スペースデブリ、巨大衛星星座
– 2019年4月18日のお知らせ –
地球軌道上の何万ものスペースデブリ
人類は60年以上にわたって衛星を軌道に乗せることができました。その宇宙活動は、貴重な科学的発見と歴史の中でのすばらしい瞬間の源です。我々は1960年代と1970年代に高い打ち上げ率を持っていました、それから冷戦の終わりに減速しました。ここ数年で、軌道上の打ち上げ数は再び増えています。 2018年までに、100以上のロケットが地球の軌道またはその向こうに向けて打ち上げられました。私たちはこのレベルの活動を30年近く見たことがありませんでした。この宇宙部門の健全性は明らかに宇宙愛好家をワクワクさせますが、これは宇宙活動が環境に与える影響をあいまいにしてはなりません。
60年以上の周回飛行が地球の近くに何万もの人工的な破片を残しました。衛星は彼らの生命の終わりに到着しました、ロケットステージとあらゆる種類の破片はあらゆる高度と驚くべき速度でさまよいます。時速28,000 kmの単純なボルトは致命的な武器です。現時点では、これらのスペースデブリの影響は、たとえいくつかの事故があったとしても、最小限のものでした。 1996年に、フランスの軍用衛星がスペースデブリとの衝突による最初の公式の犠牲者となりました。 10年前に打ち上げられたアリアン1ロケットの第3段階が責任を負います。それ以来、半ダースの同様の事故が報告されています。これらの中で最も深刻なものは2009年に発生しました。イリジウム星座の衛星は使用されなくなったソビエト衛星との衝突で破壊されました。両方の衛星は破壊され、他の多くのマイクロスペースの残骸に参加しました。
スペースデブリの起源はたくさんあります
米国、中国、または最近インドで行われた対衛星ミサイル試験でも、大量の宇宙マイクロデブリが発生しました。現時点では、地球の軌道は莫大なスペースのままであり、最大のスペースデブリはレーダーによって追跡されています。しかし、ますます頻繁に、衛星は衝突経路から逃げるために彼らの貴重な燃料を燃やす必要があります。たとえば、ESAのCLIOSAT衛星は昨年の夏に衝突コースにありました。それはますます頻繁です。毎日、米軍は地球軌道での衝突の危険性について約20の警告を出しています。ほとんどの場合、これは単なる警戒の呼びかけですが、将来を見据えて見通しは良くありません。
打ち上げがますます多くなるだけでなく、各ロケットはますます多くの衛星を搭載しています。これはSmallsats革命の悪影響です。世界中で、スタートアップはこれらの小型衛星の数十、数百、さらには数千の軌道を周回するために資金を集めています。 OneWeb、SpaceX、Amazonそして他の多くの会社は今後10年間で何万もの衛星を打ち上げることができました。これらのオブジェクトはすでに十分に充電された環境でそれらの場所を見つけなければならないでしょう。
緊急は低軌道でスペースデブリを処理することです
今日では、低軌道が最も混雑しています。 現在約16,000個の人工物が低軌道にあります。つまり、高度は2000 km未満です。 静止軌道もすでに3000近くの人体で賑わっています。 これら2つの高度の間で、1500の衛星と他のスペースデブリが異なる経路を移動します。 主な問題は、これらすべての物体の軌跡が正確にはわからないということです。 そのため、スペースデブリの軌道は、データの出所（ロシア語またはアメリカ語）によって異なる可能性があります。
州だけが宇宙へのアクセスを持っていたとき、それは複雑でした、しかし軌道に衛星を置くことは今多くの大学とスタートアップの手の届くところにあり、そしてそれらのいくつかは規制についてあまり注意していません。 2017年の終わりに、会社は政府の承認なしに4つのマイクロサテライトを打ち上げました。 誰もが同じことをやり始めると、地球の軌道は本当の野生の西に変わるかもしれません。
スペースデブリと衛星星座の管理はグローバルでなければなりません
衝突を回避する作業の大部分は、オブジェクトを軌道に乗せるさまざまな組織間の協力です。 1990年代初頭以来、多くの宇宙機関が問題を管理しようとする一連のガイドラインを作成している機関間宇宙デブリ調整委員会（IADC）に参加しています。したがって、この委員会は、寿命が尽きた衛星のすべての容器を減圧することを推奨します。これにより、偶然の爆発を避けることが可能になります。これは軽く取るべきではありません。最近では、制御不能な爆発を起こしているインテルサット衛星の画像がインターネットで公開されています。燃料漏れが問題になります。委員会はまた、25年以内に大気中で燃焼するのに十分なだけ彼らの軌道を下げることを勧めます。これらは残念ながら単なるガイドラインであり、それを尊重しない組織に対しては制裁はありません。これまでのところ、ミッションの半分だけがこのフレームワークに準拠しています。
スペースデブリは、地球規模の解決策から恩恵を受ける問題の優れた例です。最悪のシナリオでは、人類が地球の軌道の使用を完全に失う可能性があります。これはケスラー症候群で、軌道上の物体の数が増えると衝突の数が増え、衝突するたびに多数の新しいスペースデブリが発生し、それによって衝突の可能性が高まります。したがって、いくつかの軌道を完全に通行不能にする可能性がある連鎖反応の危険性があります。 GPSや衛星通信などの一部のサービスは表示されなくなる可能性があります。
すべての軌道が同じように管理されているわけではありません。最低軌道は、大気の残留層によって定期的に清掃されます。しかし一部の専門家は、900 kmから1200 kmの高度の間の層はすぐに飽和すると考えています。この高度は、OneWebコンステレーションの衛星とStarlinkコンステレーションの4,000を超える衛星のターゲットになっています。幸いなことに、OneWebとStarlinkは、機関間宇宙デブリ調整委員会（IADC）が策定したものよりもさらに厳しい制約に直面するはずです。 OneWebは、その衛星は現在、寿命が尽きてからわずか5年で殺されることを発表しました。彼らの燃料のいくらかはこの仕事のために予約されるでしょう。スターリンク星座の衛星もそれが可能であるべきです。
スペースデブリの数を減らすための解決策があります
しかし、これでは不十分な場合があります。レーダーで追跡できない数千ものスペースの微小破片を追加するのは1事故だけです。これが何人かの人々が軌道の積極的な清掃のための戦略をすでに準備している理由です。何万もの危険なスペースデブリを軌道から外すには、膨大なリソースを投資する必要があるため、この作業は大変です。しかし、私たちは最大のスペースデブリに集中することによって巧妙に行動することができます。今のところ、テストだけが実行されます。
ゴミ除去衛星は1年前に軌道に投入され、それがネットとpoで小さな目標を捕獲できることを示しました。収集が完了したら、それは大気へのその復帰を加速するために大きな帆でその大気抵抗を増加させるでしょう。欧州宇宙機関もこの分野で特に活躍しています。クリーンテクノロジーズのイニシアチブを通じて、ESAはロボットネットや腕を使って古い衛星を除草するという使命を検討しています。このテストは早くも2023年に実施することができます。他の組織は衛星の修理と燃料補給を専門とする宇宙船について考えています。寿命を延ばすことは、新たな発売の必要性を減らすことを意味します。中国は、スペースデブリを偏向させ、大気中への再突入を加速するために、軌道上で高出力レーザーを使用することを提案しました。これらの解決策は遅くて高価ですが、少なくとも存在します。
人類の空間的活動は地球の大気にも影響を及ぼします
宇宙産業はまた、地球の大気汚染の原因となっています。使用されているエンジンの中には水蒸気だけを放出するものがありますが、他のエンジンは非常に有毒な燃焼廃棄物を放出します。例えば、ロシアの陽子発射装置は、この種の大気汚染の原因となっています。打ち上げが大気に与える影響はまだよくわかっていません。年間100回の打ち上げでは、影響はおそらく非常に小さいです。しかし、発砲速度を速めるのであれば対処する必要があります。例えば、軌道下のマスツーリズムは大気に大きな影響を与える可能性があります。
これにスペースデブリの大気圏再突入を加えなければならない。スペースデブリは魔法のように消えません、それらは大気中で燃えます、そして、これらの燃焼の結果は大気中で直接発見されます。宇宙産業はあらゆる種類のエキゾチックな材料を使いますが、そのうちのいくつかは放射性です。 RTGや原子炉さえもが大気中に侵入し、長くて費用のかかる除染作業を開始する事件がありました。
2019年は、宇宙における人工物の管理にとって極めて重要な年となり得る
すべての人間活動と同様に、宇宙産業は環境に影響を与えます。 60年で、人類はかなり驚くべき数の人工物を軌道に乗せました。 これらのオブジェクトの大多数は、もはや有用ではなくリスクです。 2019年は、この問題を拡大させる衛星巨大星座の時代の始まりです。 衛星の寿命の賢明な管理が行われることを願いましょう。 衝突やケスラー症候群の可能性を避けるために、私たちは非常に用心深くなければなりません。 ロケット打ち上げ活動が温室効果またはオゾン層に与える影響を定量化することも興味深いでしょう。 月や惑星への人間の冒険火星は青い惑星を犠牲にして行われてはいけません。
宇宙デブリ掃除会社は自らを証明する
– 2018年11月6日のニュース –
RemoveDebrisは、宇宙デブリスの脱着技術をテストするヨーロッパの取り組みです。衛星の実験は2019年にも続きます。最初の結果は決定的です。 9月、RemoveDebrisはネットで衛星を捕捉しました。このデモンストレーションは、宇宙残骸のための真の脱輻射サービスの道を開くことができます。しかし、破片に1つずつ取り組むことは非常にコストがかかるかもしれません。それは本当に他の選択肢がないようです。 DARPAの研究によると、地球上の軌道の掃除は必然的に操作上のリスクを許容可能なレベルに保つために不可欠になり、2011年以降の見通しは良くありません。
数日前、Elon Muskは、Starlinkコンステレーションのスピードを上げようとしていると言いました。Starlinkコンステレーションは、数百または数千の小さな衛星で構成されるべきです。 SpaceXはその展開を開始し、来年半ばまでに星座は最大12,000個の衛星を登ることができました。他の企業も野心的な計画を持っている。
10月31日、日本の会社アストロスケールが5,000万ドルの資金を調達したとの報告がありました。 Astroscaleは、宇宙塵の管理に取り組んでいます。同社は、軌道ランデブーの操縦が可能な衛星を開発したいと考えている。彼らは人生の終わりに衛星を取ってから大気に持ち込むことができます。 Astroscaleは、衛星コンステレーションの打ち上げに伴い、大きな市場が開拓されていると考えています。 StarLink、OneWebなどの衛星コンステレーションプロジェクトは、地球の軌道にそのような影響を与え、それを反映して法律を進化させる必要があります。公共機関と民間事業者は、たとえコストが高いとしても、必ずこの問題を考慮する必要があります。
したがってAstroscaleは、技術的および経済的に実行可能なソリューションを提供できることを期待しています。この5千万ドルの資金調達は、健全な民間の日本の宇宙セクターの兆候でもあります。昨年12月、月探査会社が9000万ドルの資金を調達し、2018年3月に日本政府は民間宇宙セクターを支援するために5年間で約10億ドルを発表しました。企業や政府の意識が高まっているにもかかわらず、瓦礫の数は増えています。強力な意思決定が行われる前に事件が起こることはないと願っています。
RemoveDebrisの実験では、宇宙の破片をネットとハープルで扱います
– 2018年6月26日のニュース –
2017年には、数十グラムから数百ポンドの重量で335のSmallSatが打ち出されました。それは2012年の6倍であり、その傾向は引き続き加速するでしょう。企業、大学、政府、軍隊はSmallSatsを愛しているようです。これらの打ち上げはすべて、繁栄している宇宙産業の兆しです。しかし、ペイロードを軌道に乗せるには、一定の技術的熟練が必要であり、責任が発生します。衛星通信事業者の増加に伴い、どのようにして誰もが真剣であることを確実にすることができますか？
昨年1月、米国の衛星通信の規制当局であるFCCは、4つのSmallSatが承認されずに立ち上げられたことを明らかにした。 FCCは、これらの衛星がレーダーで容易に追跡できないほど小さかったため、これらの衛星が危険であることを発見しました。誰もがルールに従うと、衝突を避けることはすでに難しいです。これに加えて、SmallSatsは、操業期間の終了後、軌道に残っていることが多い。したがって、地球の軌道の混雑が加速する可能性があり、宇宙塵の問題はますます無視するようになってきています。
RemoveDebris実験はちょうど国際宇宙ステーションから開始されました。これは、英国のサリー大学がAirbusの参加により建設したSmallSatです。 RemoveDebrisには100キロの質量があります。これはISSから打ち上げられた最大の衛星です。人類の終わりに宇宙デブリを脱臭する3つの異なる方法をテストする3つの実験を組み込んでいます。そのデモンストレーションの目的のために、小さな衛星は脱線される前に解放される自身の目標を埋め込んでいます。他の衛星がたとえ操作不能になったとしても、他の衛星に触れることは禁じられています。
衛星は今後数カ月のテストを経て、9月または10月に最初の実験が始まるはずです。 RemoveDebrisを使用すると、小さなCubeSatを数メートルの距離まで上昇させ、ネットを投げて戻すことができます。数千年の間に、捕獲の方法はあまり変わっていません。 2019年2月、RemoveDebrisはハープーンをテストします。 RemoveDebrisは、CubeSatをハープンで戻す前に移動させます。キャプチャされたSmallSatsは良いことですが、あなたはそれらを扱わなければなりません。これは3回目の実験が行われる場所です。両方のターゲットを解放してキャプチャした後、2019年3月にRemoveDebrisがドラッグを大幅に増加させるセールを展開します。低軌道での微量のガスは、地球大気中のRemoveDebrisの燃焼を引き起こします。軌道上のこれらの数ヶ月間、実験衛星はまた、ナビゲーション技術をテストするでしょう。目標は、遠くの小さなターゲットに従うことができるようにすることです。
すべての経験は、スムーズに実行するために撮影されます。実験が成功すれば、数十の宇宙デブリを掃除する前にセイルで掃除する衛星クリーナーを想像することができます。これは遅くて高価かもしれませんが、実用的でない低軌道よりも優れています。セーリングのテクニックは、低高度の軌道でのみ有効です。
中国の宇宙ステーションTiangong-1が破壊された
– 2018年4月3日のニュース –
中国の宇宙ステーションTiangong-1は、4月1日に太平洋を焼き尽くした。これは、宇宙ステーションが破壊的大気再突入をした初めてのことではない。 2001年には、MIRも太平洋で被害を受けました。南太平洋は宇宙ステーションの墓地になるかもしれない。国際宇宙ステーション（ISS）も衝突する可能性が高い。そのためには、これらの宇宙ステーションの大気再突入をうまく制御する必要がありますが、これは容易ではありません。
ロシア人は経験があります。 MIRに加えて、彼らはSalyut 4,5,6、および7の宇宙ステーションの大気再突入を制御することができました。米国側では、それは少し栄光です。スカイラブの大気再突入は自発的に制御不能で、オーストラリア西部の人口の多い地域に衝突した瓦礫で終わりました。犠牲者は幸運にもありませんでした.Tiangon-1は2011年に打ち上げられました。 Tiangong-2は2016年に打ち上げられ、今年は新しい宇宙ステーションの建設が予定されています。加圧された3つのモジュールではるかに大量になります。瓦礫に襲われる可能性はありがたいことですが、3ヵ月前には中国の村でロケットの床が墜落したことを覚えています。
打ち上げの乗算は必然的により多くの破片とより大気の再突入を生成する。私たちはすでに、彼らが毎日またはほぼ暮らしていると言うことができます。幸いにも、この破片の大部分は地面に達するのに十分な大きさではありません。次の日、2007年5月に打ち上げられたアリアン5ロケットのデュアル打ち上げシステムもまた破壊的な復活を遂げるべきである。ピースはわずか440kgです。 NASTEが1995年に打ち上げたRXTE（Rossi X-Ray Timing Explorer）の2.7tの破壊的な墜落により、もう少し大きくなる可能性があります。
大気再エントリーの他の要因の中には、低軌道を掃除する方法もあります。例えば、昨日Falcon 9ロケットで打ち上げられた実験のRemoveDebrisがあります。別の衛星でCubeSatをキャプチャしようとすると、全体が上部の大気に落ちます。おそらく数十年後、地球の夜は、宇宙人の激しい活動の目撃者である人工的な銃弾によって照らされます。
レーザーは地球の軌道から宇宙残骸を取り除くことができます
– 2018年1月23日のニュース –
すべてのSmallsatsの打ち上げで、地球の軌道が埋立地にならないかどうか疑問に思う。軌道上の物体の乗算は、衝突のリスクを倍増させる。軌道上には、何十億ドルもの価値があり、人類の命という機械もあります。宇宙機関や民間企業は、この問題の解決策を模索しています。中国でさえ、この問題を解決するためにますます関わっているようです。しかし、2007年の中国の衛星によるミサイル発射実験で軌道に乗っていた瓦礫が大部分を占めていたため、それは明らかではありませんでした。この瓦礫は2013年にロシアの衛星に大きな被害をもたらしました。その衛星やその他の宇宙機関についても心配する必要があります。現時点では、その行動は人生の終わりに衛星と宇宙ステーションの脱調整に限定されている。 Tiangong-1宇宙ステーションはすぐに地球に戻ってくるはずです。
中国空軍に関連した大学は、軌道を少しきれいにするためにレーザーを使うことを提案している。目標は、これらのレーザーをデブリを分解することではなく、より小さな破片が得られるため、逆効果となります。大学チームのアプローチはもう少し微妙です。彼らは、宇宙デブリの小さな部分を対象にすることによって、加速を与え、その軌道を修正し、それによって軌道修正を行うことができると考えている。
最適な結果を得るには、レーザーを宇宙ステーションに設置する必要があります。しかし、アメリカは、中国の軌道上にあるレーザーの存在を支持していない。このアプローチが真の善意から始まるのか、それとも単に宇宙にレーザーを設置する理由であるのかを判断することは困難です。結局のところ、レーザーはまだ宇宙残骸ではないターゲットでも動作する可能性があります。ある意味では、これは宇宙空間での大量破壊兵器の配備を禁止している宇宙条約に違反していると考えられ、中国は1980年代から署名国のひとりであった。
Brane Craft、地球の軌道から宇宙デブリを掃除するコンセプト
– 2017年9月26日のニュース –
宇宙デブリはますます危険にさらされています。地球の周りに人工衛星やその他の物体が衝突する危険性が高まります。 NASAは、Aerospace Corporationと共同開発したBrane Craft、小型宇宙船1m×1m、人間の髪の毛よりも薄い厚みで開発しています。それはそれを捕まえるためにターゲットの周りをラップすることによって機能します。これはまだNASAの研究の概念ですが、それに伴う技術的課題が解決できれば、その独創的で経済的です。
NASAはマイクロ宇宙船の研究を継続するため、パートナー企業に2年間の助成金を交付したところです。目標を軌道を旋回させるために、Brane Craftは電気推進を使用します。その表面は光電池で覆われており、その燃料は宇宙船を構成する2枚のキャプトンを分離して10マイクロメーターで貯蔵されている。セットの重さはわずか80グラムですが、低軌道で2キロの宇宙デブリを軌道から外すことができます。推進は、電気スプレーモータによっても提供される。これは、毛の厚さに適合するように小型化される静電推進の一形態である。このセットは、地球の軌道の日光条件で4000秒の特定のパルスで非常に有効に見えます。単一のロケットで数千個のBrane Craftを打ち上げることができ、低軌道を素早く低コストで掃除することができるようにすることが重要です。
しかし、宇宙デブリを捕まえる前に、まだ多くの課題が残っています。超小型化にはコストがかかり、Aerospace CorporationはBrane Craftの単価が80グラムで5000ドルと推定しています。 Brane Craftを作るために使用される電子機器と材料は、極限の宇宙環境で少なくとも10日間は生き残ることができなければなりません。しかし、Aerospace CorporationがBrane Craftの開発を管理している場合、同社は単に地球の軌道上の宇宙デブリを浄化するだけでなく、非常に軽量でソーラーパネルの表面積が大きいため、宇宙船は最終的な重量対重量比が高くなります。確かに、それは実際には、宇宙船に含まれる燃料27グラムだけで海王星の周りを回ることができるだろう。しかし、提供する材料の小型化と研究の努力は依然として巨大である。
NASA従業員の画像[Public Domain]、Wikimedia Commons経由で
ソース
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