Het inmiddels ter ziele gegane Chinese ruimtestation Tiangong-1 is op weg om neer te storten op de aarde - de voltooiing van zijn "atmosferische terugkeerfase". Hoewel experts al meer dan een jaar wisten dat dit zou gebeuren, er was grote onzekerheid over de exacte timing. Omdat de baanhoogte van het station is afgenomen, echter, deze onzekerheid is geleidelijk afgenomen en het is nu mogelijk om vast te stellen dat deze binnen enkele dagen uit zijn baan zal zijn.

Het grootste deel van het 8,5 ton zware station zal opbranden en uiteenvallen als het door de atmosfeer gaat. hoewel wat puin de aarde kan raken. En hoewel we de mogelijkheid hebben om een ​​ruimtevaartuig zoals Rosetta nauwkeurig te besturen - dat op een paar kilometer afstand van komeet 67P cirkelde terwijl het zich op 405 meter afstand van de aarde bevond en op 55 reisde, 000 km per uur - we kunnen de tijd en plaats van de potentiële impact van Tiangong-1 op aarde niet echt voorspellen, ondanks dat het maar 200 km boven ons ligt.

Maar waarom is het zo moeilijk, en zal de wetenschap ons ooit helpen zulke voorspellingen te doen?

De wetten van Newton vertellen ons dat satellieten rond de aarde draaien in perfect cirkelvormige of elliptische banen, hun pad keer op keer herhalen (ervan uitgaande dat de zwaartekracht de enige kracht is die op hen inwerkt). Echter, dit is niet waar op lage hoogten, zeg hieronder 1, 000km, omdat de satelliet dan door de atmosfeer van de aarde beweegt. Dit veroorzaakt "aerodynamische weerstand" (luchtweerstand) - een kracht die de snelheid van de satelliet tegenwerkt, die de baan effectief verandert in een neerwaartse spiraal naar het aardoppervlak.

In theorie, we kunnen de luchtweerstand perfect berekenen om het pad van een satelliet te voorspellen. Dit kan worden gedaan met behulp van een vergelijking die afhangt van de snelheid van de satelliet ( v² ), de dichtheid van de atmosfeer ( ρ ), een numerieke coëfficiënt die afhangt van de vorm van de satelliet en zijn oriëntatie ten opzichte van de luchtstroom ( C ), en het gebied van het object ( EEN ). Voor de geïnteresseerden, de vergelijking is: NS =½ × C × ρ × EEN × v² . Maar u hoeft de vergelijking niet te begrijpen om te begrijpen waarom het zo moeilijk is om weerstand te berekenen.

De snelheid van het ruimtevaartuig is vrij nauwkeurig te meten met behulp van waarnemingen. Echter, de andere parameters zijn zeer onzeker, waardoor het moeilijk is om het pad van Tiangong-1 te bepalen. Voor voertuigen zoals auto's en vliegtuigen, C kan theoretisch of met computationele vloeistofdynamica worden geschat en experimenteel worden gemeten in een windtunnel. Het grootste probleem hier is dat de vorm van Tiangong-1 complex is, en het object is ongecontroleerd en tuimelt chaotisch, resulterend in een voortdurend veranderende C .

De andere onbekende is de dichtheid van de atmosfeer, die afneemt met de hoogte. Echter, vooral op grote hoogte, dit varieert als gevolg van een aantal onvoorspelbare factoren, waarvan zonneactiviteit de belangrijkste is.

De magnetische activiteit van de zon volgt een cyclus van 11 jaar, wat resulteert in een periodieke toename en afname van de hoeveelheid uitgezonden straling en geladen deeltjes. Deze interageren met een deel van de atmosfeer van de aarde dat de ionosfeer wordt genoemd, de dichtheid ervan veranderen. Een goede indicator voor zonneactiviteit is het aantal waargenomen zonnevlekken. Maar hoewel de zonnecyclus kan worden gevolgd, het activiteitsniveau verandert ook onvoorspelbaar, wat leidt tot onvoorspelbare veranderingen in de dichtheid van de atmosfeer.

Een andere belangrijke factor is dat de satelliet zal desintegreren en verbranden tijdens de laatste fasen van terugkeer, het toevoegen van verdere onzekerheid aan alle termen van de drag-formule.

Dit verklaart waarom het bijna onmogelijk is om een ​​inslagpunt (of gebied) langs het satellietpad te voorspellen. Dat gezegd hebbende, u een ruw idee kunt krijgen van het gebied van de waarschijnlijke impact, gebaseerd op de helling van de baan van het ruimtevaartuig. We weten dat de baan van Tiangong-1 hem alleen in staat stelt terug te keren tussen de breedtegraden van -43 (noord) en +43 (zuid) graden rond de evenaar. Zoals u op de kaart hierboven kunt zien, dit leidt tot een langere band van waarschijnlijke impact, voornamelijk ten zuiden van de evenaar.

Technologische verbeteringen

Om ophoping van puin in een baan rond de aarde te voorkomen, die een bedreiging kunnen vormen voor ruimtevaartuigen en satellieten, het wordt nu aanbevolen dat satellieten in een lage baan om de aarde het bevel krijgen om binnen 25 jaar na voltooiing van de missie opnieuw de atmosfeer van de aarde binnen te gaan.

Het is daarom van groeiend belang om bedreigingen voor de bevolking en objecten op aarde te kunnen vermijden als deze ruimtevaartuigen neerstorten. Modellen en experimentele gegevens voor luchtweerstand worden continu verbeterd, maar het is onwaarschijnlijk dat ze ooit de vereiste nauwkeurigheid zullen bereiken om ons in staat te stellen exacte impactpunten te voorspellen.

In plaats daarvan, toekomstige satellieten moeten worden ontworpen met terugkeer als een cruciaal onderdeel van de missie. Actieve en gecontroleerde terugkeer - bijvoorbeeld door het gebruik van sleepzeilen of stuwraketten – kan de onzekerheid verminderen en ervoor zorgen dat de satelliet volledig in de atmosfeer verbrandt terwijl hij een traject volgt dat zorgvuldig van tevoren is berekend.

Satellieten moeten ook zo worden ontworpen en getest dat, tijdens terugkeer, ze fragmenteren op een gewenste manier en vormen geen bedreiging voor de aarde. Dit begrip, analoog aan gecontroleerde vervormingen in auto's om de passagiers te beschermen bij een ongeval, staat bekend als "design for demise". Dit is niet iets dat tegenwoordig wordt afgedwongen.

Verbeteringen op het gebied van veiligheid zijn altijd mogelijk. Maar ook al is de terugkeer van het ruimtevaartuig niet gecontroleerd of voorspelbaar, we hoeven ons geen zorgen te maken dat we erdoor getroffen worden. De kans dat je geraakt wordt is bijna nul, terwijl de kans dat het iemand treft ongeveer één op de drie is, 200.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.