Romavfall: Den voksende trusselen og teknologier for opprydding i bane

Vår utforskning og utnyttelse av rommet har gitt enorme fordeler for menneskeheten, fra global kommunikasjon og navigasjon til værvarsling og vitenskapelige oppdagelser. Imidlertid har tiår med romaktiviteter også resultert i et voksende problem: romavfall, også kjent som baneavfall eller romsøppel. Dette avfallet utgjør en betydelig trussel mot operative satellitter, fremtidige romoppdrag og den langsiktige bærekraften til romaktiviteter.

Hva er romavfall?

Romavfall omfatter alle ikke-funksjonelle, menneskeskapte objekter i bane rundt jorden. Dette inkluderer:

• Avdankede satellitter: Satellitter som har nådd slutten av sin levetid, men som forblir i bane.
• Rakettkropper: Øvre trinn av raketter som skjøt opp satellitter i bane.
• Fragmenteringsavfall: Deler av satellitter og raketter som har brutt fra hverandre på grunn av eksplosjoner, kollisjoner eller nedbrytning.
• Oppdragsrelatert avfall: Objekter som frigjøres under utplassering av satellitter eller oppdragsoperasjoner, som linsedeksler eller adapterringer.
• Smått avfall: Selv bittesmå objekter, som malingsflak eller slagg fra faststoffmotorer, kan forårsake betydelig skade på grunn av sin høye hastighet.

United States Space Surveillance Network (SSN) sporer objekter større enn 10 cm i lav jordbane (LEO) og større enn 1 meter i geostasjonær bane (GEO). Imidlertid finnes det millioner av mindre biter avfall som er for små til å spores, men som likevel utgjør en trussel.

Farene ved romavfall

Farene som romavfall utgjør er mangesidige:

Kollisjonsrisiko

Selv små biter avfall kan forårsake betydelig skade på operative satellitter på grunn av de høye hastighetene de beveger seg med i bane (vanligvis rundt 7-8 km/s i LEO). En kollisjon med selv et lite objekt kan deaktivere eller ødelegge en satellitt, noe som fører til tap av verdifulle tjenester og skaper enda mer avfall.

Eksempel: I 2009 kolliderte en avdanket russisk satellitt, Cosmos 2251, med en operativ Iridium-kommunikasjonssatellitt, noe som skapte tusenvis av nye avfallsbiter.

Kessler-syndromet

Kessler-syndromet, foreslått av NASA-forskeren Donald Kessler, beskriver et scenario der tettheten av objekter i LEO er høy nok til at kollisjoner mellom objekter kan forårsake en kaskadeeffekt, skape enda mer avfall og gjøre romaktiviteter stadig farligere og mer upraktiske. Denne løpske prosessen kan gjøre visse baneområder ubrukelige i generasjoner.

Økte oppdragskostnader

Satellittoperatører må bruke ressurser på å spore avfall, utføre kollisjonsunngåelsesmanøvrer og herde satellitter mot sammenstøt. Disse aktivitetene øker oppdragskostnadene og kompleksiteten.

Trussel mot bemannet romfart

Romavfall utgjør en direkte trussel mot bemannet romfart, inkludert Den internasjonale romstasjonen (ISS). ISS har skjerming for å beskytte mot smått avfall, men større objekter krever at stasjonen utfører unnamanøvrer.

Nåværende status for romavfall

Mengden romavfall har økt jevnt og trutt de siste tiårene. Ifølge Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA) er det per 2023:

• Rundt 36 500 objekter større enn 10 cm som spores.
• Anslagsvis 1 million objekter mellom 1 cm og 10 cm.
• Over 130 millioner objekter mindre enn 1 cm.

Mesteparten av avfallet er konsentrert i LEO, som også er det mest brukte baneområdet for jordobservasjon, kommunikasjon og vitenskapelig forskning.

Teknologier for opprydding i bane: Hvordan takle problemet

Å takle romavfallsproblemet krever en flersporet tilnærming, inkludert avfallsbegrensning, situasjonsbevissthet i rommet (SSA) og aktiv fjerning av romavfall (ADR). Avfallsbegrensning fokuserer på å forhindre dannelsen av nytt avfall, mens SSA innebærer sporing og overvåking av eksisterende avfall. ADR, som er fokus for dette blogginnlegget, innebærer aktiv fjerning av avfall fra bane.

En rekke innovative teknologier utvikles og testes for ADR. Disse teknologiene kan grovt kategoriseres som følger:

Innfangningsmetoder

Innfangningsmetoder brukes til å fysisk gripe eller holde fast et avfallsobjekt før det kan fjernes fra bane eller flyttes til en tryggere bane. Flere tilnærminger utforskes:

• Robotarmer: Dette er allsidige verktøy som kan brukes til å gripe og manipulere avfall. De er ofte utstyrt med spesialiserte endeeffektorer (gripere) for å holde fast ulike typer objekter.
• Nett: Store nett kan utplasseres for å fange avfallsobjekter, spesielt de som roterer eller har uregelmessig form. Etter innfangning kan nettet og avfallet fjernes fra bane sammen.
• Harpuner: Harpuner brukes til å trenge inn i og sikre avfallsobjekter. Denne metoden egner seg for å fange solide objekter, men er kanskje ikke egnet for skjøre eller skadede gjenstander.
• Trosser: Elektrodynamiske trosser kan brukes til å dra avfall ut av bane ved hjelp av jordens magnetfelt. De er effektive for å fjerne store objekter fra bane, men krever nøye kontroll.
• Skum- eller aerogel-innfangning: Bruk av en sky av klebrig skum eller aerogel for å omslutte og fange avfall. Denne tilnærmingen er fortsatt på et tidlig utviklingsstadium.

Metoder for fjerning fra bane

Når en avfallsbit er fanget, må den fjernes fra bane, det vil si bringes tilbake til jordens atmosfære der den vil brenne opp. Flere metoder brukes for dette:

• Direkte fjerning fra bane: Bruk av rakettmotorer for å direkte senke avfallets bane til det kommer inn i atmosfæren igjen. Dette er den enkleste metoden, men krever en betydelig mengde drivstoff.
• Forsterkning av atmosfærisk luftmotstand: Utplassering av et stort seil eller en ballong for å øke avfallets overflateareal, og dermed øke atmosfærisk luftmotstand og akselerere gjeninntredenen.
• Elektrodynamiske trosser: Som nevnt ovenfor, kan trosser også brukes til fjerning fra bane ved å generere en dragkraft gjennom interaksjon med jordens magnetfelt.

Metoder uten innfangning

Noen ADR-teknologier innebærer ikke fysisk innfangning av avfallet. Disse metodene gir potensielle fordeler med tanke på enkelhet og skalerbarhet:

• Laserablasjon: Bruk av høyeffektlasere for å fordampe overflaten på avfallsobjekter, noe som skaper en skyvekraft som gradvis senker banen deres.
• Ionestrålehyrde: Bruk av en ionestråle for å dytte avfallsobjekter bort fra operative satellitter eller inn i lavere baner. Denne metoden er kontaktløs og unngår risikoen for kollisjon under innfangning.

Eksempler på oppdrag og teknologier for opprydding i bane

Flere oppdrag og teknologier er utviklet for å demonstrere gjennomførbarheten av ADR:

• RemoveDEBRIS (Den europeiske romfartsorganisasjonen): Dette oppdraget demonstrerte flere ADR-teknologier, inkludert et nett, en harpun og et dragseil. Det fanget vellykket et simulert avfallsobjekt med et nett og utplasserte et dragseil for å akselerere sin egen fjerning fra bane.
• ELSA-d (Astroscale): Dette oppdraget demonstrerte evnen til å fange og fjerne et simulert avfallsobjekt fra bane ved hjelp av et magnetisk dokkingsystem. Det involverte et servicesatellitt og et klientsatellitt som representerte avfallet.
• ClearSpace-1 (Den europeiske romfartsorganisasjonen): Dette oppdraget, som er planlagt for oppskyting i 2026, har som mål å fange og fjerne en Vespa (Vega Secondary Payload Adapter) øvre trinn, en avfallsbit som ble etterlatt i bane etter en Vega-rakettoppskytning. Det vil bruke en robotarm for å fange Vespa-en.
• ADRAS-J (Astroscale): ADRAS-J-oppdraget er designet for å møte en eksisterende stor avfallsbit (et japansk rakett-øvretrinn) for å karakterisere dens tilstand og bevegelse. Disse dataene vil være avgjørende for planlegging av fremtidige fjerningsoppdrag.
• e.Deorbit (Den europeiske romfartsorganisasjonen - foreslått): Et planlagt oppdrag for å fange og fjerne en stor, forlatt satellitt fra bane ved hjelp av en robotarm. Oppdraget har som mål å demonstrere den tekniske gjennomførbarheten av å fjerne store, komplekse avfallsobjekter.

Utfordringer og hensyn

Til tross for fremgangen innen ADR-teknologi, gjenstår flere utfordringer og hensyn:

Kostnad

ADR-oppdrag er dyre å utvikle og utføre. Kostnaden ved å skyte opp et romfartøy og utføre komplekse manøvrer i bane kan være betydelig. Å utvikle kostnadseffektive ADR-løsninger er avgjørende for å gjøre fjerning av avfall økonomisk levedyktig.

Teknologiutvikling

Mange ADR-teknologier er fortsatt på et tidlig utviklingsstadium og krever ytterligere testing og forbedring. Å utvikle pålitelige og effektive metoder for innfangning og fjerning fra bane er essensielt for suksessen til ADR-oppdrag.

Juridisk og regulatorisk rammeverk

Det juridiske og regulatoriske rammeverket for ADR er fortsatt under utvikling. Det er spørsmål om ansvar for skade forårsaket under fjerning av avfall, eierskap til fjernet avfall, og potensialet for at ADR-teknologi kan brukes til offensive formål. Internasjonalt samarbeid og etablering av klare juridiske retningslinjer er nødvendig for å sikre ansvarlige og bærekraftige ADR-aktiviteter.

Valg av mål

Å velge de rette avfallsobjektene for fjerning er avgjørende for å maksimere effektiviteten av ADR-innsatsen. Å prioritere fjerning av store, høyrisikoobjekter som utgjør den største trusselen mot operative satellitter er essensielt. Faktorer som objektets størrelse, masse, høyde og potensial for fragmentering bør vurderes.

Politiske og etiske hensyn

ADR reiser politiske og etiske hensyn, som potensialet for at ADR-teknologi kan brukes til militære formål eller til å urettferdig ramme andre nasjoners satellitter. Internasjonal åpenhet og samarbeid er avgjørende for å håndtere disse bekymringene og sikre at ADR brukes til alles beste.

Internasjonal innsats og samarbeid

I erkjennelsen av den globale naturen til romavfallsproblemet, jobber en rekke internasjonale organisasjoner og initiativer for å løse saken:

• FNs komité for fredelig bruk av verdensrommet (UN COPUOS): Denne komiteen gir et forum for internasjonalt samarbeid om romrelaterte spørsmål, inkludert begrensning av romavfall. Den har utviklet retningslinjer for begrensning av romavfall som er bredt akseptert av romfartsnasjoner.
• Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (IADC): Denne komiteen er et forum for romfartsorganisasjoner for å utveksle informasjon og koordinere aktiviteter relatert til romavfall. Den utvikler konsensusretningslinjer for begrensning av romavfall og fremmer forskning på ADR-teknologier.
• Space Sustainability Rating (SSR): Et initiativ ledet av World Economic Forum for å fremme bærekraftig praksis i rommet. SSR vurderer bærekraften til romoppdrag basert på faktorer som tiltak for avfallsbegrensning og evne til kollisjonsunngåelse.

Disse internasjonale anstrengelsene er essensielle for å fremme samarbeid, dele beste praksis og utvikle felles tilnærminger for å løse romavfallsproblemet.

Fremtiden for opprydding i bane

Fremtiden for opprydding i bane vil sannsynligvis innebære en kombinasjon av teknologiske fremskritt, politiske endringer og internasjonalt samarbeid. Viktige trender og utviklinger å følge med på inkluderer:

• Fremskritt innen ADR-teknologi: Fortsatt forskning og utvikling av mer effektive og kostnadseffektive ADR-teknologier, som robotarmer, nett og laserablasjon.
• Utvikling av servicekapasiteter i bane: Utvikling av romfartøy som kan utføre service i bane, som påfylling av drivstoff, reparasjon og flytting av satellitter. Disse kapasitetene kan også brukes til fjerning av avfall.
• Implementering av strengere tiltak for avfallsbegrensning: Vedtak av strengere tiltak for avfallsbegrensning av romfartsnasjoner og -organisasjoner, inkludert krav om fjerning fra bane ved endt levetid og passivering av satellitter.
• Økt situasjonsbevissthet i rommet: Forbedret sporing og overvåking av romavfall for bedre å vurdere kollisjonsrisiko og planlegge unnamanøvrer.
• Etablering av et omfattende juridisk og regulatorisk rammeverk: Utvikling av klare juridiske retningslinjer for ADR-aktiviteter, som tar for seg spørsmål som ansvar, eierskap og bruk av ADR-teknologi til militære formål.

Å takle romavfallsproblemet er avgjørende for å sikre den langsiktige bærekraften til romaktiviteter og bevare fordelene som romutforskning og -utnyttelse gir menneskeheten. Ved å investere i ADR-teknologi, implementere strengere tiltak for avfallsbegrensning og fremme internasjonalt samarbeid, kan vi skape et tryggere og mer bærekraftig rommiljø for fremtidige generasjoner.

Konklusjon

Romavfall er en voksende trussel mot vår rominfrastruktur og fremtiden for romfart. Utviklingen av teknologier for opprydding i bane er essensielt for å redusere denne risikoen. Selv om betydelige utfordringer gjenstår, gir pågående forskning, internasjonalt samarbeid og politiske fremskritt håp om et renere og tryggere banemiljø. Engasjementet fra myndigheter, romfartsorganisasjoner og private selskaper over hele verden er avgjørende for å sikre den langsiktige bærekraften til romaktiviteter og de fortsatte fordelene rommet gir menneskeheten.