Φανταστείτε τον εαυτό σας ως αστροναύτης που εκτελεί επιστημονικά πειράματα και εκπληκτική αερόμπικ. Ραδιόφωνα Mission Control που πρέπει να εκκενώσουν όλο το προσωπικό του διαστημικού σταθμού στα οχήματα διάσωσης, επειδή ένα κομμάτι θανάσιμων διαστημικών συντριμμιών κατευθύνεται προς το δρόμο σας.
Αυτό το σενάριο δεν είναι επιστημονική φαντασία. Τον Ιούνιο του 2011, Διαστημικό περιοδικό ανέφεραν ότι «έξι μέλη του πληρώματος επί του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού κλήθηκαν να καταφύγουν σε… δύο ρωσικά διαστημόπλοια Σόιζ». Καθώς περισσότεροι δορυφόροι φτάνουν στο τέλος της επιχειρησιακής τους ζωής, θα υπάρξουν περισσότερες καταστάσεις έκτακτης ανάγκης στο διάστημα και στο έδαφος, αναμφίβολα με λιγότερο ευχάριστα αποτελέσματα. Η νέα μας διαστημική κοινωνία ήταν τυχερή μέχρι στιγμής: ο ISS μπόρεσε να απομακρυνθεί από τα σκουπίδια του διαστήματος και πέφτοντας, ανεξέλεγκτοι δορυφόροι ευτυχώς έπεσαν στους ωκεανούς. Αλλά μια μέρα η τύχη μας θα τελειώσει.
Υπάρχει όμως ελπίδα. Ένα νέο έγγραφο με τίτλο Αφαίρεση τροχιακών συντριμμιών με λέιζερ δημοσιεύτηκε στο arXiv προτείνει τη χρήση ενός παλμικού συστήματος λέιζερ υψηλής ισχύος από τη Γη για τη δημιουργία πίδακες πλάσματος σε κομμάτια διαστημικών συντριμμάτων, επιβραδύνοντας τα ελαφρά, αναγκάζοντάς τους να εισέλθουν ξανά και να καούν στην ατμόσφαιρα ή να πέσουν στον ωκεανό.
Ο Claude Phipps και η ομάδα του από μια εταιρεία υψηλής τεχνολογίας που ονομάζεται Photonic Associates περιέγραψαν τη μέθοδο τους, που ονομάζεται Laser Orbital Debris Removal (LODR), η οποία χρησιμοποιεί τεχνολογία λέιζερ 15 ετών, η οποία είναι τώρα άμεσα διαθέσιμη.
Η ομάδα αναγνώρισε ότι «τριάντα πέντε χρόνια φτωχής οικοκυρικής στο διάστημα έχουν δημιουργήσει αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες κομμάτια διαστημικών συντριμμάτων μεγαλύτερα από ένα εκατοστά στη ζώνη… χαμηλής τροχιάς Γης (LEO)». Αυτά μπορεί να μην φαίνονται σαν μεγάλα αντικείμενα, αλλά με την ενεργειακή πυκνότητα του δυναμίτη, ακόμη και ένα μεγάλο τσιπ βαφής μπορεί να προκαλέσει μεγάλες ζημιές.
Η απομάκρυνση των συντριμμιών είναι επείγουσα δουλειά, επειδή η ποσότητα των συντριμμιών που βρίσκονται στο διάστημα δημιουργεί «διαφυγή παράλληλη πτώση», με αντικείμενα που συγκρούονται μεταξύ τους, δημιουργώντας ακόμη περισσότερα κομμάτια συντρίμμια.
Υπάρχουν και άλλες λύσεις εκτός από τη δημιουργία ενός πίδακα πλάσματος, αλλά τείνουν να είναι τόσο λιγότερο αποτελεσματικά όσο και πιο ακριβά. Ένα λέιζερ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να αλέσει ένα αντικείμενο σε σκόνη, αλλά αυτό θα δημιουργούσε ένα ανεξέλεγκτο λιωμένο σπρέι, κάνοντας το πρόβλημα χειρότερο.
Η σύλληψη του αντικειμένου ή η προσάρτηση ενός κιτ de-orbit μπορεί να είναι και οι δύο αποτελεσματικές. Δυστυχώς, απαιτούν πολύ καύσιμο λόγω της ανάγκης επιτάχυνσης για να πιάσουν το αντικείμενο, κάτι που οδηγεί σε μια πιο δαπανηρή λύση - περίπου 27 εκατομμύρια δολάρια ανά αντικείμενο. Τέλος, υπάρχει η πυρηνική επιλογή απελευθέρωσης αερίου, ομίχλης ή αερογέλης για την επιβράδυνση αντικειμένων, αλλά αυτό θα επηρεάσει τόσο επιχειρησιακά όσο και μη επιχειρησιακά διαστημόπλοια.
Στην εφημερίδα τους, ο Phipps και η ομάδα του λένε ότι η αφαίρεση των διαστημικών σκουπιδιών δημιουργώντας ένα πίδακα πλάσματος μήκους μερικών δευτερολέπτων με λέιζερ είναι η καλύτερη λύση, με κόστος μόνο 1 εκατομμύριο δολάρια ανά μεγάλο αντικείμενο που αφαιρέθηκε και μερικές χιλιάδες για μικρά αντικείμενα. Επιπλέον, τα μικρότερα αντικείμενα μπορούν να απενεργοποιηθούν σε μία τροχιά και ένας αστερισμός «167 διαφορετικών αντικειμένων μπορεί να αντιμετωπιστεί (χτυπημένος με λέιζερ) σε μια μέρα, δίνοντας 4,9 χρόνια για να επανέλθει» στην ατμόσφαιρα.
Και τα 167 αντικείμενα πρέπει να παρακολουθούνται προσεκτικά, ώστε να μην αλλάζουν τα μονοπάτια της μοίρας τους στο χειρότερο. Ωστόσο, είναι δυνατό να χρησιμοποιήσετε το σύστημα για να προσαρμόσετε τις τροχιές των διαστημικών σκουπιδιών. Τούτου λεχθέντος, τα τρέχοντα επίπεδα παρακολούθησης διαστημικών συντριμμιών δεν επαρκούν για την εφαρμογή του LODR, αλλά υπάρχει ένα διπλό όφελος από την ευκολότερη αφαίρεση και την καλύτερη αποφυγή με τη βελτίωση της παρακολούθησης των συντριμμιών. Η καλύτερη παρακολούθηση θα επιτρέψει τότε καλύτερο έλεγχο του σημείου επανεισόδου και τροποποίησης τροχιάς με LODR, εάν είναι απαραίτητο.
Πώς μπορεί μια ελαφριά ώθηση από ένα λέιζερ να τροποποιήσει μια τροχιά; Ενώ το λέιζερ δεν εκτοξεύει τα συντρίμμια από τον αέρα, είναι ακόμα αποτελεσματικό λόγω της φύσης της τροχιακής μηχανικής.
Φανταστείτε ένα cubesat που πρέπει να απορρίπτεται σε χαμηλό υψόμετρο, τέλεια κυκλική τροχιά. Η βρύση από ένα λέιζερ υψηλής ισχύος και το αεριωθούμενο πλάσμα θα δημιουργούσε το κύβος, πιο μακριά από τη Γη (υψηλότερο σε υψόμετρο) και σε μια πιο ελλειπτική τροχιά.
Αυτό μπορεί να φαίνεται σαν μια φρικτή ιδέα κατά τη διάρκεια του χρόνου που ο κύβος ξοδεύει σε μεγαλύτερο υψόμετρο, αλλά καθώς έρχεται σε μισό κύκλο, αποσπά την ατμόσφαιρα σε χαμηλότερο υψόμετρο αφού η έλλειψη στρεβλώνεται λόγω των προσαρμογών του λέιζερ. Δεδομένου ότι το χαμηλό υψόμετρο αντιστοιχεί σε περισσότερη οπισθέλκηση, ο κύβος επιβραδύνεται και κλειδώνει σε χαμηλότερη τροχιά. Γι 'αυτό οι πολύ ελλειπτικές τροχιές ονομάζονται τροχιές μεταφοράς, καθώς αλλάζουν λωρίδες στην εθνική οδό του διαστήματος. Τώρα, με την ολοκλήρωση της τροχιάς μεταφοράς, το cubesat έχει επιβραδυνθεί αρκετά ώστε η τροχιά του να μην μπορεί πλέον να επιτευχθεί από το cubesat. Το cubesat πέφτει στη συνέχεια από τον ουρανό.
Το κρέας της έρευνας για το LODR ασχολείται με την ατμόσφαιρα καθώς το λέιζερ μπορεί να γίνει αόριστο εάν δεν αντιμετωπιστεί η ατμοσφαιρική αναταραχή. Το LODR είναι περίπλοκο επειδή η αναταραχή στην ατμόσφαιρα προκαλεί στρεβλώσεις όπως αυτές που βλέπετε πάνω από έναν δρόμο μια καυτή καλοκαιρινή μέρα ή όπως αυτές που βλέπετε όταν κοιτάζετε μέσα από ένα γυάλινο μπουκάλι. Αυτή η επιπλοκή είναι επιπλέον του στόχου που απαιτείται για να χτυπήσει έναν στόχο, όπως ακριβώς και ο στόχος μπροστά που απαιτείται για να χτυπήσει έναν τρέχοντα παίκτη στο dodgeball.
Υπάρχουν δύο τρόποι για να ακυρώσετε την αναταραχή. Πρώτον, μπορεί κανείς να λάμψει ένα λέιζερ σε ένα γνωστό σημείο στην ατμόσφαιρα, συναρπάζοντας τα άτομα νατρίου σε αυτήν την τοποθεσία. Γνωρίζοντας το ύψος αυτής της κουκκίδας στον ουρανό, το σύστημα μπορεί στη συνέχεια να λυγίσει τον ανακλώμενο καθρέφτη για να φέρει την κουκίδα σε εστίαση κάθε στιγμή. Στη συνέχεια μπορεί να πυροδοτήσει ελεύθερα.
Ένας δεύτερος τρόπος περιλαμβάνει τη χρήση ενός καθρέφτη Phase Conjugate (PC), αλλιώς γνωστού ως retroflector, ο οποίος θα μπορούσε αυτόματα να αναιρέσει την αναταραχή στέλνοντας φως ποια είναι η αντιστροφή της φάσης που έχει αντιστραφεί. Δηλαδή θα στείλει πίσω μια «αντίθετα παραμορφωμένη» δέσμη λέιζερ της οποίας η παραμόρφωση δεν γίνεται από την ατμόσφαιρα δημιουργώντας μια απότομη ακτίνα λέιζερ.
Το LODR δεν είναι ασημένια σφαίρα. Ενσύρματο αναφέρει ότι «η κύρια κριτική ενός τέτοιου έργου θα προέλθει από τη διεθνή κοινότητα, η οποία μπορεί να φοβάται ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ένα αρκετά ισχυρό λέιζερ για στρατιωτικούς σκοπούς όπως το χτύπημα των εχθρικών δορυφόρων». Ενσύρματο στη συνέχεια πραγματοποίησε συνέντευξη με τον Kessler. Ο πρώην Ανώτερος Επιστήμονας της Orbital Debris Research της NASA, δήλωσε ότι, λόγω της πολιτικής που εμπλέκεται, «οποιαδήποτε πρόταση λέιζερ είναι νεκρή κατά την άφιξη». Ωστόσο, ο Phipps ισχυρίζεται ότι Ενσύρματοότι «εάν έχουμε τη σωστή διεθνή συνεργασία, κανείς δεν θα πίστευε ότι το λέιζερ είναι όπλο στα ρούχα των προβάτων».
Υπάρχουν ακόμα προβλήματα χωρίς προβλήματα, όπως επισημαίνει ο Kessler, το να χτυπήσεις λάθος μέρος ενός διαστημικού αντικειμένου θα έχει καταστροφικά αποτελέσματα. "Μπορεί να χτυπήσετε το λάθος μέρος ενός δορυφόρου ή θα μπορούσατε να εξατμίσετε αρκετά για να τον προκαλέσετε να εκραγεί." Παρ 'όλα αυτά, η προσεκτική μελέτη του αντικειμένου θα μπορούσε να αποφύγει κάθε κίνδυνο.
