Avaruus
Avaruusromun ratkaiseminen kiertävällä kiertoratataloudella
TL;DR
- Avaruusromu kasvaa nopeasti ja uhkaa satelliitteja, viestintää ja tulevia avaruusoperaatioita.
- Kiertävä kiertoratatalous soveltaa vähennä, käytä uudelleen ja kierrätä -periaatteita satelliitteihin ja romuun.
- Surreyn yliopiston tutkijat ehdottavat hylättyjen satelliittien käyttöä kiertoradalla olevana materiaalina.
- Rocket Lab ja muut edistävät uudelleenkäytettäviä raketteja ja romuratkaisuja.
Miksi avaruuden kestävyys vaatii nyt kiertävää kiertoratataloutta
Uuden avaruusajan kynnyksellä olemme uudelleenkäytettävien rakettien ja kiertoradalle pääsyn kustannusten romahduksen ansiosta, kiitos SpaceX, Blue Origin, Rocket Lab, Relativity Space sekä kiinalaisten rakettien.
Mutta mitä enemmän massaa viemme avaruuteen, sitä suuremmaksi ongelmaksi avaruusromu muodostuu. Koska kiertoradalla oleva materiaali voi pysyä siellä vuosikymmeniä tai jopa vuosisatoja kaukaisemmissa radoissa, se tarkoittaa, että tonneja vanhoja satelliitteja on edelleen taivaalla.
Ongelmallisempaa on, että nämä satelliitit törmäilevät toisiinsa ajoittain, hajoten lukemattomiksi luodin kaltaisiksi sirpaleiksi. Ja luodi-vertaus ei ole edes riittävä, sillä avaruusromun keskinopeus on 28 000 km/h (17 500 mph), mikä on paljon, paljon nopeampaa kuin mikään ase on koskaan ampunut luotejaan.
Joten pienimmälläkin romulla voi olla katastrofaaliset seuraukset, kun se osuu toimivaan satelliittiin.
Tällä voisi olla vielä pahemmat seuraukset ketjureaktion tapauksessa, jota teoreettisesti kutsutaan “Kesslerin syndroomaksi”: satelliitin ja avaruusromun välinen törmäys johtaa lisäromun syntymiseen, mikä johtaa lisätörmäyksiin ja lisäromuun, luoden ketjureaktion, joka pyyhkii pois kaikki kohteet Maan kiertoradalla.
Tällaiset törmäykset ovat jo nyt noin 2/3rd osa kaikesta avaruusromusta, kun toinen merkittävä lähde on pois käytöstä otetut avaruusalukset.
Lähde: Chem Circularity
Tällä hetkellä Kesslerin syndrooma olisi erittäin tuhoisa, se hajottaisi telekommunikaation, avaruuteen perustuvan kuvantamisen ja tieteen sekä varoitusjärjestelmät ydinaseiden havaitsemiseksi.
Tämä johtuu hyvin todellisesta riskistä, sillä uudet satelliittikonstellaatiot ovat lukumääräisesti enemmän kuin kaikki tähän mennessä laukaistut satelliitit yhteensä. Ja tämä ennen kuin alamme rakentaa Kuutukikohtia, Mars-siirtokuntia tai gigawattiluokan kiertorata-aurinkopaneeleja.
Lähde: Our World In Data
Tähän asti ainoa vaihtoehto avaruusromun hävittämiseksi on ollut saada se putoamaan Maahan ja palamaan ilmakehässä tai poistumaan kiertoradalta kokonaan. Monet vanhemmat satelliitit siirretään siis “hautausmaa-radoille”, kun taas toisista tulee ajautuvaa kiertoradaromua, joka voi häiritä aktiivisten järjestelmien toimintaa.
“Avaruustoiminnan kiihtyessä, megakonstellaatioista Kuu- ja Mars-operaatioihin, meidän on varmistettava, että tutkimus ei toista Maassa tehtyjä virheitä.
Todella kestävä avaruustulevaisuus alkaa tekniikoista, materiaaleista ja järjestelmistä, jotka toimivat yhdessä.”
Tämä saattaa olla muuttumassa, kun Surreyn yliopiston tutkijat ovat esittäneet kaikkien satelliittien ja avaruusromun kierrättämisen sen sijaan. He julkaisivat työnsä tieteellisessä lehdessä Chem Circularity1, otsikolla “Resource and material efficiency in the circular space economy“.
Kiertävän avaruustalouden rakentaminen
Ensi silmäyksellä saattaa tuntua, että kiertotalouden “3R”-perustan (reduce, reuse, recycle) soveltaminen avaruuteen on vaikeaa, sillä tuskin pystymme soveltamaan sitä edes Maassa.
Lähde: Chem Circularity
Mutta samaan aikaan Kesslerin syndrooman uhka tulevaisuudessa voi olla suuri motivaatio, sillä se tekisi lähes kaikesta tulevasta avaruusmatkailusta mahdotonta.
Toinen tekijä on, että minkä tahansa massan lähettäminen kiertoradalle maksaa paljon rahaa, joten paikan päällä saatavilla olevan materiaalin pitäisi olla paljon halvempaa. Itse asiassa tämä tekisi avaruusromusta ja hylätyistä satelliiteista arvokkaimman kierrätysmateriaalin.
Tällä hetkellä tämä kustannus on noin 2 500–10 000 dollaria per kg matalalle Maan kiertoradalle (LEO) viedylle massalle parhailla uudelleenkäytettävillä raketeilla, ja vielä korkeammat hinnat korkeammille radoille tai pienemmillä raketeilla lähetettäessä.
Euroopan avaruusjärjestö (ESA) arvioi, että noin 6 000 tonnia hylättyä materiaalia on tällä hetkellä kiertoradalla. Jopa sivuuttaen avaruusromuun liittyvien riskien vähentämisen edun, tämä edustaa teoriassa jopa 10 miljardin dollarin laukaisukustannuksia materiaalista, joka on jo kiertoradalla.
Vieritä selaamalla →
| Lähestymistapa | Hyödyt | Haasteet |
|---|---|---|
| Vähennä (Reduce) | Pitkäikäisemmät satelliitit, vähemmän laukaisuja, turvallisemmat radat | Vaativat uusia standardeja, tankkauskeskuksia, modulaarisia suunnitteluja |
| Käytä uudelleen (Reuse) | Laitteiston uudelleenkäyttö, alhaisemmat kustannukset, tehtävän arvon pidentäminen | Säteilyvaurio rajoittaa pitkäaikaista uudelleenkäyttöä |
| Kierrätä (Recycle) | Arvokkaiden materiaalien talteenotto, romun vähentäminen, kiertoratavalmistuksen mahdollistaminen | Monimutkainen purku, mikrogravitaatiometallurgia on vielä kokeellista |
Kuinka 3R:t soveltuvat avaruuteen: Vähennä, Käytä uudelleen, Kierrätä
Vähennä
Useimpien kestävyyslähestymistapojen ensimmäinen askel on vähentämisen osa, mikä tarkoittaa resurssien tai tarvittavan materiaalin kysynnän vähentämistä.
Tähän voidaan vastata rakentamalla satelliitteja ja avaruusaluksia, jotka kestävät pidempään ja joita on helpompi korjata avaruudessa.
Tärkeä osa tässä on, että useimpien satelliittien käyttöiän määrää ei niiden hajoaminen, vaan polttoaineen loppuminen radan stabilointiin.
Joten suurempi polttoainesäiliö, joka maksaa massaa (vähemmän painava huomio kiertoradalaukaisukustannusten laskiessa) tai järjestelmä tankkaamiseen “avaruustankkerista” vähentäisi radikaalisti avaruusromun tuotantoa ja pidentäisi satelliittien käyttöikää.
Avaruusasemat voisivat siirtyä nykyisestä ihmisasumisen roolistaan tankkauskeskuksiksi sekä huolto- ja korjauskeskuksiksi.
Vähentämistä voidaan soveltaa myös jo olemassa olevan saastumisen ja jätteen vähentämiseen. RemoveDEBRIS-tehtävä, jonka kehittämisessä Surreyn yliopisto myös osallistui, osoitti onnistuneesti useita keskeisiä aktiivisen romunpoiston (ADR) tekniikoita: verkkokaappaus, harppuunajärjestelmät, näköön perustuva navigointi ja vastuspurjeen käyttöönotto.
Kosketuksettomat lähestymistavat, mukaan lukien ionisuihkun ohjaus ja laserpropulsio romun työntämiseksi takaisin Maahan, voivat auttaa vähentämään kertyvän avaruusroskan määrää.
Käytä uudelleen
Täysin uudelleenkäytettävät raketit ovat tietysti suuri parannus avaruustalouden kestävyydessä, sillä ne välttävät käyttökelpoisen materiaalin tuhoutumisen jokaisessa laukaisussa.
Askel pidemmälle voitaisiin ottaa poistamalla useimmat uudelleenkäytettävät raketit käytöstä käyttöiänsä lopussa, ei Maassa, vaan avaruudessa. Niistä voidaan tehdä kiertoratatankkeri, komponentteja avaruusasemille, avaruusasumuksille ja alusta satelliittikomponenteille.
Satelliittien uudelleenkäyttöä, mukaan lukien käyttöiänsä päässeiden satelliittien uudelleen osoittaminen uusiin tehtäviin tai tukiasematekniikoiden soveltaminen lisäsovelluksiin, voidaan myös parantaa.
Osittainen purkaminen, kuten esimerkiksi optiikan, elektroniikan tai aurinkopaneelien kerääminen takaisin uudelleenkäyttöä varten toisessa laitteessa, voi myös muodostaa uudelleenkäyttöstrategian ytimen ja ensimmäisen rakennuspalikan kiertoratavalmistusteollisuudelle.
Pitkittynyt altistuminen avaruussäteilylle, lämpötilasyklille ja mikrometeoriittien osumille johtaa kuitenkin peruuttamattomaan avaruusaluksen suorituskyvyn heikkenemiseen; ei vaihtoehto niin vaativalla alalla kuin avaruuslento.
Joten lopulta kaikki avaruuteen perustuvat laitteet on joko tuhottava tai kierrätettävä.
Lähde: Chem Circularity
Kierrätä
Koska satelliitit ja avaruusalukset ovat erittäin kehittynyttä tekniikkaa, ne ovat runsaita arvometalleja ja harvinaisia metalleja, lisäksi niiden “kallis” sijainti kiertoradalla.
Kierrätettävien joukossa elektroniikkakomponentit ja päärakennemateriaalit ovat todennäköisimmin tarjoavan eniten arvoa runsaan piin, alumiinin, kuparin, titaanin, volframin ja nikkelinsa an
