Nicholas Dallmann este inginer de cercetare la Laboratorul Național Los Alamos, o unitate a Departamentului de Energie al SUA. El a contribuit cu acest articol la emisiunea Expert Voices de pe Space.com: Op-Ed & Insights. Proiectul pe care îl descrie este finanțat de Los Alamos Laboratory Directed Research and Development.
În filmul „Gravity” din 2013, gunoiul spațial aproape că a ucis-o pe Sandra Bullock. Deși acea poveste a fost mai mult ca sigur ficțiune (și chiar ficțiune senzațională), amenințarea gunoiului spațial este reală – atât de reală încât NASA are un întreg birou dedicat urmăririi și atenuării acestuia. Iar anul trecut a avut loc prima conferință internațională axată în întregime pe deșeurile orbitale.
Există motive întemeiate pentru a fi îngrijorat. În prezent, aproximativ 2.000 de sateliți operaționali orbitează în jurul Pământului – ca să nu mai vorbim de alți 3.000 de sateliți neoperaționali – și se așteaptă ca acest număr să crească vertiginos. În acest an, mai mult de 1.500 de sateliți sunt programați pentru lansare. (Comparați acest lucru cu anul 2018, când au fost lansați doar 365.)
Relaționat: Gunoiul spațial explicat: Amenințarea deșeurilor orbitale (infografic)
Spațiul ar putea fi mare, dar devine din ce în ce mai aglomerat, iar aceasta este o problemă reală. Orbita joasă a Pământului, sau LEO, unde călătoresc majoritatea sateliților, este o resursă naturală. Și, la fel ca alte resurse naturale, trebuie să o gestionăm cu atenție. Este suficient să se ciocnească câțiva sateliți pentru a declanșa efectul Kessler: o reacție în lanț în care mai multe resturi duc la mai multe coliziuni, ceea ce ar putea nu numai să avarieze sau să distrugă practic toate navele spațiale din LEO, ci și să facă acea parte a spațiului inutilizabilă timp de zeci de ani.
Dar ce s-ar întâmpla dacă ați putea manevra sateliții aflați în curs de coliziune pentru a-i feri de pericol? Credeți sau nu, acest lucru nu este ușor de făcut. Majoritatea sateliților trimiși în LEO – în special sateliții mici și cubesat-urile – nu au sisteme de propulsie, deoarece tind să fie grei și scumpi. De asemenea, acestea reprezintă un risc suplimentar pentru racheta care transportă satelitul în spațiu, precum și pentru orice altă încărcătură utilă care face o plimbare. Acest lucru se datorează faptului că cel mai comun sistem de propulsie a rachetelor utilizează combustibil lichid pentru rachete, care este extrem de volatil. Dacă sunteți un mic cubosat care călătorește pe o rachetă de milioane de dolari și sistemul de propulsie capricios explodează în timpul lansării sau în timpul călătoriei în spațiu, ați pus capăt întregii misiuni. Vorbim despre o zi proastă.
Cea mai simplă soluție este să folosiți în schimb combustibil solid pentru rachete. Este de mare împingere, mult mai sigur și cu costuri reduse, în plus poate fi stocat pentru perioade de timp extrem de lungi. Dar combustibilul solid pentru rachete are un dezavantaj uriaș: Nu poate fi oprit și repornit. Odată ce îl aprindeți, aveți o singură ardere. Și asta este tot. Și aceasta este o problemă pentru evitarea resturilor. Pentru a evita coliziunea prin schimbarea orbitei, aveți nevoie de cel puțin două arderi independente: una pentru a o muta rapid din drum și una pentru a o repune pe orbita corectă. Pentru a scoate satelitul de pe orbită, probabil că aveți nevoie, de asemenea, de mai multe arderi.
La Laboratorul Național Los Alamos, lucrăm pentru a schimba acest lucru. Am dezvoltat și demonstrat recent capacitatea de a opri și reporni de mai multe ori motoarele rachetelor solide – ceva ce nu s-a mai făcut niciodată până acum.
Relaționat: Curățarea gunoiului spațial: 7 moduri nebunești de a distruge resturile orbitale
Cum funcționează
O rachetă solidă este simplă, cu doar câteva componente majore. Ea include o cameră de combustie care conține un sistem de aprindere și un propulsor, precum și o duză de evacuare. Am dezvoltat recent un sistem de propulsie mai sigur, cu combustibil solid separat și oxidant solid. Cu toate acestea, pentru ca sistemul nostru de rachetă solidă să fie capabil să se oprească și să repornească, a trebuit să dezvoltăm un sistem de aprindere reutilizabil și o modalitate resetabilă de stingere a unei arderi.
Pentru aprindere, am înlocuit pirotehnica tradițională cu apă. Cu sistemul nostru, un satelit s-ar lansa cu un mic rezervor de apă benignă. Odată ajuns pe orbită și chiar înainte de o ardere, un electrolizator ar separa apa în hidrogen și gaze de oxigen. În momentul aprinderii, hidrogenul și oxigenul ar fi injectate rapid în camera de combustie și ar fi aprinse de o scânteie. Flacăra rezultată ar aprinde propulsorul solid.
Provocarea următoare a fost să ne dăm seama cum să stingem arderea. De mult timp s-a înțeles că o decompresie rapidă a camerei poate provoca în mod fiabil stingerea unei rachete solide – dar cum se poate face cel mai bine acest lucru? Anul trecut, am dezvoltat o duză de aerospike cu o zonă de sufocare variabilă. Odată ce arderea a atins o schimbare de viteză dorită, zona de înecare ar fi deschisă, decomprimând camera și stingând arderea. Când este nevoie de o nouă ardere a rachetei, zona de înecare este readusă în poziția sa inițială. Se repetă după cum este necesar.
Am demonstrat recent mai multe arderi independente de la o singură rachetă solidă în standuri de testare statică la Los Alamos. Următorul obstacol va fi o demonstrație pe orbită. Lucrăm acum la perfecționarea sistemului nostru și căutăm o oportunitate pentru demonstrație.
Cercetăm, de asemenea, să dezvoltăm o încărcătură utilă care este izolată de satelitul principal și care conține propria sa energie, are comunicații cu lățimea de bandă redusă cu solul, are control de atitudine pentru a stabili orientarea pentru o ardere și este echipată cu sistemul nostru de rachete solide. Cu această încărcătură utilă, evitarea resturilor și de-orbitarea ar putea fi posibil să fie efectuate mulți ani după ce satelitul a ajuns la sfârșitul duratei de viață.
Rachetele solide nu sunt răspunsul la toate provocările potențiale pentru rezolvarea problemei gunoiului spațial – dar simplitatea lor, ușurința de a se adapta la dimensiunea navei spațiale, forța de împingere mare și acum mai multe forțe de împingere independente le fac un candidat excelent pentru evitarea resturilor orbitale și de-orbitare. Speranța noastră este că, într-o zi, aceste rachete se vor afla la bordul fiecărui satelit lansat în spațiu – menținând LEO în siguranță și utilizabil pentru mileniile următoare.
- Ultimele știri despre gunoiul spațial și deșeurile orbitale
- Cubesats: nave spațiale mici și versatile explicate (infografic)
- „Plăcuțele de înmatriculare” ale sateliților și reaprinderea combustibilului pentru rachete ar putea preveni prăbușirea gunoiului spațial
Să urmăriți toate problemele și dezbaterile Expert Voices – și deveniți parte a discuției – pe Facebook și Twitter. Opiniile exprimate sunt cele ale autorului și nu reflectă neapărat punctul de vedere al editorului.
OFERTĂ: Economisiți 45% la „Totul despre spațiu” „Cum funcționează” și „Totul despre istorie”!
Pentru o perioadă limitată de timp, puteți încheia un abonament digital la oricare dintre cele mai bine vândute reviste științifice ale noastre pentru doar 2 dolari.38 pe lună, sau 45% din prețul standard pentru primele trei luni.Vezi oferta
Știri recente
.