Επίλυση του Προβλήματος των Διαστημικών Απορριμμάτων με μια Κυκλική Οικονομία Τροχιάς

Γιατί η Διαστημική Βιωσιμότητα Απαιτεί Τώρα μια Κυκλική Οικονομία Τροχιάς

Η αυγή μιας νέας διαστημικής εποχής μας βρίσκεται μπροστά μας λόγω των επαναχρησιμοποιήσιμων πυραύλων και της κατάρρευσης του κόστους για να φτάσουμε σε τροχιά, χάρη σε SpaceX, Blue Origin, Rocket Lab, Relativity Space, καθώς και κινεζικούς πυραύλους.

Αλλά όσο περισσότερη μάζα ανυψώνουμε στο διάστημα, τόσο μεγαλύτερο πρόβλημα γίνονται τα διαστημικά σκουπίδια. Επειδή το υλικό σε τροχιά μπορεί να παραμείνει εκεί για δεκαετίες, ή ακόμα και αιώνες για πιο απομακρυσμένες τροχιές, σημαίνει ότι τόνοι παλαιότερων δορυφόρων εξακολουθούν να βρίσκονται στον ουρανό.

Αυτό που είναι πιο προβληματικό, αυτοί οι δορύφοροι περιστασιακά συγκρούονται μεταξύ τους, διασπώντας σε μια μυριάδα θραύσματα που μοιάζουν με σφαίρες. Και η αναλογία με τη σφαίρα δεν είναι αρκετή, καθώς η μέση ταχύτητα πτήσης ενός διαστημικού απορρίμματος είναι 28.000 km/h (17.500 mph), που είναι πολύ, πολύ γρηγορότερα από οποιοδήποτε όπλο έχει εκτοξεύσει ποτέ τα πυρομαχικά του.

Έτσι, ακόμα και το μικρότερο θραύσμα μπορεί να έχει καταστροφικές συνέπειες όταν χτυπά έναν λειτουργικό δορυφόρο.

Αυτό θα μπορούσε να έχει ακόμα χειρότερα αποτελέσματα σε περίπτωση μιας αλυσιδωτής αντίδρασης που θεωρητικά ονομάζεται “Σύνδρομο Κέσλερ”: μια σύγκρουση μεταξύ δορυφόρου και διαστημικού απορρίμματος οδηγεί στη δημιουργία περισσότερων θραυσμάτων, που οδηγεί σε περισσότερες συγκρούσεις και περισσότερα θραύσματα, δημιουργώντας μια αλυσιδωτή αντίδραση που εξαλείφει όλα τα αντικείμενα στην τροχιά της Γης.

Τέτοιες συγκρούσεις είναι ήδη η αιτία περίπου 2/3^ων των διαστημικών απορριμμάτων, με τους αποσυρθέντες διαστημικούς σκάφους να είναι η άλλη μεγάλη πηγή.

Πηγή: Chem Circularity

Επί του παρόντος, το σύνδρομο Κέσλερ θα ήταν πολύ επιζήμιο, καταστρέφοντας τις τηλεπικοινωνίες, τις εικόνες από το διάστημα και την επιστήμη, καθώς και τα συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης ανίχνευσης πυρηνικών όπλων.

Αυτό επειδή είναι ένας πολύ πραγματικός κίνδυνος, καθώς οι νέοι αστερισμοί δορυφόρων είναι πιο πολυάριθμοι από όλους τους δορυφόρους που εκτοξεύθηκαν μέχρι τώρα μαζί. Και αυτό πριν καν αρχίσουμε να χτίζουμε βάσεις στη Σελήνη, αποικίες στον Άρη ή ορθοστατικούς ηλιακούς συστοιχίες κλίμακας GW.

Πηγή: Our World In Data

Μέχρι τώρα, η μόνη επιλογή για να απαλλαγούμε από τα διαστημικά απορρίμματα ήταν να καταφέρουμε να πέσουν στη Γη και να καούν στην ατμόσφαιρα, ή να εκδιωχθούν εντελώς από την τροχιά. Έτσι, πολλοί παλαιότεροι δορύφοροι μετατοπίζονται σε “τροχιές νεκροταφείου”, ενώ άλλοι γίνονται περιπλανώμενα τροχιακά απορρίμματα που μπορούν να διαταράξουν τη λειτουργία ενεργών συστημάτων.

“Καθώς η διαστημική δραστηριότητα επιταχύνεται, από μεγαλο-αστερισμούς δορυφόρων έως τις μελλοντικές αποστολές στη Σελήνη και τον Άρη, πρέπει να διασφαλίσουμε ότι η εξερεύνηση δεν θα επαναλάβει τα λάθη που έγιναν στη Γη.

Ένα πραγματικά βιώσιμο διαστημικό μέλλον ξεκινά με τεχνολογίες, υλικά και συστήματα που συνεργάζονται.”

Jin Xuan του Πανεπιστημίου του Surrey

Αυτό μπορεί να αλλάζει, με μια πρόταση από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Surrey να ανακυκλώσουν όλους τους δορυφόρους και τα διαστημικά απορρίμματα. Δημοσίευσαν τη δουλειά τους στην επιστημονική ανασκόπηση Chem Circularity¹, με τον τίτλο “Resource and material efficiency in the circular space economy”.

Χτίζοντας μια Κυκλική Διαστημική Οικονομία

Με την πρώτη ματιά, μπορεί να φαίνεται ότι θα είναι δύσκολο να εφαρμοστεί στο διάστημα το θεμέλιο “3R” μιας κυκλικής οικονομίας: μείωση, επαναχρησιμοποίηση και ανακύκλωση, καθώς μετά βίας τα καταφέρνουμε να το εφαρμόσουμε στο έδαφος.

Πηγή: Chem Circularity

Αλλά ταυτόχρονα, η μελλοντική απειλή του συνδρόμου Κέσλερ μπορεί να είναι μια μεγάλη κίνητρα, καθώς θα καθιστούσε σχεδόν αδύνατο οποιοδήποτε μελλοντικό διαστημικό ταξίδι.

Ένας άλλος παράγοντας είναι ότι η αποστολή οποιασδήποτε μάζας σε τροχιά κοστίζει πολλά χρήματα, οπότε το υλικό που είναι διαθέσιμο επί τόπου θα πρέπει να είναι πολύ φθηνότερο. Στην πραγματικότητα, αυτό θα καθιστούσε τα διαστημικά απορρίμματα και τους εγκαταλελειμμένους δορυφόρους το πιο πολύτιμο υλικό για ανακύκλωση.

Επί του παρόντος, αυτό το κόστος είναι περίπου $2.500 έως $10.000 ανά κιλό για μάζα που τοποθετείται σε χαμηλή γήινη τροχιά (LEO) με τους καλύτερους επαναχρησιμοποιήσιμους πυραύλους, και ακόμα υψηλότερες τιμές για υψηλότερες τροχιές ή εάν αποσταλεί με μικρότερους πυραύλους.

Η Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία (ESA) εκτιμά ότι περίπου 6.000 μετρικοί τόνοι απορριπτόμενου υλικού υπάρχουν επί του παρόντος σε τροχιά. Ακόμα και αγνοώντας το πλεονέκτημα της μείωσης των κινδύνων που συνδέονται με τα διαστημικά σκουπίδια, αυτό αντιπροσωπεύει, θεωρητικά, έως και $10 δις κόστους εκτόξευσης σε υλικό που βρίσκεται ήδη σε τροχιά.
Σαρώστε για κύλιση →

Πώς τα 3R Εφαρμόζονται στο Διάστημα: Μείωση, Επαναχρησιμοποίηση, Ανακύκλωση

Μείωση

Το πρώτο βήμα των περισσότερων προσεγγίσεων βιωσιμότητας είναι το στοιχείο μείωσης, που σημαίνει μείωση της ζήτησης για πόρους ή του απαιτούμενου υλικού.

Αυτό το βήμα μπορεί να αντιμετωπιστεί με την κατασκευή δορυφόρων και διαστημικών σκαφών που διαρκούν περισσότερο και μπορούν να επισκευαστούν πιο εύκολα στο διάστημα.

Ένα σημαντικό μέρος εδώ είναι ότι οι περισσότερες διάρκειες ζωής των δορυφόρων καθορίζονται όχι από τη βλάβη τους, αλλά από το να εξαντληθεί το καύσιμο για τη σταθεροποίηση της τροχιάς τους.

Έτσι, μεγαλύτερη αποθήκευση καυσίμου που κοστίζει σε μάζα (μια λιγότερο πιεστική έννοια καθώς μειώνονται τα κόστη τροχιακής εκτόξευσης) ή ένα σύστημα ανεφοδιασμού από ένα “διαστημικό δεξαμενόπλοιο” θα μείωνε ριζικά την παραγωγή διαστημικών απορριμμάτων και θα αύξανε τη διάρκεια ζωής των δορυφόρων.

Οι διαστημικοί σταθμοί θα μπορούσαν να μετακινηθούν από τον τρέχοντα ρόλο τους ως κατοικία ανθρώπων σε έναν κόμβο για ανεφοδιασμό, καθώς και συντήρηση και επισκευή.

Η μείωση μπορεί επίσης να εφαρμοστεί στη μείωση της ρύπανσης και των αποβλήτων που υπάρχουν ήδη. <a href="https://www.s