthatóvá és újraindíthatóvá tegyük, ki kellett dolgoznunk egy újrafelhasználható gyújtórendszert és egy visszaállítható módot az égés eloltására.
A gyújtáshoz a hagyományos pirotechnikát vízzel helyettesítettük. A mi rendszerünkkel egy műhold egy kis tartálynyi jóindulatú vízzel indulna. A pályára állva, közvetlenül az égés előtt egy elektrolizátor a vizet hidrogén- és oxigéngázokká választaná szét. A gyújtás pillanatában a hidrogént és az oxigént gyorsan befecskendeznék az égéstérbe, és egy szikra meggyújtaná. A keletkező láng meggyújtaná a szilárd hajtóanyagot.
A következő kihívás az volt, hogy kitaláljuk, hogyan oltsuk el az égést. Régóta ismert, hogy a kamra gyors dekompressziójával megbízhatóan ki lehet oltani a szilárd rakétát – de hogyan lehet ezt a legjobban megvalósítani? Tavaly kifejlesztettünk egy aerospike fúvókát változtatható fojtási területtel. Amint az égés elérte a kívánt sebességváltozást, a fojtótér kinyílik, így a kamra dekompressziója megszűnik, és az égés kialszik. Amikor a rakéta újabb égetésére van szükség, a fojtószelep visszaáll az eredeti helyzetébe. Ezt szükség szerint megismételjük.
A közelmúltban Los Alamosban statikus próbapadokon több független égést mutattunk be egyetlen szilárd rakétából. A következő akadály a pályán történő demonstráció lesz. Most a rendszerünk finomításán dolgozunk, és keressük a demonstráció lehetőségét.
Egy olyan hasznos teher kifejlesztését is vizsgáljuk, amely el van szigetelve a fő műholdtól, és amely saját energiát tartalmaz, alacsony sávszélességű kommunikációval rendelkezik a földdel, rendelkezik helyzetvezérléssel az égetéshez szükséges irány beállításhoz, és fel van szerelve a szilárd rakétarendszerünkkel. Ezzel a hasznos teherrel a törmelék elkerülése és a pályaelhagyás esetleg sok évvel a műhold élettartamának lejárta után is elvégezhető lenne.
A szilárd rakéták nem jelentenek megoldást az űrszemét problémájának megoldására – de egyszerűségük, az űreszköz méretéhez való könnyű méretezésük, nagy tolóerejük és most már több független tolóerejük miatt nagyszerű jelöltek a pályaelhagyás elkerülésére és a pályaelhagyásra. Reményeink szerint egy nap ezek a rakéták minden űrbe indított műhold fedélzetén ott lesznek – így a LEO biztonságos és használható marad az elkövetkező évezredek során.
- A legfrissebb hírek az űrszemétről és az orbitális törmelékről
- Cubesats: apró, sokoldalú űreszközök magyarázata (infografika)
- A műholdak “rendszámtáblái” és a rakétaüzemanyag újragyújtása megelőzheti az űrszemét lezuhanását
Kövesse az Expert Voices összes témáját és vitáját – és legyen részese a vitának – a Facebookon és a Twitteren. A kifejtett nézetek a szerző sajátjai, és nem feltétlenül tükrözik a kiadó véleményét.
Ajánlat: 45%-os megtakarítás a ‘Mindent az űrről’ ‘Hogyan működik’ és a ‘Mindent a történelemről’ magazinokra!
Már korlátozott ideig mindössze 2 dollárért vehet digitális előfizetést bármelyik legnépszerűbb tudományos magazinunkra.38 havonta, vagyis az első három hónapra 45%-kal olcsóbb a normál árnál.Ajánlat megtekintése
Újabb hírek