Feel the Burn – Satelliten so gestalten, dass sie zusammenbrechen

Die Clean Space Initiative der ESA führte simulierte Wiedereintrittstests in einem Plasmawindkanal auf dem Gelände des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR in Köln durch. Bildnachweis: ESA

Es mag kontraintuitiv erscheinen, aber die Entwicklung von Satelliten, die sich besser auflösen, ist eine der Schlüsselstrategien im Umgang mit Weltraummüll. Entwickelt von ESA Sauberer Raum Initiative heißt der Ansatz “Design for Demise” und soll sicherstellen, dass verlassene Satelliten beim Wiedereintritt in die Atmosphäre zerbrechen und vollständig verbrennen.

Das Wiedereintrittsmaterial sollte während des Tauchgangs in der Atmosphäre vollständig ausbrennen, um sicher zu sein. In der Praxis können einige Teile die Erde erreichen – einige von ihnen sind groß genug, um ernsthafte Schäden zu verursachen.

1997 zum Beispiel wurden die Texaner Steve und Verona Gutowski vom Aufprall eines “toten Nashorns” nur 50 Meter von ihrer Farm entfernt geweckt. Es stellte sich heraus, dass es sich um einen 250 kg schweren Treibstofftank aus einer Raketenstufe handelte.

Der Haupttreibstofftank der zweiten Stufe einer Delta-2-Rakete landete am 22. Januar 1997 in der Nähe von Georgetown, Texas, USA. Dieser ca. 250 kg schwere Tank ist überwiegend eine Edelstahlkonstruktion und hat den Wiedereintritt relativ unbeschadet überstanden. Bildnachweis: NASA

Moderne Weltraummüll-Regulierungen verlangen, dass solche Vorfälle nicht vorkommen. Unkontrollierte Wiedereintritte sollten eine Wahrscheinlichkeit von weniger als 1 zu 10.000 haben, jemanden am Boden zu verletzen.

Als Teil einer größeren Anstrengung namens reinigen, entwickelt die ESA Technologien und Techniken, um sicherzustellen, dass zukünftige Satelliten mit niedriger Umlaufbahn nach dem Konzept von „D4D“ – Design for Demise – konstruiert werden.

Einige schwerere Satellitenelemente überleben eher den Wiedereintrittsprozess. Dazu gehören Magnetotorquers, die Magnete verwenden, um die Ausrichtung des Raumfahrzeugs relativ zum Erdmagnetfeld zu verändern, optische Instrumente, Triebwerke und Drucktanks, die Antriebsmechanismen, die Sonnenkollektoren betreiben, und Reaktionsräder – rotierende Gyroskope, die verwendet werden, um die Ausrichtungsrichtung von a . zu ändern Satellit.

Wiedereintritt von Satelliten. Bildnachweis: ESA / Sacha Berna

Ein Element der D4D-Forschung besteht darin, so große Objekte zu verschmelzen Plasma Windkanäle, die in der Lage sind, die jeweiligen Brandbedingungen zu reproduzieren. Eine andere besteht darin, Methoden zu planen, um einen schnellen Abbau von zurückkehrendem Schutt zu gewährleisten.

Beim Wiedereintritt führen Spitzen im Wärmestrom und mechanische Belastungen in der Regel in einer Höhe von etwa 75 km zum Zerplatzen eines Satelliten. Erst nach dieser Höhe beginnen auch die meisten internen Geräte, die dem Wärmestrom ausgesetzt sind, zu „verschwinden“.

Abbruch zu Beginn des Schuljahres. Bildnachweis: ESA / Sacha Berna

Eine höhere Bruchhöhe würde jedoch bedeuten, dass die interne Ausrüstung dem Wärmefluss für einen längeren Zeitraum ausgesetzt wäre, was ihre gesamte Deaktivierungsfähigkeit erheblich verbessert. Mögliche Wege, dies zu erreichen, umfassen mehr schmelzbare Dichtungen, die die Satellitenplatten zusammenhalten, oder die Verwendung von “Formgedächtnislegierungen”, die ihre Form mit der Temperatur ändern.

Clean Space verwendet auch die Software DRAMA (Debris Risk Assessment and Mitigation Analysis), um die Konformität eines bestimmten Satellitendesigns mit den Standards zur Eindämmung von Weltraummüll zu berechnen und sicherzustellen, dass die neuesten Forschungsergebnisse berücksichtigt werden Verletzung unten. dieser entscheidende Wert von 1 zu 10.000.