Gedurende zijn 30 jaar in een baan rond de aarde, de NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop is getuige geweest van de veranderende aard van ruimtevluchten naarmate de lucht gevuld is met grotere aantallen satellieten, het International Space Station werd geboren en crashes en explosies in de ruimte hebben wolken van snel bewegend ruimtepuin gecreëerd.

Hubble zelf heeft de impact van dit puin gevoeld, zich ophopen van kleine inslagkraters over de zonnepanelen die getuigen van een lang en veelbewogen leven in de ruimte. Dus wat kunnen we leren van deze effecten, en wat brengt de toekomst voor Hubble?

In 1993, de eerste Shuttle-missie om Hubble 'op te fleuren' werd uitgevoerd. Door het ruimteobservatorium te voorzien van corrigerende optica, het was plotseling in staat om de ongelooflijk scherpe beelden van het heelal te maken, geliefd bij de hele wereld.

Terwijl de astronauten daar waren, ze vervingen de zonnepanelen van het observatorium die 'trilden' als gevolg van temperatuurschommelingen. Een van de panelen werd in een baan om de aarde verwijderd, later opbranden in de atmosfeer van de aarde, maar de andere werd teruggebracht naar de aarde.

Een deel van de bijdrage van ESA aan Hubble was het ontwerpen, produceren en leveren van zijn zonnepanelen in ruil voor observatietijd, wat betekent dat de geretourneerde array beschikbaar was voor inspectie door het Agentschap.

Dit was een van de eerste kansen in de geschiedenis van ruimteverkenning om de impact van meer dan twee jaar in de ruimte op een in een baan om de aarde draaiende satelliet te zien. Het team ontdekte honderden inslagkraters op het oppervlak van slechts een klein deel van het zonnepaneel, variërend van micron tot millimeter in diameter.

Negen jaar later, de zonnepanelen werden opnieuw vervangen en keerden deze keer terug naar de aarde na bijna een decennium aan inslagkraters te hebben verzameld.

Deze array is nu te zien in ESA's Technology Centre (ESTEC) in Nederland, maar een klein stukje kwam naar de ESOC-missiecontrole in Duitsland, de thuisbasis van het Space Debris Office.

Array van bewijs van het vroege bombardement van Hubble

Hoewel we niet precies weten wanneer elke inslagkrater is gevormd, ze moeten zijn opgetreden tijdens de periode van het zonnepaneel in een baan om de aarde. Als zodanig, erop gedrukt, is uniek bewijs van ruimtevluchtactiviteit tijdens hun tijd in de ruimte.

De inslagkraters werden bestudeerd om hun grootte en diepte te bepalen, maar ook om potentiële nieuwe residuen op te sporen. Aangezien de chemische samenstelling van de zonnecel bekend was, 'buitenaardse' materialen of elementen kunnen door het botslichaam in de krater zijn gebracht.

Metalen zoals ijzer en nikkel suggereren een inslag van een natuurlijke bron:fragmenten van asteroïden en kometen die bekend staan ​​als micrometeoroïden. De kraters in de zonnepanelen van Hubble bevatten echter kleine hoeveelheden aluminium en zuurstof. een sterke aanwijzing voor menselijke activiteit in de vorm van 'solide raketmotor'-afvuurresten.

Het ruimteafvalteam, als onderdeel van een grotere inspanning met partners in de industrie en de academische wereld, waren in staat om de vorm en grootte van deze kraters te matchen met modellen van raketafvuren waarvan bekend was dat ze destijds plaatsvonden, het vinden van een overeenkomst tussen waargenomen kraters en verwachte kraters.

Was Hubble gewond?

Deze kleine deeltjes, variërend van micrometer tot een millimeter groot, Hubble zou hebben geraakt met enorme relatieve snelheden van 10 km/s, ze hadden echter geen grote invloed op het vaartuig dat ongelooflijke beelden van ons universum blijft maken.

Dergelijke effecten komen vrij vaak voor bij alle satellieten, het belangrijkste effect is een continue maar geleidelijke verslechtering van de hoeveelheid stroom die de zonnepanelen kunnen produceren.

Nieuwe missies maken gebruik van een model gemaakt door het ruimteafvalteam, gebaseerd op vroege Hubble-impactgegevens, om te voorspellen hoeveel effecten er per missie te verwachten zijn en welk effect dit zal hebben op zonne-energie.

Hubble leeft nog steeds met de dreiging van een botsing

Stel je het Hubble-ruimtevaartuig voor in een baan om de aarde, woonachtig in een kubus van 1 km x 1 km x 1 km. Gemiddeld, op elk moment, een enkel stuk puin ter grootte van een micron deelt die kubus met Hubble, want voor elke kubieke kilometer ruimte rond de aarde, er is ongeveer één klein puinobject.

Dit klinkt niet als veel, maar Hubble zelf reist met 7,6 km/s ten opzichte van de aarde en dat geldt ook voor deze kleine brokstukken. Een groot deel van de botsingen tussen de twee gebeurt niet frontaal, maar onder een hoek wat leidt tot relatieve botssnelheden van ongeveer 10 km/s.

Voor de eenvoud, stel je voor dat deze deeltjes met een snelheid van 10 km/s reizen ten opzichte van een stilstaande Hubble. Dit is hetzelfde als tien van deze snel bewegende objecten die elke seconde Hubble's kubieke ruimte in en uit gaan. Omdat de zonnepanelen van Hubble een groot oppervlak innemen, afmeting circa 7x2 m, ze hebben meer kans om oog in oog te komen met grote aantallen van deze projectielen.

Hubble wordt tegenwoordig geconfronteerd met een vergelijkbare dreiging van kleine puinfragmenten als kort nadat het werd gelanceerd. Hoewel er vandaag de dag nog steeds microndeeltjes worden gecreëerd, de atmosfeer op deze lage hoogte, 547 km boven het aardoppervlak, veegt er ook een aantal weg.

Echter, het risico van grotere objecten neemt helaas ook toe. Puinfragmenten met een grootte van ongeveer 1-10 cm zijn te klein om te catalogiseren en vanaf de grond te volgen, maar genoeg energie hebben om een ​​hele satelliet te vernietigen. Op Hubble's hoogte, de kans op een botsing met een van deze objecten is verdubbeld sinds het begin van de jaren 2000, van een kans van 0,15% per jaar tot een kans van 0,3% vandaag.

Hubble woont waar mega-sterrenbeelden van plan zijn te verblijven

Sommige satellieten worden vandaag gelanceerd zonder de mogelijkheid om hun baan te veranderen. In plaats van aan het einde van hun leven te manoeuvreren, ze kunnen op relatief lage hoogten worden ingebracht, zodat de atmosfeer van de aarde ze na verloop van tijd naar beneden trekt om te verbranden, inclusief de regio die Hubble thuis noemt.

In aanvulling, het totale aantal operationele satellieten dat in deze regio wordt geplaatst, zal naar verwachting snel toenemen. Sommige breedband internet constellaties, waarvan de grootste gepland zijn om duizenden satellieten te bevatten, hebben hun zinnen gezet op deze hoogten.

Ruimteveiligheid bij ESA

Om de ophoping van nieuw puin door botsingen te helpen voorkomen, ESA's Space Safety-programma ontwikkelt 'automated collision avoidance'-technologieën die het proces van het vermijden van botsingen efficiënter zullen maken, door de beslissingsprocessen ter plaatse te automatiseren.

Maar hoe zit het met het puin dat er al is? In een wereldprimeur, ESA heeft opdracht gegeven voor een actieve puinverwijderingsmissie die een stuk puin dat zich momenteel in een baan om de aarde bevindt veilig zal verwijderen. De ClearSpace-1-missie zal gericht zijn op een Vespa-raketonderdeel van 100 kg, in een baan om de aarde achtergelaten na de tweede vlucht van ESA's Vega-draagraket in 2013.

Met een massa van 100 kg, de Vespa is qua grootte dicht bij een kleine satelliet. De relatief eenvoudige vorm en stevige constructie maken het een geschikt eerste doel, alvorens verder te gaan naar groter, meer uitdagende opnamen door vervolgmissies - eventueel inclusief het vastleggen van meerdere objecten.