Nu skal vi rydde op i rummet

Hvert år letter tusinder af nye fartøjer, men nu er kredsløbene omkring Jorden næsten fyldte, og det kan stoppe fremtidens missioner. Med flyveledere og skraldemænd vil ingeniører sætte rodet i system.

Hvert år letter tusinder af nye fartøjer, men nu er kredsløbene omkring Jorden næsten fyldte, og det kan stoppe fremtidens missioner. Med flyveledere og skraldemænd vil ingeniører sætte rodet i system.

Den 22. september 2020 giver en alarm pludselig genlyd på Den Internationale Rumstation, ISS. Et objekt har kurs mod stationen. Her 400 kilometer over Jorden er en kollision lig en potentiel katastrofe. Og mens astronauterne derfor søger tilflugt i evakueringsfartøjet Sojuz, bliver rumstationens raketmotorer affyret og skubber den i løbet af få minutter ud af farezonen.

Siden 1999 har astronauterne på ISS hele 26 gange måttet lave lignende undvigemanøvrer for at undgå sammenstød med en af de mange tusind små og store stykker rumskrot, som er i kredsløb om Jorden.

Og risikoen for sammenstød i rummet bliver kun større.

Antallet af aktive satellitter stiger formentlig fra ca. 3600 i dag til over 10.000 i løbet af de næste ti år. De mange nye satellitter skal både undgå at støde ind i hinanden og i de mange vragdele, der suser rundt.

Mikroskopisk skår

Astronauten Tim Peake udpeger et 7 mm stort skår i glaskuplen på rumstationen ISS, som formentlig blev skabt af en malingrest eller en mikroskopisk metalstump, der har ramt glasset.

© NASA

Heldigvis udvikler ingeniørerne i disse år nye fartøjer og teknologier, der kan fjerne gamle satellitter og guide de mange nye sikkert rundt omkring Jorden, for gør vi ikke noget nu, ender mængden af rumskrot med at lukke helt ned for nye opsendelser.

Rumskrot truer missioner

Med tiden løber alle satellitter tør for energi. I dag er holdbarheden typisk fra omkring fem år op til 15 år. Herefter kan de ikke længere fastholde deres kredsløb.

En del af satellitterne styrter ned og brænder op i atmosfæren, men andre ender med at drive inaktive rundt i såkaldte kirkegårdsbaner. Flere tusind inaktive satellitter kredser om Jorden lige nu.

Og her er de ikke alene.

Når raketter bliver sendt op, smider de typisk de nederste dele én efter én, når delene løber tør for brændstof. Resultatet er, at over 2000 større raketdele ifølge analysetjenesten CelesTrak i øjeblikket kredser formålsløst rundt om Jorden.

Her risikerer raketdelene at støde ind i andre fartøjer – eller styrte ukontrolleret ned, som en 18 tons tung kinesisk raket gjorde det i maj 2021.

Long March 5B opsendes med kinesisk rumstation.
© CNS/Wikimedia Commons

Fulgte du med, da en tonstung kinesisk raketdel styrtede?

Normalt styrter raketdele kontrolleret ned, men for nylig bragede en 21 tons tung del af en kinesisk raket helt ukontrolleret ned gennem atmosfæren:
Kinesisk raketskrot buldrer mod Jorden

I dag er raketproducenterne blevet bedre til at sikre, at udtjente raketdele ikke ender som farligt rumskrot, men styrter kontrolleret ned og brænder op i atmosfæren. I 2019 levede op til 70 pct. af rakettrinnene ifølge ESA op til FN’s retningslinjer for at mindske mængden af rumskrot mod kun lidt over 20 pct. i 2000.

Men uanset hvor smart bygget de nyeste raketter er, står vi allerede med en gigantisk udfordring: 1.000.000 stykker rumskrot på over en centimeter i diameter kredser nemlig ifølge ESA om Jorden. Og i de kommende år stiger antallet af satellitter.

Satellitter myldrer ud i rummet

De første satellitter, der blev sendt i kredsløb om Jorden, var dyre og vejede op til flere tons. Siden er satellitternes vægt og pris raslet ned, og i dag bliver de bygget helt ned i det såkaldte CubeSat-format på ti x ti x ti centimeter. Samtidig er raketter også blevet langt billigere i de senere år.

Derfor står stadig flere rumfartsorganisationer og private firmaer i dag klar med flere og flere satellitter.

Et eksempel er Starlink-satellitterne, som er rumfartsfirmaet SpaceX’ bud på satellitbaseret internet. Firmaet sender hver måned 60 Starlink-satellitter op og har planer om at opsende i alt 12.000 satellitter.

SpaceX får konkurrence af bl.a. Amazon og OneWeb. OneWeb vil sende mere end 600 satellitter afsted, mens Amazon planlægger at opsende over 3000 satellitter.

Rummet tæt på Jorden bliver mere og mere tætpakket. Rumfartsfirmaer sender satellitter op som aldrig før, mens gamle vragdele driver rundt og truer med sammenstød.

Starlink
© SpaceX

1. Internetsatellitter boomer

De såkaldte internetsatellitter opsendes i stadig større tal. Siden 2019 har SpaceX opsendt 1300, de såkaldte Starlink, og målet er i alt 12.000 satellitter. Hertil kommer firmaet OneWebs 648 internetsatellitter og Amazons 3236.

Titan raket
© Northrop Grumman

2. Satellitter og raketdele driver rundt

Ca. inaktive 3000 satellitter og 2000 brugte raketdele kredser om Jorden og risikerer at kollidere. Fx kommunikationssatellitten Intelsat 901, der indtil en redningsmission i 2020 kredsede i et såkaldt "kirkegårdskredsløb".

Vragdele
©

3. Skrotsværm vokser eksponentielt

Gamle dele af raketter og rumfartøjer kan eksplodere eller kollidere og dermed skabe flere store skrotstykker. Antallet af katalogiserede objekter er ifølge ESA øget fra ca. 5000 i 1990 til 15.000 i 2010 – og over 28.000 i dag.

Kritikerne ser til med bekymring, for med disse sværme af satellitter vil risikoen for sammenstød stige drastisk.

Og den er allerede stor. Siden begyndelsen af rumalderen og frem til 2019 har der ifølge ESA været 561 bekræftede sammenstød, hvor satellitter, rakettrin og andre rumdele er blevet splittet i småstykker.

NASA-ekspert i rumskrot Don Kessler beskrev allerede i 1978 i en berømt artikel, hvordan stigende mængder rumskrot kan skabe en kædereaktion, hvor kollisioner skaber rumskrot, som skaber flere kollisioner, som skaber mere rumskrot, og så fremdeles.

Selv de mindste stykker rumskrot kan forårsage store skader.

Det oplevede astronauterne ombord på Den Internationale Rumstation i 2016, da der blev slået et skår på omtrent syv millimeter i glasset på stationens observationskuppel.

Ifølge ESA var det sandsynligvis en flage maling eller en metalstump på nogle få tusindedele af en millimeter, der forårsagede skåret. Et stykke skrot på blot en centimeter kan slå hul i et af rumstationens besætningsmoduler, mens et stykke på ti centimeter vil kunne ødelægge et helt rumfartøj.

1.000.000 objekter på over en centimeter i diameter kredser om Jorden.

I takt med at rumskrot bliver en større og større trussel for rumfarten, intensiverer forskere indsatsen for at overvåge alle de store og små objekter i kredsløb, mens ingeniører konstruerer fartøjer, der kun får til opgave at rydde op derude.

Astrofysikeren Moriba Jah fra University of Texas at Austin er en af verdens førende rumskrotforskere. Han har udviklet en detaljeret computersimulering af satellitternes baner og det rumskrot, som de for alt i verden skal undgå.

Moriba Jah forklarer i et interview med techmediet The Verge, at et stort problem med rumskrot er, at små afvigelser i de radarobservationer, som kortlægger banerne, gør målingerne meget usikre. Selv små afvigelser kan i rummet svare til usikkerheder på flere hundrede meter.

Forskerne har dermed svært ved med sikkerhed at forudsige, hvornår og inden for hvilken afstand et stykke rumskrot passerer for eksempel ISS.

28.000 km/t er farten på rumskrot i et lavt kredsløb om Jorden.

Den oplagte måde at komme usikkerhederne til livs på er at foretage mere præcise observationer – og det kræver, at måleudstyret flyttes tættere på satellitter og rumskrot.

Derfor rykker indsatsen nu fra teleskoper på Jorden til satellitter i kredsløb.

Færdselspoliti i rummet

Det kan virke paradoksalt at løse trængselsproblemer ved at opsende flere satellitter, men det er ikke desto mindre netop, hvad målet er med den såkaldte Skylark-konstellation.

Skylark skal fungere som trafikregulering i rummet. 12 satellitter skal opsendes og kommer til at overvåge mylderet af satellitter, raketdele og småstumper, fortæller administrerende direktør Stewart Bain fra firmaet NorthStar, der står bag Skylark.

“Vores system er lidt som flykontrol, men bare i rummet, for hvis der var en sandsynlighed på en ud af tusind for en kollision, ville du aldrig sætte dig ombord på et fly. Og sandsynligheden for en kollision (i rummet, red.) er stigende,” siger han til Illustreret Videnskab.

Skylark-satellitterne er udstyret med kameraer, som tager billeder af forbipasserende satellitter og stykker af rumskrot. Billederne bliver brugt til at kortlægge objekternes baner rundt om Jorden.

Med 12 kameraer opbygger satellitkonstellationen Skylark et detaljeret 3D-kort over alle banerne for de mange satellitter, raketdele og mindre stykker rumskrot, der fylder kredsløbene om Jorden.

Trin 1: Rummets flyveledere
© Shutterstock & Lotte Fredslund

1. Satellitter fotograferer trafikken

I alt 12 Skylark-satellitter er udstyret med kameraer. Satellitterne følges i konstellationer af tre, der hver fotograferer ét objekt ad gangen, fx en satellit eller et stykke rumskrot, som krydser ind over det samlede synsfelt.

Trin 2: Rummets flyveledere
© Shutterstock & Lotte Fredslund

2. Computere udregner præcise baner

Objekterne bliver fotograferet fra tre forskellige vinkler, og Skylark indsamler dermed tre sæt informationer om retning og hastighed. Med disse data skabes et tredimensionelt kort, der viser objekternes baner rundt om jorden.

Trin 3: Rummets flyveledere
© Shutterstock & Lotte Fredslund

3. Satellitter styres væk fra kollisioner

Med 3D-kortet kan potentielle kollisioner forudses tidligere og mere præcist end nu. Dermed kan både rumfartøjer og satellitter styre uden om truende sammenstød med et rakettrin eller en satellit.

Med den viden kan der opbygges et katalog over flere hundrede tusinde genstande, hvorefter computere kan beregne risikoen for kollisioner mere præcist end tidligere, hvor observationerne er sket fra Jorden, lyder Stewart Bains argument for sit system.

Oprydningsfartøjer letter

Uanset hvor præcist vi overvåger og trafikregulerer kredsløbene om Jorden, forsvinder alle de objekter, der fylder vores kredsløb, ikke af sig selv.

Derfor introducerer forskerne nu forskellige fartøjer, der kan rydde op i rummet.

Et eksempel er ClearSpace-1, som Det Europæiske Rumagentur, ESA, vil opsende for at fjerne et af organisationens egne stykker skrot, et forbindelsesmodul fra en Vega-raket.

ClearSpace-1 er udstyret med raketdyser, så den kan navigere rundt mellem forskellige kredsløbsbaner. Og ombord er en mekanisk klo, der kan gribe fat i skrotstykker. Når fartøjet har sikkert fat om sit mål, styrter den sammen med skrottet på selvmordsmission ned i atmosfæren og brænder op.

Gribeklo og Vespa

Den første mission for gribekloen ClearSpace-1 bliver at indfange et forbindelsesmodul i ca. 700 kilometers højde, som ESA efterlod i rummet i 2013.

© ClearSpace SA

Og en lignende plan har det japanske firma Astroscale forfulgt med fartøjet End-of-Life Services by Astroscale (ELSA), som netop har gennemført sin første succesfulde test i 500 kilometers højde under navnet ELSA-d for demonstration.

Her indfangede fartøjet helt enestående en satellit – en testversion på 17 kg – uden brug af gribemekanismer, men kun ved hjælp af en magnet.

Hvis ELSA-d fortsat beviser sit værd i kommende testmissioner, skal det færdige fartøj i fremtiden hive vildfarne satellitter til sig og styre dem sikkert ned i atmosfæren, hvor de brænder op.

ELSAs første egentlige mission begynder efter planen i 2022, hvor Astroscale skal kortlægge kredsløbet for en gammel japansk raketdel, som senere skal indfanges.

ELSA-d

Fartøjet ELSA-d afprøver sin magnet, der skal indfange rumskrot, på en 17 kg tung testsatellit.

Noget rumskrot skal dog ikke brænde op, men i stedet genaktiveres – for eksempel satellitter, der har for lidt brændstof tilbage til at fastholde deres oprindelige kredsløb.

Det gælder for eksempel firmaet Iridium Communications. 23 af firmaets i alt 95 opsendte satellitter er inaktive og driver formålsløst rundt 7-800 km over Jorden, hvor de let kan blive i kredsløb i 100 år eller mere, hvis ikke de aktivt bliver flyttet.

Derfor har firmaet Northrop Grumman konstrueret fartøjet The Mission Extension Vehicle-1 (MEV-1). MEV-1 kan koble sig til inaktive satellitter, skubbe dem tilbage i aktive kredsløb og dermed forlænge deres levetid med op til fem år.

MEV-1 er allerede i gang med sin første mission, som begyndte i 2020, hvor fartøjet koblede sig sammen med Intelsat 901 – en 20 år gammel kommunikationssatellit, der var ved at løbe tør for brændstof og derfor var gået i et inaktivt kredsløb kaldet et “kirkegårdskredsløb”.

MEV-1 overtog styringen med Intelsat 901 og bragte satellitten tilbage i dens korrekte bane. Dermed blev dens arbejdsliv forlænget frem til 2025.

Farligt rumskrot skal skubbes ud af kredsløb for altid, mens nogle satellitter trænger til en ny start i en anden bane over Jorden. Med tre nye fartøjer vil ingeniører rydde op i skrotsværmen, der flyder rundt om Jorden.

Rummets skraldemænd
© Shutterstock & Lotte Fredslund/ClearSpace SA

1. Gribeklo styrter sammen med skrot

I 2025 bliver ClearSpace-1 opsendt. Fartøjet lokaliserer udtjente satellitter, navigerer til deres kredsløb vha. små raketdyser og griber fat med en gribeklo. Herefter styrter de to sammen ned i atmosfæren, hvor de brænder op.

© Shutterstock & Lotte Fredslund/Orbital ATK

2. Fartøj genopliver zombier

Når en satellit løber tør for energi, styrter den enten ned eller flytter til et andet kredsløb, hvor den driver inaktiv rundt. Nu skal fartøjet MEV-1 overtage styringen med disse “zombier” og flyve dem tilbage i aktiv tjeneste.

Rummets skraldemænd
© Shutterstock & Lotte Fredslund/Astroscale

3. Magnet indfanger rumskrald

Det japanske fartøj ELSA-d vejer 175 kg og er udstyret med en magnet, der kan indfange pensionerede satellitter og større stykker af rumskrot. Herefter skubber ELSA-d objektet ned i atmosfæren, hvor de begge brænder op.

Spørgsmålet er dog, om vi risikerer, at det svimlende antal af nye satellitter ender galt, før de nye trafikreguleringssystemer og “rumskraldebiler” når at få kontrol med situationen.

Og kan kædereaktioner af rumskrot, der kolliderer, reelt lukke rumfarten ned, som Don Kessler advarede om for mere end 40 år siden?

Rumskroteksperten Moriba Jah forholder sig over for The Verge forsigtigt optimistisk. Han minder om, at opsendelsen af nye satellitter kan stoppes, hvis tingene begynder at gå skævt.

Hvis vi skal fortsætte med at opsende så mange satellitter, som vi gør lige nu, skal der dog ny teknologi til.

Alting, der bliver sendt op, skal udstyres med navigationsudstyr, så det enten kan styres sikkert ned i atmosfæren igen eller sendes på en uendelig rejse ud i rummet, så det ikke længere stopper vores kredsløb til.

© ClearSpace SA

Se de opfindsomme oprydningsfartøjer

Rumfartsfirmaer er i fuld gang med at konstruere kreative nye fartøjer, der kan rydde op i de trængte kredsløb om Jorden. Du kan læse om nogle af de mest lovende her:
Fire skøre opfindelser fjerner skrot i rummet