Plachta zlikviduje vysloužilé družice

Oběžná dráha se pomalu plní – nejvíce na ní překáží staré družice, které jsou poškozené, nebo dokonce jejich úlomky. Tento kosmický odpad zabírá místo novým družicím a zvyšuje riziko kosmické srážky dvou těles. Podmínky spojené s kosmickou tříští na nízké oběžné dráze Země představují stále větší riziko pro kosmické mise a Evropská kosmická agentura nyní vyšlapává cestičku k zodpovědnějšímu přístupu ke kosmickým aktivitám. To zahrnuje mnoho věcí – od používání ekologičtějších materiálů, procesů a technologií až po ochranu oběžné dráhy, která se má stát bezpečnou oblastí bez neovladatelných družic nebo jejich úlomků.

Jedna z možností, na které se kosmický průmysl zaměřuje, by mohla vyřešit problém kosmického smetí jeho stažením do zemské atmosféry, kde onen objekt shoří. Nejčastěji využívaný přístup spoléhá na takzvaný řízený vstup do atmosféry. Toto řešení je ale poměrně drahé, náročné a ani co do hmotnosti nepatří mezi nejúspornější, jelikož ke svému provedení potřebuje pohonné látky. Jiné přístupy proto chtějí využívat subsystémy, které by se o deorbitaci (stažení z oběžné dráhy) postaraly. Jenže ani tyto systémy dnes nejsou lehké, spíše jsou neohrabané a potřebují vlastní navigační systém, který by se postaral o bezpečné stažení z oběžné dráhy.

ADEO-2

ADEO-2
Zdroj: https://www.esa.int/

Tyto problémy chce proto vyřešit projekt, který už získal podporu Technologického programu pro podporu GSTP pod křídly ESA. Cílem je vyvinout subsystém, který by sám poznal, že družice, na které je připojen, selhala a přestala fungovat – třeba tak, že už měsíc nemá žádný signál. Pak by tento subsystém pomalu rozvinul velkou membránu z polyamidu pokrytou hliníkem, která by byla připojena ke čtyřem ramenům z uhlíkových vláken. Taková konstrukce by vytvořila plachtu, která bude klást okolnímu prostředí mnohem větší odpor. Díky tomu družice zanikne v atmosféře mnohem dříve. Bez této plachty může sestup trvat velmi dlouho – podle typu oběžné dráhy a velikosti družice klidně i desítky let.

Návrh na nový systém byl předložen v roce 2012 a využívá předešlý výzkum realizovaný Německou kosmickou agenturou DLR. Cílem je vyvinout pasivní deorbitační subsystém, který má jen pár přísných omezení. Systém musí být extrémně lehký, musí být snadno škálovatelný, aby se dal použít na různých družicích a také musí být stoprocentně pasivní – nesmí potřebovat žádný řídící systém.

Tvůrci projektu s plachtou ADEO-N

Tvůrci projektu s plachtou ADEO-N
Zdroj: http://blogs.esa.int/

V roce 2017 byla dokončena první verze tohoto subsystému s označením ADEO – následně podstoupila důkladně environmentální zkoušky. Od roku 2018 se konsorcium 12 partnerů včetně malých a středních podniků pustilo do vývoje verze ADEO-2. Tento systém má tvořit pouze 3,5% hmotnosti celé družice a může být snadno zmenšen, aby stále splňoval všechny požadavky. Bude lehký a levný – minimálně ve srovnání s pohonnými látkami, které jsou nezbytné k řízené deorbitaci.

Po selhání či ukončení činnosti mohou družice začít neřízeně rotovat. ale několik aerotermodynamických modelů ukázalo, že i za tohoto stavu se dá plachta bezpečně rozložit a poté se celá družice pomalu stabilizuje – o vše se postará fyzika bez nutnosti přidání drahých řídících a navigačních systémů. Další výhodou je, že celý subsystém (především pak membrána tvořící plachtu) velmi snadno shoří při vstupu do atmosféry.

Tři složené plachty ADEO

Tři složené plachty ADEO
Zdroj: http://blogs.esa.int/

Modely ukazují,že plachta bude fungovat i na kompletně nereagující družici. Pokud bude mít družice nějaký problém, subsystém to pozná a autonomně uvolní plachtu, čímž zahájí proces deorbitace. V této době již začaly práce na prototypu letového exempláře s plachtou o ploše 25 metrů čtverečních, která by se hodila pro družice vážící kolem 700 kg.

Letový test už má za sebou zmenšená verze označovaná jako ADEO-N – ta letěla jako součást demonstrátoru NABEO-1 na raketě Electron z nového Zélandu při misi ItsBusinessTime (11. listopadu 2018). Tehdy se podařilo plachtu rozložit a sledovalo se snižování oběžné dráhy. V roce 2021 by měly začít pozemní zkoušky a konsorcium už má přislíbeno, že jejich model pro ověření fungování na oběžné dráze má příští rok letět na neupřesněné misi pro Evropskou unii. Tím však celý příběh pouze začíná – tvůrci projektu sní o budoucnosti, ve které se tento subsystém bude používat na tisícovkách družic – od malých cubesatů až po celé družicové sítě. Ty by nemusely mít žádnou kapacitu pro aktivní řízený sestup a i přesto by se oběžná dráha stala místem, které půjde bezpečně využívat i v dalších generacích.

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/ADEO_artist_impression.png
https://www.esa.int/…/images/2020/06/adeo-2/22088923-1-eng-GB/ADEO-2.jpg
http://blogs.esa.int/cleanspace/files/2018/11/The-authors-of-the-post-with-NABEO.jpg
http://blogs.esa.int/cleanspace/files/2018/11/three-NABEO-dragsails-in-stored-state.png

Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

Prosím čekejte...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

28 komentářů ke článku “Plachta zlikviduje vysloužilé družice”

  1. Vaclav napsal:

    Řekl bych, že se problém kosmického smetí poněkud přehání. Za téměř tři čtvrtě století kosmonautiky se srazily max. dvě družice a zásah, myslím nějaký poškozující zásah nezaznamenal ani takový obr jako je ISS. Drtivá většina umělých těles obíhá prográdně jedním směrem , jako vláčky v trojrozměrném prostoru v šířkách od 30 do 55°. Skutečným nebezpečím jsou retrográdní družice, a ty s polárními drahami je jich ale minimum. Kosmického smetí je několik tisíc kusů a je to problém, ale Musk s desetitisíci družic, které po vysloužení během klesání atmosférou budou také kosmickým smetím být problém nemá. Jasné je, že hlavní problém jsou poslední stupně nosičů, zejména ty, které neokážou vypustit zbytky paliva a poté explodují, zejména ruské a čínské. Měly by všechny po doručení nákladu na LEO mít palivo na neprodlený vstup do atmosféry.
    Prostor kolem Země je obrovský, pokud bychom všechno kosmické smetí umístili na jednu dráhu v pravidelných rozestupech, byly by by částečky od sebe vzdáleny 12 km . Je to zjednodušující, protože smetí není rozmístěno pravidelně, ale ve shlucích, ale pro představu to stačí.

    • pave69 napsal:

      Bohužel nemáte pravdu, což je vidět i z toho, že agentury do řešení problému investují. Bohužel i družice se zdánlivě velmi podobnými drahami se sráží s ftálními důsledky, retrográdnost v tom až tak nehraje roli. Je také potřeba si uvědomit, že většina důvodů, proč družice přestane fungovat, není známá, ve spoustě případu je zásah nějakou miničásticí „hlavním podezřelým“, ale bez důkazů. Typicky problémovými drahami jsou dráhy blízké polárním, kde pro dosažení žádaných vlastností se prakticky všechny družice pohybují v několika málo vhodných výškách a přitom se v oblasti pólů mohou potkat s velmi vysokou vzájemnou rychlostí – nakonec i ty srážky, co už byly prokázány, se týkaly polárních drah. A to už vůbec nemluvím o geostacionární dráze, tam mají všichni tolik rozumu, že ji udržují tak čistou, jako to jen jde.

    • trabis napsal:

      Pokud se opravdu odvoláváte a opravdu myslíte trojrozměrný prostor a víte co to znamená, tak asi i víte, že na dráze s totožným sklonem dráhy a „směrem“ může být kolizní rychlost dvou objektů v řádech km/s – stačí rozdílná na to výška družic v apogeu. Buď tu tedy s jistotou šíříte záměrně bludy, nebo tu v neznalosti tvrdíte, defacto že vaše 3D země je placatá.
      Nicméně to, že i dvě prográdní družice se na dráze 45° nad rovníkem se mohou potkat v úhlu 90° tedy kolizí v 8km/s však platí i vámi zmiňovaném placatém vesmíru.
      Co se týče starlinku, je zde krom nízké výšku i v tomto počtu výhoda právě kruhové dráhy všech 11 000kusů- tím i predikovatelnosti pohybů.
      Pro přirovnání v bezpečnosti, zkuste si do leteckého prostoru a letových hladin představit pár letadel co budou pravidelně kdekoliv křižovat letové hladiny nahoru a dolů všemi směry.

      • trabis napsal:

        http://stuffin.space/ se k představě o drahách křižování smetí i družic hodí. Myslím že jsou evidovány objekty cca nad 10cm .
        Každý odpad/družice může mít kolem sebe mrak/ohon menších odpadků, jako třeba odpadnuvší barva či folie vlivem např UV záření, radiací, teplem/mrazem, které zpomalují ochotněji a můžou se dostat na jakoukoliv dráhu pod původcem odpadu, přičemž se stále pohybují k 8km/s. (o rozpadech větších částí např nekontrovatelnou rotací nemluvě) (kulka zbraně má rychlost sotva 0,5km/s a velikost pár mm s pár gramy)

  2. HM napsal:

    Velice chvályhodný projekt. Doufám, že za nějakou dobu – až pomine naivní okouzlení – budou tyto plachty mimo jiného, již nepotřebného, šrotu stahovat z orbity i satelity nesmyslného projektu Starlink.

    • Dušan Majer napsal:

      Asi jen dvě věci:
      1) Starlink je možná nepotřebný pro Vás, ale zkuste uznat, že všichni lidé nejsou nejsou Vy a tudíž se najde nemálo těch, pro které to užitečné bude.
      2) SpaceX Vás už předběhla – družice Starlink se budou deorbitovat samy pomocí vlastního pohonu.

      • Jiny Honza napsal:

        1) U většiny megalomanských projektů se najde spousta nekritických obdivovatelů a fanatických zastánců. A možná dokonce i pár lidí, pro které jsou opravdu užitečné. Minimálně na začátku. Počkám si co budete psát po prvním rozstřelu.
        2)Družice Starlinku budou deorbitovat samy. Ty funkční rychle, ty nefunkční jen velmi pomalu. Ale to by ta plachta nevylepšila, nefunkční satelit ji nerozvine.

        • Dušan Majer napsal:

          Já budu vždy fandit bez rozdílu všem kosmickým projektům – na začátku, v průběhu i na konci. A co budu psát po první srážce, To samé, co vždy, že je to podnět k tomu, aby manévry místo lidí začaly plánovat počítačové sítě schopné strojového učení. S rostoucím počtem družic stoupá i komplexnost takového plánování.
          Ty, které jsou nefunkční po startu shoří velmi rychle,protože se ani nepřesunou z doručovací dráhy na dráhu parkovací. U ostatních se počítá s tím, že se budou stahovat do atmosféry ještě před dosažením životnosti, aby se minimalizovalo riziko jejich selhání. A pokud jste si článek přečetl, tak tam se píše, že subsystém plachty má být schopen poznat, že je družice poškozená / mimo provoz a autonomně zajistí rozvinutí plachty.

  3. effendi napsal:

    Zajímalo by mě, jestli se neuvažuje o  podobném systému s plachtou,která by měla formu nějakého „gelu“ a čistila by orbitu. Sem laijk ,tak pokud je to moc hloupá otázka ,tak se dotčeným omlouvám. Ďekuji

    • Dušan Majer napsal:

      Tady je problém, že se bavíme o vzájemné rychlosti v řádu km/s. Cokoliv hmotnějšího než zrnko písku by takový plachtovo-gelový lapač zničilo.

      • Tomas Kratochvil napsal:

        „Cokoliv hmotnějšího než zrnko písku by takový plachtovo-gelový lapač zničilo“

        Teoreticky nikoliv. Nevím, jak něco takového můžete tvrdit. Není to nic jiného, než aplikace starého známého soupeření střela vs brnění, které na zemi praktikujeme již několik století. Vždy, když někdo prohlásil, že má neprůstřelný pancíř nebo nezastavitelnou střelu – mýlil se. Nevidím tu žádnou fyzikální překážku stavby štítu schopného zachytit malé úlomky, které nejsme schopni sledovat.

      • Croco napsal:

        Myslím si, že nejde o to, aby gel objekt zachytil. Mohlo by se stačit, aby letícímu smetí odebral alespoň část rychlosti. K tomu se gel bude hodit možná lépe nežli pevný štít. U pevného šťítu by náraz mohl vést k destrukci celého zařízení, gel by v externím případě mohl být „samoopravitelný“.

        Navíc by se gelový štít mohl lépe rozevírat v prostoru než pevné pláty.

        • Dušan Majer napsal:

          To je zajímavý úhel pohledu! Takhle jsem se na to nedíval. Ale trochu mám strach, zda by náraz takového objektu nezpůsobil nějakou destrukci toho štítu. Když si vzpomenu, jak třeba vypadají testovací kusy po podobných projektilech, tak vletový otvor bývá často řádově menší než ten výletový. Říkám si, jestli by takový projektil nevytrhl část gelu. Jednak by tím byl štít ryhcle degradován a navíc by v extrémním případě vznikalo další kosmické smetí – sice měkké, ale přesto rychle se pohybující částice gelu.

          • Croco napsal:

            Vytržená částice gelu by zcela jistě nedosáhla oběžné rychlosti (svou energii bere výhradně z energie smetí a v principu čím více a větší rychlostí se vytrhne, tím více se smetí zbrzdí).

          • A_V napsal:

            Jednou jsem četl o štítu z gelu, který ve vakuu ztuhne a zacelí tím vzniklou díru. Je to něco podobného jako gelová balistická ochrana pro „vojáka budoucnosti“, která ztuhne při kontaktu se vzduchem.

          • Jan Jancura napsal:

            Vniknutím tělíska do gelu by vznikla rázová vlna. Vzhledem o několik řádů větší hustotě gelu by byla brzdná síla a tedy vytvořené teplo obrovské a určitě by způsobilo značnou degradaci resp. zničení gelové sítě. Samozřejmě záleží na relativní rychlosti tělíska a gelové sítě, poměru jejich hmotností, hustotě gelové sítě apod.

  4. effendi napsal:

    Slyšel jsem přednášku (myslím ,že zrovna od pana Majera), kde sonda byla vybavena podobným „gelem“ a zachátavala částečky tuším komety. Proto mě to nepadlo. I v tomto připadě musela být vzájemná rychlost obrovská, ale zřejmě se jednalo o velmi malé částice.

  5. Karel Kocourek napsal:

    Jestli bude brzdící plachta autonomní, tj. aby byla schopna se rozevřít i pokud mateřská družice zcela selže, naskýtá se zase obava z neúmyslného otevření u jinak funkční družice… Moje zkušenost s různými bezpečnostními prvky, redundancemi a záložními systémy je dlouhodobě taková, že generují podobné množství problémů, jakému samy brání.

Zanechte komentář

Chcete-li přidat komentář, musíte se přihlásit.