Met honderden satellieten die elk jaar worden gelanceerd, botsingen in de ruimte en het ontstaan ​​van snel bewegende fragmenten van ruimteschroot - of 'ruimteafval' - worden steeds waarschijnlijker, onze voortdurende menselijke en technologische aanwezigheid in de ruimte bedreigt.

De Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling (OESO) heeft onlangs haar eerste rapport gepubliceerd over de economische kosten van ruimteschroot. Met behulp van onderzoek uit verschillende bronnen, inclusief gegevens en analyse van ESA's Space Debris Office, het schetst de gevaren die voor ons liggen als we niets doen, en wat er kan worden gedaan om onze toekomst in de ruimte veilig te stellen.

Hier, we vatten de belangrijkste bevindingen van het rapport samen en leggen uit hoe ESA het probleem helpt aan te pakken via haar Space Safety Programme.

Een groeiend probleem

"Economische en maatschappelijke kwetsbaarheden voor ruimtegevaren, in het bijzonder ruimteafval, groeien." - Space Sustainability:The Economics of Space Debris in Perspective van de OESO, 2020.

Het institutionele en commerciële ruimtegebruik groeit in een steeds hoger tempo. Het aantal satellieten in een baan om de aarde zal verder toenemen met de lancering van 'megaconstellaties' voor satellietbreedband, sommige bestaan ​​uit duizenden satellieten, en daarmee neemt het risico op botsingen en meer ruimtepuin toe.

Slechts één botsing of explosie in de ruimte creëert duizenden kleine, snel bewegende kleine stukjes puin die een functionerende satelliet kunnen beschadigen of vernietigen. Bijvoorbeeld, in 2007, de opzettelijke vernietiging van de FengYun-1C-satelliet verdubbelde de hoeveelheid puin op een hoogte van ongeveer 800 km, wat leidde tot een toename van 30% van de totale populatie puin op dat moment.

Ruimtepuin is duur, en zal nog meer worden

Over de kosten van ruimtepuin, het rapport stelt dat:"Bescherming en mitigatiemaatregelen voor ruimtepuin al kostbaar zijn voor satellietexploitanten, maar de belangrijkste risico's en kosten liggen in de toekomst, als het genereren van puin uit de hand loopt en bepaalde banen onbruikbaar maakt voor menselijke activiteiten."

Het beschermen van satellieten tegen ruimtepuin is duur, beginnend met ontwerpmaatregelen, de noodzaak van toezicht en tracking, operationele satellieten buiten gevaar brengen en zelfs missies helemaal vervangen.

Voor satellieten in een geostationaire baan, de OESO meldt dat dergelijke kosten naar schatting 5-10% van de totale missiekosten bedragen, die honderden miljoenen dollars kunnen bedragen. In lage banen om de aarde, de relatieve kosten per missie kunnen zelfs hoger zijn dan 5-10%.

Echter, de kosten van niets doen zou veel hoger zijn. Voldoende puin in een baan om de aarde zou uiteindelijk kunnen leiden tot het 'Kessler-syndroom' waarin botsingen cascade, leiden tot steeds meer zelfgenererende botsingen, en wat de OESO beschrijft als "een ecologisch kantelpunt dat bepaalde banen onbruikbaar kan maken".

Economieën en samenlevingen worden steeds kwetsbaarder voor de gevolgen van puin

De sociaal-economische gevolgen van het Kessler-syndroom zouden ernstig zijn. Belangrijke ruimtetoepassingen kunnen verloren gaan, zoals weersvoorspellingen, klimaatmonitoring, aardwetenschappen en ruimtegebaseerde communicatie. Het onvermogen om bepaalde banen te gebruiken zou verstrekkende en significante gevolgen hebben. Volgens het rapport, deze zouden zijn:

• Unieke applicaties en functionaliteiten kunnen verloren gaan, b.v. internetten, weer- en communicatiediensten
• Verloren levens b.v. verhoogd risico voor astronauten in het internationale ruimtestation
• Onderbroken aardwetenschappen en klimaatonderzoek
• Toegenomen drukte en druk op andere banen
• Afgeremde economische groei en vertraging van investeringen in de sector

specifiek, het rapport stelt dat:"bepaalde geografische gebieden en sociale groepen onevenredig zouden worden getroffen, met name in landelijke gebieden met een beperkte bestaande grondinfrastructuur en een grote afhankelijkheid van ruimte-infrastructuur."

We doen niet genoeg

Volgens het rapport, "Er bestaan ​​uitgebreide nationale en internationale mitigerende maatregelen, maar naleving is onvoldoende om de orbitale omgeving te stabiliseren."

De huidige richtlijnen voor het beperken van puin voor operators die met satellieten vliegen in een lage baan om de aarde en geostationaire banen omvatten:onder andere:

• vermijd opzettelijke vorming van puin (inclusief anti-satelliettests)
• minimalisering van de kans op onbedoelde explosies
• een 25-jarige deorbit-regel voor missies in een lage baan om de aarde
• missies in een geostationaire baan moeten aan het einde van hun leven naar een hogere 'kerkhofbaan' worden gestuurd, uit de weg houden van functionerende satellieten
• het vermijden van botsingen moet plaatsvinden indien mogelijk, evenals het minimaliseren van het risico van slachtoffers op de grond als gevolg van terugkeer

Zoals samengevat in ESA's laatste Space Debris Environment Report, de meeste operators van satellieten in een geostationaire baan voldoen aan deze richtlijnen, maar minder dan 60% van degenen die in een lage baan om de aarde vliegen, houden zich aan (en slechts 20% in banen boven 650 km). Verschillende landen hebben in de loop der jaren ook anti-satelliettests uitgevoerd.

ESA's Space Safety-programma - de reactie van Europa

ESA's Space Debris Office is toegewijd aan het beschermen van missies tijdens de vlucht van vandaag en het verzekeren van een duurzame toekomst voor ruimtevluchten. Elke dag, teams bij ESOC-missiecontrole in Darmstadt, Duitsland, monitor en beoordeel de waarschijnlijkheid van mogelijke botsingen in een baan om de aarde en begeleid operators bij het veilig houden van hun missies.

Naarmate er meer satellieten in een baan om de aarde worden gelanceerd, huidige 'handmatige' methoden om botsingen in de ruimte te voorkomen, en het ontstaan ​​van puin, zal niet genoeg zijn. Als zodanig, ESA, via het Space Safety Programme van het Agentschap, ontwikkelt 'automated collision avoidance'-technologieën die het proces van het vermijden van botsingen efficiënter maken.

Door het risico en de waarschijnlijkheid van botsingen in de ruimte te beoordelen, deze software zal het besluitvormingsproces verbeteren of een manoeuvre nodig is, en kan zelfs de orders naar risicosatellieten sturen om uit de weg te gaan.

Maar hoe zit het met de rommel die al in een baan om de aarde is? In een wereldprimeur, ESA heeft opdracht gegeven voor een missie die een stuk puin uit een baan om de aarde zal verwijderen.

De ClearSpace-1-missie zal gericht zijn op een Vespa (Vega Secondary Payload Adapter) bovenste trap die in een baan om de aarde is 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, terwijl zijn relatief eenvoudige vorm en stevige constructie het een geschikt eerste doel maken. Deze eerste stap, bewijzen dat het verwijderen van puin in een baan om de aarde mogelijk is, zal een commerciële dienst opzetten die ook grotere, meer uitdagende 'vangsten, ' uiteindelijk inclusief het vastleggen van meerdere objecten.

Het vermijden van botsingen en het verwijderen van puin zijn van vitaal belang om de hoeveelheid puin in de ruimte te verminderen, but compliance with the debris mitigation guidelines outlined above has the greatest impact on our space environment. ESA's Space Debris Office monitors compliance around the globe, and along with the Clean Space Office is working to increase global compliance through operations and technology advancements.