Офис программы НАСА по орбитальному мусору - NASA Orbital Debris Program Office
В Офис программы НАСА по орбитальному мусору расположен в Космический центр Джонсона и является ведущим НАСА центр для орбитальный мусор исследование. Он признан во всем мире за его лидерство в решении проблем орбитального мусора. Офис программы НАСА по орбитальному мусору взял на себя международное лидерство в проведении измерений окружающей среды и в разработке технического консенсуса для принятия мер по смягчению последствий для защиты пользователей орбитальной среды. Работа в центре продолжается с целью улучшения понимания среды орбитального мусора и мер, которые могут быть приняты для сдерживания его роста.
Исследования орбитального мусора в НАСА делятся на несколько широких исследовательских работ, включающих моделирование, измерения, защиту, смягчение последствий и возвращение в атмосферу орбитального мусора.
Моделирование
Ученые НАСА продолжают разрабатывать и модернизировать модели орбитального мусора для описания и характеристики нынешней и будущей среды космического мусора. Инженерные модели, такие как ORDEM2000, может быть использован для оценки риска столкновения с космическими кораблями и спутниками, включая Международная космическая станция и Космический шатл. Эволюционные модели, такие как ЭВОЛЮЦИОНИРОВАТЬ и ЛЕГЕНДА, предназначены для прогнозирования будущей среды обитания мусора. Они представляют собой надежные инструменты для изучения того, как будущая среда мусора реагирует на различные методы смягчения последствий.
ORDEM2000 был заменен в 2010 году на ORDEM2010. Этот выпуск представляет собой значительное улучшение в программе моделирования оценки космического мусора NASA ODPO, основанной на эмпирических данных. Эта версия долгосрочной серии включает десять лет дополнительных данных, новые проверенные модели окружающей среды с высокой точностью, новые статистические процессы для анализа данных и моделей, расширение моделирования с помощью GEO, включение плотности материала обломков и новый пакет анализа иглу, охватывающий космический корабль, с расширенным сопутствующим графическим интерфейсом пользователя.[1]
Измерения
Измерения околоземного орбитального мусора выполняются путем проведения наземных и космических наблюдений за окружающей средой орбитального мусора. Данные собираются с помощью наземных радаров и оптических телескопов. [1], телескопы космического базирования и анализ поверхностей космических аппаратов, возвращенных из космоса. Некоторые важные источники данных были Сеть космического наблюдения США, то Haystack X-Band Радар, и возвращенные поверхности из Solar Max, Объект длительного воздействия (LDEF) и космический корабль Space Shuttle. Данные обеспечивают валидацию моделей окружающей среды и определяют наличие новых источников.
Защита
Защита от орбитального мусора включает в себя проведение измерений столкновений на сверхвысоких скоростях для оценки риска, представляемого орбитальным мусором для работающего космического корабля, а также разработку новых материалов и новых конструкций для обеспечения лучшей защиты от окружающей среды с меньшими потерями веса. Данные этой работы обеспечивают связь между окружающей средой, определенной моделями, и риском, представляемым этой средой для работы космического корабля, и предоставляют рекомендации по проектированию и операционным процедурам для снижения риска по мере необходимости. Эти данные также помогают в анализе и интерпретации характеристик ударов по возвращаемым поверхностям космических аппаратов. Основным объектом для этого исследования является Технологический центр сверхскоростного удара (HIT-F) в NASA JSC в Хьюстоне, хотя есть и другие объекты в JSC, Нью-Мексико и в различных лабораториях Министерства обороны.
Смягчение
Контроль над ростом количества орбитального мусора является приоритетной задачей для НАСА, Соединенных Штатов и основных космических держав мира, чтобы сохранить околоземное пространство для будущих поколений. Меры по смягчению последствий могут принимать форму сокращения или предотвращения образования нового мусора, проектирования спутников, способных выдерживать удары небольшого мусора, и реализации эксплуатационных процедур, начиная от использования орбитальных режимов с меньшим количеством мусора, принятия определенных положений космического корабля и даже маневрирования для предотвращения столкновений с обломки.
В 1995 году НАСА было первым космическим агентством в мире, выпустившим исчерпывающий набор руководящих принципов по предотвращению образования космического мусора. Два года спустя правительство США разработало набор Стандартные методы предупреждения образования космического мусора, основанный на рекомендациях НАСА. Другие страны и организации, в том числе Япония, Франция, Россия, а Европейское космическое агентство (ЕКА) последовали их примеру и выпустили свои собственные руководящие принципы по предотвращению образования космического мусора. В 2002 году после многолетних усилий компания Межагентский координационный комитет по космическому мусору (IADC), в который входят космические агентства 10 стран, а также ЕКА, приняли согласованный набор руководящих принципов, направленных на смягчение последствий роста популяции орбитального мусора. Эти руководящие принципы были официально представлены Научно-техническому подкомитету Комитет ООН по использованию космического пространства в мирных целях в феврале 2003 г.
Возвращение
Из-за увеличения количества объектов в космосе НАСА приняло руководящие принципы и процедуры оценки, чтобы уменьшить количество неработающих космических аппаратов и отработавших верхних ступеней ракет на орбите Земли. Один из методов утилизации после посылки - разрешить повторный вход этих космических аппаратов либо после орбитального распада (неконтролируемый вход), либо с контролируемым входом. Орбитальное затухание может быть достигнуто за счет запуска двигателей для снижения высоты перигея, так что атмосферное сопротивление в конечном итоге приведет к входу космического корабля. Однако нельзя гарантировать, что сохранившийся след от обломков позволит избежать обитаемых территорий. Управляемый вход обычно происходит за счет использования большего количества топлива с большей двигательной установкой, чтобы заставить космический корабль войти в атмосферу с более крутым углом траектории полета. Затем он войдет с более точной широтой, долготой и следом в почти необитаемую зону столкновения, обычно расположенную в океане.
Космические аппараты, которые возвращаются из орбитального спада или контролируемого входа, обычно разрушаются на высотах между 84-72 км из-за аэродинамических сил, вызывающих превышение допустимых структурных нагрузок. Номинальная высота развала космических аппаратов считается 78 км. Более крупные, прочные и плотные спутники обычно разрушаются на меньших высотах. Солнечные батареи часто отрываются от основного корпуса космического корабля на расстоянии около 90-95 км из-за аэродинамических сил, вызывающих превышение допустимого изгибающего момента в точке крепления массива / космического корабля.
После разрушения космического корабля (или родительского тела) отдельные компоненты или фрагменты будут продолжать терять высоту и получать воздушный нагрев до тех пор, пока они не исчезнут или не выживут, столкнувшись с Землей. Многие компоненты космических кораблей изготовлены из алюминия, который имеет низкую температуру плавления. В результате эти компоненты обычно умирают на большей высоте. С другой стороны, если объект сделан из материала с высокой температурой плавления (например, титана, нержавеющей стали, бериллия, углерод-углерод), объект погибнет на более низкой высоте и во многих случаях выживет. Кроме того, если объект находится внутри корпуса, корпус должен разрушиться до того, как внутренний объект получит значительный воздушный нагрев. Некоторые объекты могут иметь очень высокую температуру плавления, поэтому они никогда не разрушатся, но они настолько легкие (например, вольфрамовые прокладки), что ударяются с очень низкой скоростью. В результате кинетическая энергия при ударе иногда бывает ниже 15 Дж, порогового значения, ниже которого вероятность человеческих жертв очень мала. Таким образом, площади пострадавших от обломков, вычисленные для этих объектов, не учитываются в общей площади пострадавших от обломков при анализе выживаемости при возвращении.
Живучесть компонентов космического корабля при возвращении в атмосферу рассчитывается одним из двух методов НАСА. Один из них - это программное обеспечение для оценки мусора (DAS), консервативный программный инструмент низкой точности, который можно найти в разделе «Смягчение последствий», а второй - более точный и надежный программный инструмент, называемый Инструмент анализа выживаемости при повторном входе в объект (ОРСАТ).
Рекомендации
- ^ Криско, Паула Х. "Новая инженерная модель орбитального мусора НАСА, ORDEM2010". НАСА. Сервер технических отчетов НАСА. HDL:2060/20100001666.