Kuvittele itseäsi astronautina, joka suorittaa tieteellisiä kokeita ja upeaa yleisörobotiaa. Mission Control radiot, jotka kaikkien avaruusasemien henkilöstön tulisi evakuoida pelastusautoihin, koska pala tappavaa avaruusjätettä on menossa tietäsi kohti.
Tämä skenaario ei ole tieteiskirjallisuus. Kesäkuussa 2011, Space Magazine kertoi, että "kansainvälisen avaruusaseman kuuden miehistön jäsenen käskettiin turvautua ... kahteen Venäjän Sojuz-avaruusalukseen." Kun enemmän satelliitteja saavuttaa käyttöiänsä loppua, avaruudessa ja kentällä tapahtuu enemmän avaruusromu-hätätilanteita, epäilemättä vähemmän miellyttävin tuloksin. Nuorilla avaruuteen kaukaisuuksillamme toimivalla yhteiskunnallamme on toistaiseksi ollut onnea: ISS on pystynyt välttämään avaruusromua, ja putovat, hallitsemattomat satelliitit ovat onneksi pudonneet valtameriin. Mutta jonain päivänä onni loppuu.
On kuitenkin toivoa. Uusi paperi nimeltään Kiertoradan roskien poistaminen laserilla arXiv: ssä julkaistu ehdottaa maapallolta saatavan suuritehoisen pulssilaseerijärjestelmän tuottamista plasmasuihkulla avaruusjätteiden kappaleille, hidastaen niitä hiukan, aiheuttaen niiden palaamisen ja palamisen ilmakehään tai putoamisen valtamereen.
Claude Phipps ja hänen tiiminsä Photonic Associates -nimestä huipputeknologiayrityksestä kertoivat menetelmästään nimeltään Laser Orbital Debris Removal (LODR), joka käyttää 15 vuotta vanhaa lasertekniikkaa, joka on nyt helposti saatavilla.
Ryhmä tunnusti, että "kolmekymmentäviisi vuotta huonoa taloudenhoitoavaruutta avaruudessa on luonut useita satoja tuhansia kappaleita avaruusjätteitä, jotka ovat yhden senttimetrin suuruisia, ... maapallon kiertoradalla (LEO)". Nämä eivät välttämättä näytä suurilta esineiltä, mutta dünamiitin energiatiheydellä jopa suuri maalilastu voi aiheuttaa suuria vaurioita.
Jätteiden poistaminen on kiireellinen tehtävä, koska avaruudessa olevan roskien määrä aiheuttaa ”karkaavan törmäyskaskadin” esineiden törmääessä keskenään, jolloin syntyy vielä enemmän roskien paloja.
Plasmasuihkun luomisen lisäksi on myös muita ratkaisuja, mutta niillä on taipumus olla sekä vähemmän tehokkaita että kalliimpia. Laseria voitaisiin käyttää hiottamaan esine pölyksi, mutta se tekisi hallitsemattoman sulasumun, mikä pahentaisi ongelmaa.
Kohteen tarttuminen tai kiertävän sarjan kiinnittäminen voivat molemmat olla tehokkaita. Valitettavasti ne vaativat paljon polttoainetta johtuen tarpeesta kiihdyttää kohteen kiinniottaminen, mikä johtaa kalliimpaan ratkaisuun - noin 27 miljoonaa dollaria per objekti. Lopuksi on ydinvaihtoehto vapauttaa kaasu, sumu tai ilmageeli esineiden hidastamiseksi, mutta tämä vaikuttaisi sekä operatiivisiin että ei-operatiivisiin avaruusaluksiin.
Phipps ja hänen tiiminsä sanovat paperissaan, että avaruusromu poistetaan luomalla muutaman sekunnin pituinen plasmasuihku laserilla. Se on paras ratkaisu, joka maksaa vain miljoona dollaria per poistettu suuri esine ja muutama tuhat pienille kohteille. Lisäksi pienempiä kohteita voidaan kiertää vain yhdellä kiertoradalla, ja "167 erilaista kohdetta voidaan osoittaa (lyödä laserilla) yhdessä päivässä, jolloin ilmakehän palaamiseen on 4,9 vuotta".
Kaikkia 167 esinettä on seurattava huolellisesti, jotta heidän kohtalonsa polut eivät muutu huonompaan suuntaan; Järjestelmää voidaan kuitenkin käyttää säätämään avaruusromujen kiertoratoja. Avaruusjäteseurannan nykyiset tasot eivät kuitenkaan ole riittäviä LODR: n toteuttamiseen, mutta roskien seurannan parantamisella on kaksinkertainen hyöty helpommasta poistamisesta ja paremmasta välttämisestä. Parempi seuranta mahdollistaa sitten paremman hallinnan palautumispisteestä ja kiertoradan muokkaamisesta tarvittaessa LODR: llä.
Kuinka laserin kevyt painallus voi muuttaa kiertorataa? Vaikka laser ei räjäytä roskia ilmasta, se on silti tehokas kiertoradan mekaniikan luonteen vuoksi.
Kuvittele kuutiosatti, joka on hävitettävä matalassa korkeudessa, täydellisesti pyöreällä kiertoradalla. Suurtehoisen laserin hana ja muodostunut plasmasuihku työntäisivät kuutiosat kauemmas maasta (korkeammalla) ja elliptisemmälle kiertoradalle.
Tämä voi tuntua kauhealta idealta ajalta, jolloin kuutiosaari viettää korkeammalla, mutta puoliympyrän muodossa se leikkaa ilmakehän alemmassa korkeudessa, koska ellipsi on vääntynyt laserin säädösten takia. Koska pieni korkeus vastaa enemmän vetämistä, kuutiosatti hidastuu ja lukittuu alemmalle kiertoradalle. Siksi erittäin elliptisiä kiertoratoja kutsutaan siirtoradoiksi, koska ne muuttavat kaistaa avaruuden valtatiellä. Nyt, kun siirtorata kiertoradalla on valmis, kuutiosatti on hidastunut tarpeeksi, jotta sen kiertorata ei enää ole saavutettavissa kuutiosatan avulla. Sitten kuutiosatti putoaa taivaalta.
LODR: n tutkimuksen liha käsittelee ilmakehää, koska laser voi tulla kohdistamatta, jos ilmakehän turbulenssiin ei puututa. LODR on monimutkainen, koska ilmakehän turbulenssi aiheuttaa vääristymiä, kuten ne, joita näet tien yläpuolella kuumana kesäpäivänä, tai kuten ne, jotka näet katsomalla lasipulloa. Tämä monimutkaisuus on edessä olevan tavoitteen lisäksi, joka tarvitaan osumaan tavoitteeseen, aivan kuten eteenpäin suuntautuva tavoittelu osui juoksevan pelaajan päälle dodgeballissa.
Turbulenssi voidaan peruuttaa kahdella tavalla. Ensinnäkin, laser voidaan loistaa tunnetussa paikassa ilmakehässä, kiinnostaen natriumatomeja siinä paikassa. Tietäen tämän pisteen korkeuden taivaalla, järjestelmä voi sitten taivuttaa heijastavaa peiliä pisteen saattamiseksi pisteeseen tarkennukseen hetkittäin. Se voi sitten ampua vapaasti.
Toinen tapa on käyttää faasikonjugaatin (PC) peilin käyttöä, joka tunnetaan muuten nimellä jälkijäätin ja joka voi automaattisesti poistaa turbulenssin lähettämällä valoa, jonka vaihevaihtelu on käännetty. Toisin sanoen se lähettää takaisin "vastakkaisesti vääristyneen" lasersäteen, jonka vääristymistä ei tehdä ilmakehässä, joka luo terävän lasersäteen.
LODR ei ole hopea luoti. Wired raportoi, että "pääasiallinen kritiikki tällaiselle hankkeelle tulee kansainväliseltä yhteisöltä, joka voi pelätä, että riittävän tehokasta laseria voidaan käyttää sotilaallisiin tarkoituksiin, kuten vihollisen satelliittien lyömiseen". Wired sitten teki haastattelun Kesslerin kanssa; NASA: n entinen Orbital Debris -tutkimuksen vanhempi tutkija, joka sanoi asiaan liittyvän politiikan vuoksi "kaikki laser-ehdotukset ovat kuolleet saapuessaan". Phipps kuitenkin vakuuttaa Wiredettä "Jos saamme oikean kansainvälisen yhteistyön, kukaan ei uskoisi laserin olevan ase lampaan vaatteissa."
Kuten Kessler huomauttaa, osoittamatta jääneitä ongelmia on edelleen, jos avaruusobjektin väärään kohtaan osuminen johtaisi tuhoisiin tuloksiin. "Saatat osua satelliitin väärään osaan tai voisit höyrystyä niin, että se räjähtää." Siitä huolimatta esineen huolellinen tutkiminen voisi välttää vaarat.
