Kysymys:
Onko mahdollista takaiskuja suurempien avaruus roskien desorboinnissa ja anna sen palaa palatessaan takaisin ilmakehään?
TildalWave
2013-08-02 08:46:17 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Avaruus roskat, kiertoradat tai avaruusjätteet aiheuttavat riskin toimiville satelliiteille ja avaruuslaboratorioille / asemille kiertoradalla ympäri maata. Wikipedian mukaan:

Tällä hetkellä seurataan noin 19 000 kappaletta yli 5 cm: n roskia, ja toiset 300 000 kappaletta alle 1 cm alle 2000 km: n korkeuden. Vertailun vuoksi voidaan todeta, että ISS kiertää 300–400 km: n etäisyydellä, ja sekä vuoden 2009 törmäys että vuoden 2007 antisat-testitapahtumat tapahtuivat 800–900 km: n välillä.

Se on parhaimmillaan haitta, potentiaalinen uhka työvälineille, astronauttien ekstravehicular toiminta, joka työskentelee tai korjaa satelliitteja, teleskooppeja, avaruusasemia jne., jopa itse avaruusasemia. Niillä ei ole mitään tarkoitusta, joten kysymykseni on, onko turvallisuuteen liittyviä, ympäristöön liittyviä tai poliittisia varauksia , jotka estävät meitä yksinkertaisesti desorboimasta suurempia paloja tällaisia ​​kadonneita roskia maan ilmakehään ja antamasta niiden palaa paluu?

Tämä olettaa, että meillä on keinoja desorboida suuremmat kiertoradan roskat, eikä kyse ole teknisestä tai taloudellisesta toteutettavuudesta. Oletetaan perustelun vuoksi, että voimme rakentaa ja laukaista kiertoradalle kohdennetun jätteen yläpuolelle rautatykin, joka ampuu tarkkoja pehmeärunkoisia ammuksia näiden suurempien roskien kohdalle, joita seuraamme, ja lyödä ne kiertoradalta ilmakehään, missä ne toivottavasti palavat palatessaan.

Mikä estää meitä rahoituksen ja teknisten haasteiden lisäksi?


Olen muokkaamassa painotetaan uudelleen pyyntö kuvata ei-tekninen ja ei-taloudellinen luonne tai haasteita, joita avaruus roskien deorbitointi saattaa aiheuttaa. Meillä on jo hyvä vastaus mitä menetelmiä on ehdotettu tekevän niin, missä kehitysvaiheessa ne ovat, kuinka paljon ne maksavat, e.t.c.. Etsin nimenomaisesti lisätietoja mahdollisista turvallisuus-, ympäristö- tai poliittisista varauksista, ehkä jopa laillisista? Esimerkiksi:

  • Kuinka vaarallisista materiaaleista puhumme?
  • Voimmeko odottaa, että kaikki tällaiset materiaalit palavat kokonaan ilmakehään palatessaan takaisin?
  • Onko meillä mitään oikeudellisia seurauksia pitäisi harkita, kuten tämä roska on jonkin vieraan elimen omaisuus?
  • Mihin poliittisiin haasteisiin meidän on vastattava, ovatko maapallon johtajat keskustelleet siitä aikaisemmin yksityiskohtaisesti jne.?
  • Kuinka paljon uhkaa roskien desorboinnissa yritetään vain kiertää vielä vähemmän sopivilla korkeuksilla tulevaisuuden laukaisujen turvallisuuden suhteen?
  • jne.
Kysymys todellakin johtuu hydratsiinin polttamisen riskeistä ilmakehän yläosassa. Onko muita kemiallisia materiaaleja, joista meidän on huolissamme?
@DeerHunter - Se on yksi kysymyksistäni. Tiedämmekö edes mitä materiaaleja siellä on?
Varoisin [litium] (http://www.scribd.com/doc/134618321/Active-Control-of-Nuclear-Enhanced-Radiation-Belts-2006-ADA518538) :)
Neljä vastused:
#1
+14
Thomas Pornin
2013-08-02 19:16:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Paluu voi olla vaarallista useista syistä:

  • Roskat eivät ehkä palaa kokonaan. Se, kulkeeko tietty esine ylemmässä ilmakehässä, riippuu paljon sen materiaaleista, muodosta, nopeudesta, paluuradasta ja tasaisesta suunnasta (äärimmäisen esimerkin ottamiseksi Gemini-avaruusaluksella oli lämpösuoja päällä toisella puolella niin, että veneen suuntaus teki kaiken eron turvallisen laskeutumisen ja astronautin BBQ: n välillä). Palamattomat jätteet voivat vahingoittaa maata. Vaikuttaa siltä, ​​että epäonnistuneesta Thor-rakettien laukaisusta 30. marraskuuta 1960 peräisin oleva roska tappoi lehmän Kuubassa (viitattu täältä, mutta linkki näyttää olevan kuollut); myönnetty, tämä ei ollut kiertoradalta tulevaa roskaa, mutta tämä silti korostaa ongelmaa.

    Viimeisemmässä esimerkissä: loppuvuodesta 2011 metallinen, ilmeisesti ihmisen tekemä esine putosi kentällä Namibiassa, todennäköisesti kiertoradalta. Se näyttää olevan hydratsiinisäiliö vanhasta satelliitista, joka selviytyi paluusta.

  • Jos roskat palavat, mitä roskia valmistettu siitä leviää ylemmässä ilmakehässä. Tämä voi olla ongelmallista, varsinkin jos roskiin sisältyy RTG. Ihmiset, yleisesti ottaen, eivät ole kovin innokkaita ajatuksesta levittää radioaktiivista ainetta päänsä yli; todellakin, tämä todella johti ilmakehän ydinkokeiden kieltämiseen.

  • Maa, joka kehittää tavan pudottaa roskia maan päälle, on maa, joka voi pudottaa "roskat" päälle. Maa ", jossa" roskat "voivat olla" raskaita kovien materiaalien paloja, joilla on paljon kineettistä energiaa ", ja" Maa "voivat olla tarkempia, kuten" Kreml ". Se ei välttämättä ole sellaista tekniikkaa, jonka haluamme näkevämme käyttöön ja työskentelevän. Diplomaattiset seuraukset ovat todennäköisiä.

Tärkeämpi asia voi kuitenkin olla se, että suuret roskat eivät ole iso asia , koska niiden sijainti ja liikerata on tiedossa ja ennustettu. Todella pelottavat roskat ovat 1 cm: n kokoisia, koska kiertoradanopeudella niillä on tarpeeksi kineettistä energiaa tuhota satelliitti tai avaruusalus, ja silti ne ovat riittävän pieniä välttämään havaitsemista. Ja niitä on paljon; paljon enemmän kuin suuret roskat.

Jos taloudelliset ja tekniset näkökohdat eivät "ole ongelma", roskien pudottamisen sijaan meidän on työnnettävä ne maapallon kiertoradan ulkopuolelle ja pudotettava sitten aurinkoon. Pitkällä aikavälillä se olisi paljon turvallisempaa.

Sinun ei tarvitse huolehtia vain RTG: stä. Tutkien käynnistämiseksi meriliikennesatelliiteissa Neuvostoliitto laukaisi avaruuteen useita kymmeniä pieniä ydinreaktoreita. Epäonnistunut hävittäminen levitti radioaktiivista ainetta suurelle alueelle Pohjois-Kanadassa, kun reaktori palasi ilmakehään; muut epäonnistuneet laukaisut laskivat reaktorin mereen. http://en.wikipedia.org/wiki/US-A http://fi.wikipedia.org/wiki/Kosmos_954
#2
+7
KeithS
2013-08-03 04:43:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ensinnäkin, avaruuteen asettamamme asiat, edes asiat, joita käytämme ihmisten ja muun avaruuteen sijoittamiseen, eivät ole oikeastaan ​​ystävällisiä, kun pääset lähelle. Muista, että avaruussukkuloiden käytöstä poistamiseksi ja muuntamiseksi ilmailu- ja avaruuseiden museoiksi heidän oli käytävä läpi laaja puhdistusprosessi poistamaan kaikki haihtuvat, myrkylliset kemikaalit, joita käytetään kiertoradalla, korvaamalla ne niitä aineilla, joiden on tehtävä työtä vain maapallon ilmakehässä ja ympäristön lämpötiloissa, sen sijaan, että lämpötila olisi + -200 * C tyhjiössä.

Yksi esimerkki, tavallinen polttoaine, jota käytetään hissiin, deorbitiin ja asemalle Pito- / kiertoradan muokkausraketit on hydratsiini, N 2 H 4 . Ihannetapauksessa yksi hydratsiinimolekyyli ja yksi piimaa-happimolekyyli muodostavat kaksi vesihöyrymolekyyliä, yhden piimaa-typen molekyylin ja noin 592 kJ / mol . Mukana olevien molekyylien koon vuoksi se vapauttaa paljon lämpöä, minkä vuoksi sitä käytetään rakettipolttoaineessa; puntaa, se on parempi kuin tunnettu räjähtävä C4 (C4: n ensisijainen vaikuttava aine, RDX, antaa sinulle hieman yli kaksi kertaa enemmän energiaa moolia kohden noin 1120 kJ / mol, mutta painaa melkein neljä kertaa enemmän kuin 222 g / mol hydratsiinin ja hapen yhdistettyyn 64 g / mol). Raketin ollessa vähän enemmän kuin pitkä, hallittu räjähdys, raketin polttoainesäiliö ei ole asia, jonka haluaisin nähdä pääsevän happirikkaaseen ilmakehään yliäänenopeuksilla; se on yksisuuntainen lippu lyhyeen, hallitsemattomaan räjähdykseen ja voimakas lippu (varsinkin kun LOX -säiliö saapuu aivan sen viereen ja tuo juhlille paljon väkevää happea).

Hydratsiini on myös välitöntä myrkyllisyyttä; NFPA, joka arvioi kemiallisia vaaratekijöitä teollisuuskäyttöön, antaa sille korkeimman arvosanan 4 terveysvaaraksi ja sijoittaa sen samaan luokkaan kuin aineet, jotka olemme kehittäneet erityisesti tappamaan toisiamme, kuten syaanivety, sariini ja VX-hermokaasu. Aine syttyy myös spontaanisti maapallon lämpötiloissa ja hapen läsnä ollessa (toinen syy sitä käytetään polttoaineena; ei tarvita sytytyslähdettä), ja se menee eteenpäin ja spontaanisti räjähtää saaden hyvän fyysisen shokin ( kuten esimerkiksi vaikutus maahan uudelleen palattuaan, jos se tekee niin pitkälle). Tämän NFPA 704 -arvosanan ollessa 4-4-3 se on kaikkein pahimpia aineita, joita kemianteollisuutemme tuottaa irtotavarana (on ikävämpiä, mutta niitä ei yleensä myydä ja lähetetä säiliöaluksella).

Lopuksi ihanteellinen reaktio hydratsiinin ja hapen välillä ei ole ainoa mahdollisuus; kun otetaan huomioon näiden kahden sekoitus, päädyt ammoniakkikaasuun, erilaisiin typen oksideihin ja muihin ei-mukaviin asioihin (vaikka melkein kaikki on parempaa kuin itse hydratsiini). Ja siinä tapauksessa, että hapettimena käytetään LOXia; on nykytieteessä tunnettuja asioita, jotka hapettavat paremmin kuin nestemäinen happi, kuten halogeenitrihalogenidit (klooritrifluoridi, klooritribromidi ja bromitrifluoridi), perkloraatit, peroksidit jne., jotka kaikki voivat olla satelliitin hapetinsäiliö ja se yhdistettäisiin hydratsiiniin uusilla ja mielenkiintoisilla tavoilla. Yleinen on typpihappo (valkoisessa savuavassa muodossaan, jota usein "estetään" lisäämällä fluorivetyhappoa, joka luo suojaavan kerroksen metallifluoridia estääkseen typpihapon syömisen säiliön läpi), koska se ei vaadi kryogeenistä käsittelyä; ihanteellinen reaktio olisi yksi osa polttoainetta kahteen osaan hapetinta, joka tuottaa typpikaasua, vettä ja happea, mutta typpihappo ei halua toimia "ihanteellisesti", ja saat paljon todennäköisemmin (epä) terveellisen annos myrkyllistä typpidioksidia puhtaan typen ja hapen sijaan.

Tämä kaikki on vain yksi esimerkki, jolla on "mielenkiintoisia" seurauksia kemian näkökulmasta. Häikäisevämpää on yksinkertainen fysiikka; geostationaalisella kiertoradalla oleva avaruusalus kulkee noin 11 068 km / h eli noin 3074 m / s. Se on mielenkiintoinen ristiriita ammuksen fysiikassa ja kiertoradan liikkeessä, että "nopeutat hidastumista". Päinvastoin pätee; hidastamalla tämän avaruusaluksen kulmanopeutta kiertoradalle, pääset nopeammin maan pintaan nähden. Siihen mennessä, kun aloitat paluun, olet itse asiassa nopeampi kuin 8000 m / s tai nopeammin kuin Mach 25; 10 kertaa nopeampi kuin .223 Remington-ampuma ampui M-16: sta. Ja satelliitti painaa helvetin paljon enemmän kuin .223-etana.

Aivan karkean arvion mukaan sanotaan, että avaruusalus painoi vaatimaton 5 tonnia (~ 22000 kg), mikä on viestintäsatelliitin nykyinen keskiarvo. Poistumisnopeudella (tai paluumatkalla) veneen kineettinen energia olisi .5 * 22000 * (8000) ^ 2 = 7.04E11 J. Perspektiivisesti se on vähän enemmän energiaa kuin mitä saat räjähtämällä 10 MOAB s samanaikaisesti. Lisäämällä takaisin hydratsiinihyvyyttä, sanotaan, että 400 kg veneen painosta oli hydratsiinipolttoainetta. Pitoisuudeltaan 32 g / mol ja 592 kJ / mol hydratsiinipolttoaineen potentiaalinen kemiallinen energia on 7,4 E9 J, joka on sadasosa itse avaruusaluksen energiasta, mutta silti noin keskimääräiselle salamalle ominaista energiaa.

Kaikki Wikipedian luvut.

Keith kiitos vastauksestasi, se on hyvin harkittu vastaus ja siinä on paljon hyviä selityksiä! Odotan kuitenkin, että hydratsiinilla täytetyllä polttoainesäiliöllä on paljon enemmän hyötyä kiertoradalla ja ainakin kierrätetään sen ponneaineelle, ellei kaikki, vaikka sillä olisi valtava arvo, jos se olisi jo siellä ylöspäin , kuten joku siisti pieni tankkausasema? Kuka on myös vastuussa "siellä" tehdyn sotkun puhdistamisesta? Onko tässä tapauksessa halvempaa saada se ylhäältä, kieltää vastuu ja odottaa jotain todella pahaa tapahtuvaa, ennen kuin teemme jotain asialle?
@TildalWave Polttoainesäiliön "kierrättämiseksi" tarvitset jonkin tavan joko siirtää säiliön sisältö toiseen avaruusaluksen säiliöön * turvallisesti * tai siirtää koko säiliö * turvallisesti * (mukaan lukien kaikki putket, joita käytetään polttoaineen tosiasialliseen lisäämiseen hyvä käyttö) avaruusaluksesta toiseen. Vaikka tämä kuuluisikin tavallaan "taloudellisiin ja teknisiin haasteisiisi", se näyttää todellakin olevan suuri haaste, etenkin nykyisille satelliiteille. Epäilen, että siellä on jotain asiaankuuluvien standardien kaltaisia, kuten autojen polttoainesuuttimen standardit.
Se, mitä teemme tyypillisesti niiden käyttöiän (ja polttoainekuormituksen) loppuessa olevien satelliittien kanssa, on jäljellä olevan polttoaineen kuluttaminen niiden sijoittamiseksi korkealle, hitaalle "hävittämiskierrokselle". Jäljelle jäävä huolenaihe on tällöin, että loppusijoitusradalla olevat kohteet eivät ole paikallaan toistensa suhteen; jota on käytännössä mahdotonta taata. Ne törmäävät lopulta tuottamaan sirpaleita arvaamattomissa kulmissa ja nopeuksissa, mikä voi uhata aktiivisia satelliitteja tai palata maapallon ilmakehään ja aiheuttaa ympäristölle tai taloudelle vahinkoa.
#3
+3
gerrit
2013-08-02 15:20:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ylempi ilmakehä on herkkä ympäristö. Toisin kuin troposfäärissä vapautuneet yhdisteet, stratosfääriin tai mesosfääriin päätyvillä yhdisteillä on pitkä käyttöikä, joten tavaraa kertyy sinne. Tätä ongelmaa ei ole käsitelty kovin paljon, mutta toisin kuin @ JeremyKemballin vastaus, en usko, että on turvallista olettaa, ettei mikään niistä ole merkityksellistä.

Tästä huolimatta todellinen syy siihen, että sitä ei tehdä rutiininomaisesti eivät ole ympäristöön liittyviä. Paljon asioita poistetaan tarkoituksellisesti, ja toistaiseksi vaikutus ylempään ilmakehään ei ole koskaan ollut syytä etsiä erilaisia ​​ratkaisuja. Joten mahdolliset ympäristövahingot - kyllä. Mutta käytännössä pysäyttävät meidät eivät mahdolliset ympäristövahingot - pikemminkin tekniset ja taloudelliset haasteet ovat.

#4
+2
Jeremy Kemball
2013-08-02 11:15:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Suuret haasteet ovat taloudellisia ja teknisiä. Tietyn koon yläpuolella iso avaruus roska voi laskeutua ihmisille, mutta mielestäni se on enemmän tai vähemmän ainoa vaara. Noin sata tonnia avaruuspölyä palaa ilmakehässä päivittäin (suurin osa siitä mikroskooppista, joten arviot vaihtelevat suuresti), joten olisi turvallista olettaa, että muutaman muun tonnin satelliittien lisääminen ei vaikuta ylemmän ilmakehän kemiaan .

Ilmeisesti yksi satelliitin vanhenemisen haasteista on se, että kuolleen satelliitin pysäköinti "hautausmaan kiertoradalle" on huomattavasti halvempaa (taloudellisesti, rakettipolttoaineena, ajoittain) kuin vetää se alas rappeutuva kiertorata.

Viimeinen väite pätee vain GEO-satelliitteihin. LEO-satelliittien desorboituminen on paljon helpompaa (tai laittaa kiertoradalle, jossa ne desorboituvat kohtuullisen ajan kuluessa)
Oletuksesi ei ole "turvallinen". Mikrometeoroidien ja kiertoradan välillä on kemiallinen ero.
Tarpeeksi totta. Luulin ajattelevani, että koska suurin osa kiertoradasta syntyy plasmakupla itsensä ympärille, kun se osuu ilmakehään, kaikki kemialliset yhdisteet "sulaisivat" plasmaan, jättäen vain niiden alkuaineyhdistelmän huoleen.
Selviytyminen riippuu siitä, kuinka suuri esine laskeutuu. USN käytti pelkoa hydratsiinisäiliöstä selviytyneestä paluusta perustellakseen ASAT-ohjuksen ampumisen epäonnistuneelle satelliitille nopeasti hajoavalla kiertoradalla vähän ennen kuin se palasi ilmakehään. http://en.wikipedia.org/wiki/Operation_Burnt_Frost


Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...