ruimteafval

Kan wolfraamstof worden gebruikt als middel om een omloopbaan schoon te vegen?

‘Poederwolk als oplossing voor ruimteafval’

3 reacties / Ideeën en techniek, Wetenschap, Zonnestelsel / Door Germen Roding / 12 april 2011 12 april 2011

Ruimteafval blijft de gemoederen bezig houden. Met een nieuw plan moet wolfraampoeder korte metten maken met rondvliegende brokken ruimtepuin. Absoluut foolproof, zeggen de bedenkers. Hebben we nu eindelijk DE oplossing of halen we ons hier zelf veel ellende op de hals?

Ruimteafval
Het probleem van ruimteafval is zeer ernstig. Vooral in lage omloopbanen rond de duizend kilometer boven het aardoppervlak wordt de aarde omringd door kleine brokstukken die met kilometers per seconde om de aarde razen. Deze bewegen sneller dan een kogel en zelfs een klein brokje ruimtepuin heeft dus al verwoestende gevolgen op satellieten of ruimteschepen. Negentienduizend brokstukken zijn groter dan tien centimeter. Het aantal kleinere brokstukken is vele maken meer. Het nachtmerriescenario is de Kessler kettingreactie. Hierbij ontstaan er door diverse botsingen steeds meer brokken, die ook weer vaker met elkaar botsen tot de hele omloopbaan veranderd is in een schietbaan, die ons wellicht op aarde op zal sluiten. Al eerder beschreef Visionair een idee waarbij brokken ruimtepuin met behulp van lasers worden afgeremd.Probleem hierbij is dat dit voor kleinere brokken (waar er vele malen meer van zijn) niet praktisch is.

Wolfraamstof
Het plan van Gurudas Ganguli van het Amerikaanse Naval Lab is even simpel als controversieel. Strooi twintig ton wolfraampoeder, bestaande uitkorreltjes van dertig micrometer (minder dan een dertigste millimeter) groot uit op een hoogte van elfhonderd kilometer. Wolfraam is een zeer massadicht metaal met een extreem hoog smeltpunt. De gloeidraden in een gloeilamp zijn gemaakt van wolfraam. In het luchtledig blijft ook stof met kilometers per seconde voortrazen. Dit poeder zal zich verspreiden tot een dunne schil van extreem snel bewegende metaaldeeltjes die zich over de hele aarde zal uitbreiden. Elke keer als een poederdeeltje in aanraking komt met een kleiner brok ruimtepuin, vermindert dit de bewegingsenergie en dus de baansnelheid waarmee het ruimtepuin rondtolt. Het gevolg: het komt in een lagere baan om de aarde te hangen. Onder de negenhonderd kilometer is er geen luchtledig meer, maar zijn er zeer zwakke sporen van een dampkring: de exosfeer. Komen de stofdeeltjes (of het ruimtepuin) op deze hoogte of hieronder, dan remmen botsingen met luchtmoleculen de deeltjes snel af, waardoor ze snel naar beneden vallen.

Door diverse processen (onderlinge botsingen en botsingen met moleculen, interacties met fotonen en magnetisch veld van de aarde) verliest ook het wolfraamstof steeds meer hoogte. Naar schattingen van Ganguli zal na vijfendertig jaar deze ‘kosmische sneeuwruimer’, zoals Ganguli het aanduidt, in vijfendertig jaar de baan schoon hebben geveegd. In theorie, althans.

Satellieten worden gezandstraald
Ook satellieten die op een hoogte van elfhonderd kilometer of lager ronddraaien, zullen uiteraard worden getroffen. Gevoelige onderdelen als zonnepanelen worden letterlijk gezandstraald. Ganguli denkt echter dat deze kunnen worden “gehard” tegen dit effect. Zo kan je denken aan een dunne stroperige laag waarin de deeltjes worden afgeremd. Een meter of twee water is bijvoorbeeld al voldoende om een kogel sterk af te remmen. Voor een klein deeltje met een in verhouding vele malen grotere hydrodynamische weerstand is deze diepte veel kleiner: enkele millimeters wellicht.

Een vervelender probleem is dat de wolk zich ook naar boven uit zal breiden. Bij sommige botsingen zal een deeltje extra energie krijgen en daardoor in een hogere baan om de aarde komen. Op deze hoogte is er nauwelijks meer een remmende invloed en zal het vele eeuwen duren voor het stof door natuurlijke processen is opgeruimd. Ook radioastronomen zullen uiteraard niet juichen over dit idee. Op dit moment is metaalpoeder namelijk al een geliefd middel om radar te storen…

Bronnen
Arxiv Blog
ArXiv

Door een brokstuk met een laser af te remmen komt het in een lagere baan.

Slimme oplossing voor ruimtepuin gevonden

3 reacties / Ideeën en techniek, Wereld, Zonnestelsel / Door Germen Roding / 14 maart 2011 14 maart 2011

Ruimtevaart wordt steeds gevaarlijker door de enorme hoeveelheid zwevende brokstukken in een baan om de aarde. Het is een kwestie van tijd, denken deskundigen, voordat de eerste satelliet wordt vernietigd door een brok metaal dat kilometers per seconde beweegt. Gelukkig heeft NASA nu een eenvoudige oplossing gevonden om af te rekenen met ruimtepuin: een remlaser op aarde om brokstukken neer te halen.

De Kessler-catastrofe
Lanceringen brengen steeds meer ruimtepuin in een baan om de aarde, variërend van lege rakettrappen en defecte satellieten tot rondzwervende verfsplinters. NASA-wetenschapper Donald Kessler waarschuwde in 1978 al voor een aankomende catastrofe: het Kessler syndroom. Als twee brokstukken elkaar met hoge snelheid raken, spatten ze in een groot aantal kleinere brokstukken uiteen. Hierdoor wordt de kans veel groter dan er ook andere brokstukken worden geraakt. er ontstaat een kettingreactie van botsingen. Het uiteindelijke resultaat is een wolk van minuscule micrometeorieten die elk met vele kilometers per seconde bewegen en in de lege ruimte nooit worden afgeremd (zoals op aarde zou gebeuren). Ruimteschepen en satellieten die zich in deze gordel wagen, worden doorzeefd door een spervuur van minuscule kogels. Zou het zover komen, dan wordt de mens dus voor heel lange tijd op aarde opgesloten. Volgens sommigen is het al zover. Zo moet de Europese satelliet Envisat zestig procent van de tijd uitwijken voor brokstukken van één botsing: die tussen de satellieten Iridium 33 en Cosmos 2251.
Kortom: we kunnen maar beter snel beginnen met de grote schoonmaak, voor de ruimte boven ons één grote kosmische schietbaan wordt.

Remmen met een laser
Dat je met een laser gaten kan boren en dingen smelten is bekend.

Minder bekend is dat elektromagnetische straling (waaronder licht uit een laser) een bepaalde druk kan uitoefenen. Lichtdeeltjes hebben namelijk net als alle fysische objecten een impuls (massa maal snelheid, in het geval van licht h/golflengte). Zonnezeil-ruimteschepen maken gebruik van dat effect: de druk van het zonlicht versnelt het ruimtescheepje zeer langzaam, maar gestaag, in principe zelfs tot in de buurt van de lichtsnelheid. Andersom, afremmen dus, werkt ook. Van dit principe maakt de NASA-methode gebruik. Door een aanvliegend brokstuk met een laser te beschieten, wordt dit afgeremd. Hoe lager de snelheid van iets dat in een baan om bijvoorbeeld de aarde draait, hoe lager de omloopbaan. Het gevolg is dat het brokstuk gaat dalen en in de aardse atmosfeer terecht komt waar het opbrandt.

Star Wars
Er is één probleem met dit plan. De Russen en Chinezen zullen niet blij zijn met dit apparaat, dat verdacht veel weg heeft van Ronald Reagan’s Star Wars project: een laser-gebaseerd verdedigingssysteem tegen kernraketten. Daarom stellen de bedenkers van het plan, NASA-onderzoeker James Mason met enkele collega’s, voor om hier een relatief zwakke laser voor te gebruiken van vijf kilowatt. De laser bestookt elk brokstuk voor ongeveer twee uur per dag en kan ongeveer tien brokstukken tegelijkertijd aanpakken.

Vijf kilowatt is ongeveer het vermogen van drie zware stofzuigers; onvoldoende om een vijandelijke satelliet (laat staan een kernraket) uit te schakelen. Zowel de VS als de Russen en de Chinezen beschikken over veel zwaardere lasers om satellieten en vijandelijke kernraketten mee uit de lucht te schieten. Volgens Mason kan dit project voor minder dan een miljoen dollar gerealiseerd worden. De laser zou bekostigd en bemand moeten worden door technici uit diverse ruimtevarende naties. Hoe het ook zij, dit is duidelijk één van de meest veelbelovende ideeën tot nu toe om het netelige ruimteafval-probleem aan te pakken…

Bronnen
ArXiv Blog
ArXiv
NASA