Laboratoria.net
|
Zamknij X
|
Deorbitacja satelitów i powrót do atmosfery mają
zasadnicze znaczenie dla powstrzymania stałego wzrostu ilości
kosmicznych śmieci na orbicie. Projekt BETS, nad którym prace kończą się
w tym miesiącu, wywołuje poruszenie swoim nowym rozwiązaniem - liną,
która jest szybsza i wytrzymalsza na uszkodzenia od którejkolwiek z istniejących technologii.
Czysta orbita ziemska stanowiłaby uwieńczenie dążeń do poprawy
bezpieczeństwa aktywów kosmicznych. Jednak aby to osiągnąć,
interesariusze nadal muszą znaleźć odpowiedź na trzy pytania: w jaki
sposób powstrzymać gromadzenie się śmieci w przestrzeni kosmicznej; jak
pozbyć się tych istniejących i po uporaniu się z tym, jak utrzymać
porządek w kosmosie.
Usuwanie po zakończeniu misji (PMD), które polegać będzie na
umieszczaniu aktywów kosmicznych na orbicie-wysypisku lub na ponownym
wprowadzaniu do atmosfery po wycofaniu z eksploatacji, odegra główną
rolę w odpowiedzi na pierwsze i trzecie pytanie. Mimo sugestii
ekspertów, że samo PMD nie zapobiegnie niekontrolowanemu piętrzeniu się
śmieci - według tak zwanego syndromu Kesslera każda kolizja generuje
mrowie fragmentarycznych odpadów, wywołując reakcję łańcuchową - na
pewno zapobiegnie pogarszaniu się sytuacji. Dzięki wykazaniu
skuteczności tego rozwiązania rozpędu nabierze aktywne usuwanie śmieci
(ADR), przekonując biznesmenów i rządzących, że nie inwestują w przegraną sprawę.
Ogromny skok naprzód dokonał się w ograniczonych niegdyś jedynie do
rakiet technologiach deorbitacji i ponownego wprowadzania do atmosfery
wraz w wprowadzeniem w 1992 r. koncepcji nieizolowanej liny. Do tej pory
długie przewody zwisające z satelitów były bardzo podatne na
uszkodzenia powodowane przez niezliczone małe śmieci kosmiczne.
Rozwiązanie tego problemu może przynieść projekt BETS (Bare
Electrodynamic Tethers): po zastąpieniu tradycyjnych okrągłych lin
taśmą, naukowcy zaobserwowali, że prawdopodobieństwo uszkodzenia liny
przez śmieci w czasie deorbitacji różniło się o kilka rzędów wielkości -
innymi słowy było kilkaset razy mniejsze.
Prof. Juan Sanmartin, koordynator projektu, wyjaśnił nam, w jaki
sposób ustalenia zespołu sprawią, że deorbitacyjne systemy linowe będą
wydajniejsze, szybsze i odporniejsze od którejkolwiek z istniejących
technologii.
Jakie są główne cele projektu?
Prof. Juan Sanmartin: Projekt BETS koncentruje się na jednym, ale
ambitnym celu długofalowym: dowiedzeniu, że deorbitacyjny system linowy o minimalnej złożoności góruje nad wszystkimi innymi możliwymi systemami,
czy to napędowymi (chemicznymi, elektrycznymi) czy to wleczonymi,
powiększanymi o rozwijany żagiel. Dążymy do wykazania, że takie
rozwiązanie ma najniższy stosunek mas system-satelita i zapewnia szybszą
deorbitację przy lepszej sterowności, charakteryzując się także wysokim
stopniem niezawodności i zdolności do przetrwania kosmicznych śmieci w czasie operacji. W projekcie postawiliśmy sobie za cel opracowanie
koncepcji do 4.-5. poziomu gotowości technologicznej - to jest do
walidacji w laboratorium i odpowiednim środowisku.
Na czym dokładnie polega funkcjonowanie kosmicznej liny?
Kosmiczna lina to cienki, wielokilometrowy przewód, łączący satelitę
z pewną przeciwległą masą końcową. Rama liny jest w ruchu relatywnym do
współobracającej się plazmy i pola magnetycznego Ziemi. W konsekwencji
plazma otaczająca o dużej przewodności, która jest ekwipotencjalna w swojej własnej ramie, tworzy, w ramie liny, kinetyczne pole elektryczne
rzędu 100 V/km, które jest iloczynem (niemal) orbitalnej prędkości i pola geomagnetycznego. Dzięki temu styczniki plazmatyczne gromadzą
elektrony na jednym spolaryzowanym dodatnio (anodowym) końcu i wyrzucają
je na przeciwległym końcu, wzbudzając prąd wzdłuż standardowej, w pełni
izolowanej liny. Opór Lorentza na magnetycznie wzbudzonym prądzie na
taśmie powoduje orbitalny rozpad satelity.
Jakie postępy technologiczne przynosi BETS?
Koncepcja nieizolowanej liny wyeliminowała izolację i spowodowała
gromadzenie elektronów na odcinku anodowym, by znacznie poprawić
efektywność odbioru prądu. Dziesięć lat temu technologia linowa borykała
się z trzema zasadniczymi trudnościami. Jedną z nich była kwestia
ponownego wprowadzania do atmosfery, którą projektowanie na
unicestwienie (ang. design for demise) rozwiązało na lata przed BETS.
Kolejną było powszechnie uznawane niskie prawdopodobieństwo przetrwania
okrągłych lin po uderzeniu małych śmieci, co dało początek złożonej
koncepcji wieloliniowej „taśmy” - nazwiemy ją „podrabianą taśmą” -
zbudowaną z cienkich, wzajemnie połączonych okrągłych drutów, aby
przetrwać uderzenia śmieci. Ta koncepcja pojawiła się także przed
rozpoczęciem prac nad BETS i została w pewnym sensie przyjęta jako
rozwiązanie problemu żywotności lin.
My z kolei dostarczamy dowodu na zdolność nieizolowanej taśmy do
znacznie skuteczniejszego wytrzymywania uderzeń od nieizolowanej
okrągłej liny ze względu zarówno na szybszą deorbitację, jak i zasadniczo odmienny charakter szerokości i grubości. To wraz z odkryciem, że prawdziwa taśma deorbituje znacznie szybciej niż
podrabiana stanowi zasadnicze osiągnięcie w technologii linowej.
Trzecią trudnością były długie czasy deorbitacji, których wydawały
się potrzebować orbity o wysokim nachyleniu. Częściowo rozwiązano ten
problem za pomocą szczegółowych obliczeń w ramach dokładnego modelu pola
geomagnetycznego. W toku prac nad projektem BETS wykazano następnie, że
sprzęganie oscylacji w płaszczyźnie i poza płaszczyzną, w przypadku ich
ograniczenia, wspomaga deorbitację poprzez utrzymywanie liny w umiarkowanej odległości od płaszczyzny orbitalnej.
Wspomniał pan, że ta technologia jest znacznie skuteczniejsza. W jaki sposób?
Liny wykorzystują mechanizm dyssypatywny całkowicie odmienny od
oporu aerodynamicznego i mogą deorbitować w ciągu zaledwie kilku
miesięcy. Ponadto liny taśmowe są znacznie lżejsze od lin okrągłych o takiej samej długości i obwodzie, które mogą odbierać taki sam prąd.
Trzy zasadniczo odmienne wymiary taśm umożliwiają łatwo skalowalne
projektowanie do zastosowania na potrzeby dowolnych misji. Włączanie i wyłączanie stycznika anodowego umożliwia manewrowanie w celu uniknięcia
katastrofalnych zderzeń ze śledzonymi śmieciami. Hamowanie Lorentza
sprawdza się jako opór aerodynamiczny. Liny nadal zachowują rozsądną
skuteczność przy dużych nachyleniach orbitalnych, jak już wcześniej
wspomniałem.
Jakie są kolejne etapy projektu i plany po jego zakończeniu?
Przed nami wiele możliwości. Jedną z nich jest „Horyzont 2020”,
który obejmuje temat orbitalnej demonstracji sprowadzania z orbity
satelity na koniec okresu eksploatacji.
Gómez-Molinero, kierownik ds. technologii w Airbus Defence &
Space w Hiszpanii, wyraził swoje zainteresowanie linami
elektrodynamicznymi w czasie 6. konferencji europejskiej nt. śmieci
kosmicznych w ESOC/ESA (2012). Miało miejsce kilka kontaktów i spotkań
między BETS-UPM a panem Gómezem-Molinero, który został poproszony o prezentację poświęconą możliwej współpracy w ramach kolejnego
zaproszenia H2020. Airbus byłby zainteresowany zastosowaniem
nieizolowanych lin elektrodynamicznych do deorbitacji wieloładunkowych
podajników w wyrzutniach rakietowych VEGA i Soyuz-Fregat Arianespace,
które produkuje. W tym celu nawiązał kontakt ze spółką Arianespace, a jeden z jego współpracowników w konsorcjum Airbus rozpoczął prace nad
wstępnym projektem takiej misji demonstracyjnej pod nadzorem UPM. Na
wiosnę planowane jest spotkanie z przedstawicielami Arianespace.
Czy jesteście zadowoleni z wyników badań?
Tak, jesteśmy. Ważnym dorobkiem BETS było określenie kryteriów
projektowych na potrzeby wymiarowania trzech całkowicie różnych
wielkości liny taśmowej - mających wpływ na masę, efekty omowe, tryb
odbierania prądu, samorzutne pole magnetyczne i żywotność w kontakcie ze
śmieciami w przestrzeni kosmicznej w różnych warunkach otoczenia i wraz
z wytracaniem przez linę wysokości. Dokładny i pełny kod o nazwie
BETsMA jest teraz wzorem zastrzeżonym.
Inne istotne osiągnięcia to innowacyjna produkcja i próby naziemne
podstawowego osprzętu systemu linowego: stycznik plazmatyczny
(Uniwersytet Stanowy w Kolorado), moduł sterowania zasilaniem (małe
przedsiębiorstwo emxys), mechanizm rozmieszczania (DLR - Bremen) oraz
taśma o poprzecznej / wzdłużnej strukturze (Fundación Tecnalia). Z drugiej strony badania podstawowe prowadzone przez Universitá di Padova i ONERA-Toulouse pogłębiły obecną wiedzę na temat podstawowych praw
fizyki, na których opiera się technologia linowa.
Czy któryś z rządów wyraził już zainteresowanie wdrożeniem technologii?
Istnieje rzeczywiście potencjalny wpływ na międzynarodowym szczeblu
politycznym. Wzrost liczby krajów z bezpośrednim dostępem do przestrzeni
kosmicznej sprawia, że obecne podejście do problemu śmieci nie zawiera
się w skali tylko europejskiej czy krajowej, ale jest w pełni
międzynarodowe. Aby zagwarantować skuteczne wdrożenie deorbitacji nowych
satelitów na koniec okresu eksploatacji, potrzebny jest międzynarodowy
konsensus, opierający się faktycznie na sprawowaniu rządów w przestrzeni
kosmicznej przez ONZ. Projekt mógłby z pewnością prowadzić do
wykorzystania awangardowej technologii przez przedsiębiorstwa w Europie.
Ostatecznie jednak mógłby odnieść sukces polityczny porównywalny do
komercyjnego.
Więcej informacji:
BETS
http://www.thebetsproject.com/
Karta informacji o projekcie:
http://cordis.europa.eu/projects/rcn/97528_pl.html
Źródło: www.cordis.europa.eu
25 maja 2018 roku zacznie obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r (RODO). Potrzebujemy Twojej zgody na przetwarzanie Twoich danych osobowych przechowywanych w plikach cookies. Poniżej znajdziesz pełny zakres informacji na ten temat.
Zgadzam się na przechowywanie na urządzeniu, z którego korzystam tzw. plików cookies oraz na przetwarzanie moich danych osobowych pozostawianych w czasie korzystania przeze mnie ze strony internetowej Laboratoria.net w celach marketingowych, w tym na profilowanie i w celach analitycznych.
Administratorami Twoich danych będziemy my: Portal Laboratoria.net z siedzibą w Krakowie (Grupa INTS ul. Czerwone Maki 55/25 30-392 Kraków).
Chodzi o dane osobowe, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług w tym zapisywanych w plikach cookies.
Przetwarzamy te dane w celach opisanych w polityce prywatności, między innymi aby:
dopasować treści stron i ich tematykę, w tym tematykę ukazujących się tam materiałów do Twoich zainteresowań,
dokonywać pomiarów, które pozwalają nam udoskonalać nasze usługi i sprawić, że będą maksymalnie odpowiadać Twoim potrzebom,
pokazywać Ci reklamy dopasowane do Twoich potrzeb i zainteresowań.
Zgodnie z obowiązującym prawem Twoje dane możemy przekazywać podmiotom przetwarzającym je na nasze zlecenie, np. agencjom marketingowym, podwykonawcom naszych usług oraz podmiotom uprawnionym do uzyskania danych na podstawie obowiązującego prawa np. sądom lub organom ścigania – oczywiście tylko gdy wystąpią z żądaniem w oparciu o stosowną podstawę prawną.
Masz między innymi prawo do żądania dostępu do danych, sprostowania, usunięcia lub ograniczenia ich przetwarzania. Możesz także wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych, zgłosić sprzeciw oraz skorzystać z innych praw.
Każde przetwarzanie Twoich danych musi być oparte na właściwej, zgodnej z obowiązującymi przepisami, podstawie prawnej. Podstawą prawną przetwarzania Twoich danych w celu świadczenia usług, w tym dopasowywania ich do Twoich zainteresowań, analizowania ich i udoskonalania oraz zapewniania ich bezpieczeństwa jest niezbędność do wykonania umów o ich świadczenie (tymi umowami są zazwyczaj regulaminy lub podobne dokumenty dostępne w usługach, z których korzystasz). Taką podstawą prawną dla pomiarów statystycznych i marketingu własnego administratorów jest tzw. uzasadniony interes administratora. Przetwarzanie Twoich danych w celach marketingowych podmiotów trzecich będzie odbywać się na podstawie Twojej dobrowolnej zgody.
Dlatego też proszę zaznacz przycisk "zgadzam się" jeżeli zgadzasz się na przetwarzanie Twoich danych osobowych zbieranych w ramach korzystania przez ze mnie z portalu *Laboratoria.net, udostępnianych zarówno w wersji "desktop", jak i "mobile", w tym także zbieranych w tzw. plikach cookies. Wyrażenie zgody jest dobrowolne i możesz ją w dowolnym momencie wycofać.
Więcej w naszej POLITYCE PRYWATNOŚCI