Od prawie siedmiu dekad satelity ponownie wkraczają w atmosferę, ale szczegóły ich ognistego upadku pozostają w dużej mierze niezbadane.
Misja Draco, której start jest zaplanowany na rok 2027, ma na celu to zmienić poprzez bezpośrednie gromadzenie danych podczas ponownego wejścia satelity na orbitę za pomocą niezniszczalnej kapsuły wyposażonej w czujniki i kamery.
W ciągu prawie 70 lat lotów kosmicznych około 10 000 nienaruszonych satelitów i korpusów rakiet ponownie weszło w atmosferę, a wkrótce będzie ich znacznie więcej. Jednak w przypadku tak wszechobecnego zdarzenia wciąż brakuje nam jasnego obrazu tego, co faktycznie dzieje się z satelitą w jego ostatnich ognistych chwilach.
ESA przygotowuje misję Destructive Reentry Assessment Container Object (Draco), która będzie zbierać unikalne pomiary podczas faktycznego ponownego wejścia i rozpadu satelity od wewnątrz. Kapsuła specjalnie zaprojektowana, aby przetrwać zniszczenie, wkrótce potem przekaże cenne dane telemetryczne.
Deimos podpisał pierwszy kontrakt o wartości 3 mln euro na rozpoczęcie rozwoju satelity. Misja Draco to mała i szybka misja zajmująca się bezpieczeństwem kosmicznym, której start zaplanowano na rok 2027.
Ponowne wejście zapobiega powstawaniu śmieci kosmicznych
Aby utrzymać cenne orbity Ziemi w czystości i zapobiec tworzeniu się większej liczby śmieci kosmicznych, ważne jest szybkie usunięcie satelity z orbity po zakończeniu jego misji. ESA jest zaangażowana w realizację swoich ambitnych celów Podejście zero śmiecipowstrzymując dalsze powstawanie śmieci kosmicznych do 2030 r.
Satelity można budować w celu kontrolowanego ponownego wejścia w atmosferę lub przy dodatkowym wysiłku niektóre z nich mogą przejść przez wspomagane ponowne wejście w atmosferę lub ukierunkowane ponowne wejście w atmosferę. Jednak skuteczniejsze jest spotkanie Wytyczne dotyczące łagodzenia zanieczyszczeń kosmicznych będąc od początku „zaprojektowanym na zagładę” i całkowicie rozpadając się podczas ponownego wejścia.
Nauka o ponownym wejściu i zrównoważony rozwój
„Nauka o ponownym wejściu jest istotnym elementem planowania wysiłków zmierzających do upadku. Musimy uzyskać lepszy wgląd w to, co dzieje się, gdy satelity spalają się w atmosferze, a także zweryfikować nasze modele ponownego wejścia w atmosferę” – mówi Holger Krag, szef ds. bezpieczeństwa kosmicznego w ESA.
„Dlatego unikalne dane zebrane przez Draco pomogą w kierowaniu rozwojem nowych technologii umożliwiających budowę większej liczby satelitów, które do 2030 r. będą podatne na upadek”.
Innym ważnym elementem ponownych wejść na pokład jest ich wpływ na samą atmosferę, a dziedzina badań zyskuje na znaczeniu w miarę szybkiego wzrostu liczby zarówno startów, jak i ponownych wejść na pokład. Badanie, w jaki sposób części i cząstki materiałów statku kosmicznego zużywają się i odrywają w wyższych warstwach atmosfery, może dostarczyć informacji o tym, które produkty uboczne powstają i gdzie. Umożliwia to naukowcom poznanie wpływu na środowisko, co z kolei prowadzi do tworzenia bardziej zrównoważonych projektów w przyszłości.
Wyzwania w badaniach dotyczących ponownego wejścia satelitów
„Nawet jeśli uzyskanie danych z satelity podczas jego niszczenia jest trudne, obecnie nie jest możliwe odtworzenie dokładnych okoliczności na ziemi. Możemy wykorzystywać eksperymenty do testowania różnych materiałów i elementów statku kosmicznego w tunelach aerodynamicznych na ograniczoną skalę” – mówi Stijn Lemmens, kierownik projektu Draco w biurze ESA Space Debris Office.
„Ale nie jest jeszcze możliwe wierne odtworzenie niesamowitej prędkości, siły rzeczywistej i ruchów towarzyszących niekontrolowanemu wejściu w atmosferę. W przypadku bardziej kompleksowych imitacji modelowanie wirtualne jest doskonałym narzędziem, które radzi sobie z dowolnymi kończynami, ale wymaga kalibracji i wykorzystania zbiorów danych.
Unikalna konstrukcja satelity Draco
Aby zebrać nowy, unikalny zestaw danych, należy zbudować zniszczalnego satelitę z niezniszczalną kapsułą na pokładzie do obserwacji in situ, co wiąże się z dodatkowymi wyzwaniami.
„Draco musi być przeciętnym statkiem kosmicznym znajdującym się na niskiej orbicie okołoziemskiej, aby był to reprezentatywny powrót na orbitę, a następnie wyposażamy go w czujniki i kamery, które powinny być na tyle wytrzymałe, aby mogły zbierać dane tak długo, jak to możliwe, dopóki otaczający je satelita się spali. ”, wyjaśnia Stijn.
„Z drugiej strony jego niezniszczalna kapsuła musi być w stanie wytrzymać siły ponownego wejścia, a także być w stanie chronić system komputerowy podczas procesu gwałtownego niszczenia, gdy jest on nadal podłączony do czujników, a okablowanie rozciąga się od niej jak ośmiornica .”
Wysoka stawka misji Draco
Już wcześniej, w 2013 r., ESA próbowała obserwować ponowne wejście na pokład statku kosmicznego za pomocą obiektywu kamera zamontowana w zautomatyzowanym pojeździe transferowym (ATV), prom towarowy ISS. Misja Draco ma na celu zebranie znacznie bardziej kompleksowego zestawu danych.
W przeciwieństwie do poprzednich eksperymentów, czujniki Draco będą mierzyć temperatury, mierząc naprężenia różnych części samego satelity i rejestrować ciśnienie otoczenia. Cztery dodatkowe kamery będą skierowane na statek kosmiczny, aby obserwować zniszczenie i zbierać informacje kontekstowe.
Bliższe spojrzenie na wykonanie misji Draco
Ostateczny satelita Draco, ważący około 200 kg (440 funtów) i wielkości pralki, nie będzie miał układu napędowego ani podłączonych systemów nawigacji i komunikacji, ponieważ nie będzie bezpośrednio kontrolowany. Większość ponownych wejść w atmosferę jest niekontrolowana, satelity pozostają bierne, gdy atmosfera zacieśnia się, a celem Draco jest maksymalne naśladowanie przeciętnego ponownego wejścia w atmosferę.
Zamiast tego Draco wykorzysta możliwości sterowania rakiety, z której zostanie wystrzelony, aby ustawić się w linii umożliwiającej szybki powrót na ziemię. Podstawą jest to, że po locie trwającym nie dłużej niż 12 godzin, podczas którego osiągnie maksymalną wysokość nie większą niż 1000 km (~620 mil), Draco ponownie wleci nad niezamieszkany obszar oceanu, a jego 200 czujników i 4 kamery będą rejestrować ognisty upadek i bezpieczne przechowywanie wyniku w kapsule.
Zakończenie misji i przyszłe implikacje
Po spaleniu satelity stanie przed kolejną przeszkodą. Kapsuła o średnicy 40 cm (16 cali) może wirować i przewracać się bardzo szybko, ale musi być w stanie zwolnić spadochron niezależnie od początkowej orientacji i prędkości.
Po otwarciu spadochronu kapsuła opadnie delikatniej, umożliwiając jej połączenie się z satelitą geostacjonarnym powyżej w celu przesłania zebranych danych. Na przesłanie danych telemetrycznych będzie około 20 minut, zanim rozpłyną się one do oceanu, kończąc misję.
„Draco to ekscytująca misja, która rzuci światło na wiele niewiadomych podczas ponownego wejścia na orbitę satelity. Ironią jest to, że rozwój statku kosmicznego i kapsuły odniósłby największe korzyści dzięki zebranym danym” – mówi Tim Flohrer, dyrektor biura ds. śmieci kosmicznych w ESA.
„Draco wyciągnie nas z pętli kury i jajka i stworzy inny zestaw danych do kalibracji naszych systemów i modeli, a w niedalekiej przyszłości przyspieszy wdrażanie technologii „zero zanieczyszczeń”.
