science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Een satelliet smelten, stuk voor stuk

Een staafvormige magnetotorquer - gemaakt van een externe koolstofvezelversterkte polymeercomposiet, met koperen spoelen en een interne kern van ijzer en kobalt - die bij duizenden graden Celsius wordt gesmolten in een DLR-plasmawindtunnel. Deze simulatie van het terugkeren naar de atmosfeer werd uitgevoerd als onderdeel van ESA's 'Design for Demise'-inspanningen om het risico te verkleinen dat satellieten opnieuw de grond bereiken. Krediet:ESA/DLR

Onderzoekers namen een van de dichtste delen van een om de aarde draaiende satelliet, plaatste het in een plasmawindtunnel en smolt het vervolgens in damp. Hun doel was om beter te begrijpen hoe satellieten verbranden tijdens terugkeer, om het risico op gevaar voor iemand op de grond te minimaliseren.

Vindt plaats als onderdeel van ESA's Clean Space-initiatief, de vurige testen vonden plaats in een plasmawindtunnel, het reproduceren van terugkeervoorwaarden, op de locatie van het DLR German Aerospace Center in Keulen.

De proefpersoon was een magnetotorquer van 4 x 10 cm, ontworpen om magnetisch te interageren met het magnetische veld van de aarde om de oriëntatie van de satelliet te veranderen.

Gemaakt van een externe koolstofvezelversterkte polymeercomposiet, met koperen spoelen en een interne ijzer-kobalt kern, deze staafvormige magnetotorquer werd verwarmd tot enkele duizenden graden Celsius in het hypersonische plasma.

ESA Clean Space-ingenieur Tiago Soares legt uit:"We hebben het gedrag van de apparatuur waargenomen bij verschillende warmtefluxopstellingen voor de plasmawindtunnel om meer informatie te verkrijgen over materiaaleigenschappen en demisbaarheid. De magnetotorquer bereikte een volledige ondergang bij een hoge warmteflux peil.

"We hebben enkele overeenkomsten opgemerkt, maar ook enkele discrepanties met de voorspellingsmodellen."

In theorie wordt hardware die de ruimte opnieuw betreedt volledig verbrand tijdens het duiken door de atmosfeer. In de praktijk kunnen sommige stukken de aarde helemaal bereiken - sommige groot genoeg om ernstige schade aan te richten.

Een stuk van een satelliet smelten. Krediet:Europees Ruimteagentschap

In 1997, bijvoorbeeld, De Texanen Steve en Verona Gutowski werden gewekt door de impact van wat leek op een "dode neushoorn" op slechts 50 meter van hun boerderij. Het bleek een brandstoftank van 250 kg uit een rakettrap te zijn.

Moderne regelgeving voor ruimteafval vereist dat dergelijke incidenten niet mogen plaatsvinden. Ongecontroleerde terugkeer zou een kans van minder dan 1 op 10.000 moeten hebben om iemand op de grond te verwonden.

Als onderdeel van een grotere inspanning genaamd CleanSat, ESA ontwikkelt technologieën en technieken om ervoor te zorgen dat toekomstige satellieten in een lage baan om de aarde worden ontworpen volgens het concept van 'D4D' – design for demise.

  • De belangrijkste stuwstoftank van de tweede trap van een Delta 2-raket landde in de buurt van Georgetown, Texas, VS, op 22 januari 1997. Deze tank van ongeveer 250 kg is voornamelijk een roestvrijstalen constructie en overleefde de terugkeer relatief intact. Krediet:NASA

  • Deze magnetorquer is =gemaakt van een externe koolstofvezelversterkte polymeercomposiet, met koperen spoelen en een interne ijzer-kobalt kern. Tijdens de plasmawindtunnel werd deze staafvormige magnetotorquer in het hypersonische plasma tot enkele duizenden graden Celsius verhit. Het Portugese bedrijf LusoSpace leverde een magnetotorquer om te testen. Krediet:ESA/DLR

  • Gemaakt van een externe koolstofvezelversterkte polymeercomposiet, met koperen spoelen en een interne ijzer-kobalt kern, dit staafvormige magnetotorquer werd verwarmd tot enkele duizenden graden Celsius in het hypersonische plasma van de plasmawindtunnel van DLR. Het magnetotorquer was daardoor grotendeels verdampt. Krediet:ESA/DLR

Eerdere studies hebben enkele satellietelementen geïdentificeerd die meer kans hebben om het terugkeerproces te overleven. Naast magnetotorquers zijn dit optische instrumenten, drijfgas en druktanks, de aandrijfmechanismen die zonnepanelen en reactiewielen bedienen - draaiende gyroscopen die worden gebruikt om de richting van een satelliet te veranderen.

Een grote bron van onzekerheid in het ondergangsproces is de neiging van onderdelen om te fragmenteren, het genereren van meerdere stukken puin en het verhogen van het slachtofferrisico. Kortom, hoe meer stukken in het spel, hoe hoger de schatting van het totale slachtofferrisico.

Clean Space is het initiatief van het Europees Ruimteagentschap om de terrestrische en orbitale omgevingen te beschermen, en tegelijkertijd de innovatie en het concurrentievermogen van de Europese ruimtevaartsector te stimuleren. Deze geanimeerde gids volgt een nieuw gelanceerde satelliet wanneer deze voor het eerst in een baan om de aarde komt, in het proces uitleg over de verschillende takken van de Clean Space-inspanning en de verschillende toekomst die Clean Space wil bouwen. Krediet:Europees Ruimteagentschap

Deze testactiviteit, uitgevoerd met het in het VK gevestigde Belstead Research en DLR, helpt hiaten in de kennis over terugkeergedrag op te vullen met praktische simulaties. Het Portugese bedrijf LusoSpace leverde een magnetotorquer om te testen.