Um einen fallenden Satelliten zu fangen

Es ist das Schicksal vieler toter Satelliten, ihre letzten Jahre außer Kontrolle zu verbringen. Die Treibstoffleitung könnte explodieren, der Sonnenwind könnte aufsteigen oder es könnten Wolken aus den äußeren Bereichen der Atmosphäre aufziehen – und wenn ein Raumschiff nicht so konstruiert ist, dass es von Natur aus stabil bleibt, wird es wahrscheinlich anfangen, sich über das Ende zu drehen.

Das ist ein Problem, denn die Erdumlaufbahn wird immer dichter. Ingenieure wollen alte Müllteile im Weltraum sammeln, aber sie können sie nicht sicher erreichen, besonders wenn sie instabil sind. Die Europäische Weltraumorganisation sagt, es seien etwa 30.000.“Trümmerobjekte„Sie werden jetzt in die Erdumlaufbahn verfolgt – verlassene Satelliten, verbrauchte Raketenstufen, herumfliegende Teile von Kollisionen im Weltraum. Es könnten auch 900.000 kleinere Trümmerstücke aus der Umlaufbahn sein – alles von losen Schrauben über Farbspritzer bis hin zu Isoliersplittern. Es könnte sein so lange wie weniger als 10 Zentimeter, aber es kann immer noch einen gesunden Satelliten zerstören, wenn er mit Orbitalgeschwindigkeit kollidiert.

„Je mehr Satelliten gestartet werden, desto mehr Situationen können auftreten, in denen ein fehlerhafter Satellit eine wertvolle Umlaufbahn besetzt“, sagt er. Richard Linares, Assistenzprofessor für Luft- und Raumfahrt am Massachusetts Institute of Technology. Es ist Teil eines deutsch-amerikanischen Projekts namens TumbleDock / ROAMund suchen nach Möglichkeiten, wackelige Satelliten einzudämmen und zu stabilisieren, damit sie aus der Umlaufbahn geschleudert oder in einigen Fällen sogar betankt oder repariert werden können.

Ingenieure haben jahrzehntelang orbitale Trümmer ertragen, aber Linaris sagt, dass sich das Bild ändert. Zum einen ist die Satellitentechnologie jetzt für jedermann erreichbar – schauen Sie sich nur SpaceX an, das gestartet wurde 40 Satelliten pro Woche Bisher dieses Jahr. Andererseits, sagt er, werden die wirtschaftlichen Vorteile, die diese Satelliten bieten – Hochgeschwindigkeitsinternet, GPS, Klimaüberwachung, Pflanzen und andere Anwendungen – gefährdet, wenn die Risiken von Auswirkungen weiter zunehmen.

„Ich denke, dass wir in den nächsten Jahren die Technologie haben werden, um etwas gegen Weltraumschrott zu unternehmen“, sagt Linares. „Und es gibt wirtschaftliche Treiber, die Unternehmen dazu motivieren werden.“

Das TumbleDock/ROAM-Team hat gerade eine Reihe von Tests in der Kabine der Internationalen Raumstation abgeschlossen, bei denen NASA-Roboter namens Astrobees vor einem sich verschlechternden Satelliten und einem „jagenden“ Raumschiff standen, das geschickt wurde, um ihn einzufangen. Ziel: wissen Algorithmen So kann der Stalker sein Ziel finden, seine Stolperraten ermitteln und die für ihn sicherste und effektivste Vorgehensweise berechnen.

Ein Astrobee-Roboter an Bord der Internationalen Raumstation experimentiert damit, ein stolperndes Ziel im Weltraum zu treffen.

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„Da draußen gibt es eine riesige Menge an großen Trümmern“, sagt er. Kenan Albi, ein Ph.D. Student im MIT-Team. „Schauen Sie sich einige von ihnen an, mit großen Sonnenkollektoren, die bereit sind, Sie zu treffen, wenn Sie diesen Ansatz nicht richtig machen.“

Die Forscher stellten früh fest, dass das Verfolgungsfahrzeug genügend Autonomie benötigte, um auf einem schlecht funktionierenden Satelliten von selbst abzuschalten. Selbst die größten Satelliten sind zu weit von bodengestützten Ortungsstationen entfernt, um ihre Position mit irgendeiner Genauigkeit zu verfolgen. Der Stalker, möglicherweise ausgestattet mit Navigationskameras, Lidar und anderen Sensoren, muss die Arbeit in Echtzeit erledigen.

„Die Bewegung einer Satellitenlandung kann sehr komplex sein“, sagt er. Roberto Lamparello, Projektleiter des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, DLR. „Und wenn man sicher sein will, dass man beim Annähern an den Paarungspunkt keine Stalker trifft, ist eine unabhängige Steuermethode meiner Meinung nach sehr attraktiv.“

Astrobees Tests auf der Raumstation haben gezeigt, dass dies zumindest prinzipiell möglich ist. Jeder Astrobee-Roboter ist ein etwa 30 cm hoher Würfel mit Navigationskameras, Druckluftantrieben und Snapdragon-Prozessoren, ähnlich wie bei einem Smartphone. Für den letzten Test, letzten Monat, ein NASA-Astronaut Mark Vandy Hey Stellen Sie zwei Astrobees innerhalb von zwei Metern auf. Dann nahmen sie ihre Befehle von Albee am Boden entgegen. Er begann mit den Tests, bei denen einer der beiden Roboter stolperte und der andere versuchte, sich mit ihm zu treffen. Es gab Fehler. Der Stern Stern brauchte Hilfe bei der Lokalisierung ihrer genauen Position relativ zu den Stationswänden. Aber die Testergebnisse waren vielversprechend.

Der nächste Schritt, sagen die Forscher, besteht darin, zu bestimmen, wie ein Verfolgungsraumschiff seinem Ziel am besten entgegenwirken kann, was besonders schwierig ist, wenn es sich um ein Trümmerstück ohne Andockmechanismus handelt. Andere Pläne im Laufe der Jahre beinhalteten die Verwendung von großen Gittern oder Lasern. Mitglieder des TumbleDock/ROAM-Teams sagen, dass sie von Greifern fasziniert sind, die interatomare Van-der-Waals-Kräfte nutzen, die Arten, die dem Gecko helfen, an einer transparenten Oberfläche zu haften.

Die größere Frage ist, wie man solche Erfahrungen in tatsächliche Lösungen für ein wachsendes, wenn auch bedeutendes Problem umwandeln kann. Die erdnahe Umlaufbahn ist lange genug überfüllt genug, dass Satellitenhersteller ihre Fahrzeuge schützen und Weltraumagenturen ständig den Himmel scannen, um nahe Anrufe zu blockieren. Es wurden keine Raumfahrer getötet, und es gab nur wenige Fälle, in denen tatsächlich Satelliten zerstört wurden. Aber das Problem wird immer kostspieliger und in einigen Fällen gefährlich. SpaceX hat bisher 2.000 Starlink-Internetsatelliten gestartet, könnte weitere 30.000 starten, und andere Unternehmen (wie Amazon) müssen mithalten. Dort sehen sie die Gewinne.

Tatsächlich ist es deshalb so wichtig, das Problem des Müllplatzes zu kennen, sagt Linaris vom MIT. „Es gibt einen Grund, warum diese Orbitale wertvoll sind“, sagt er. Unternehmen können Milliarden ausgeben, um neue Satelliten zu starten – und sie wollen nicht, dass sie von alten bedroht werden.

„Wenn Ihr Unternehmen von einem Orbit-Band profitiert“, sagt er, „holen Sie sich besser jemanden, der es für Sie reinigt.“