Innowacyjne podejście ESA do ponownego wejścia satelitów na pokład satelity rozpoczyna się od „Salsy” polegającej na wykorzystaniu eksperymentów powietrznych do gromadzenia bieżących danych na temat procesu rozpadu satelity. Wysiłki te wspierają bezpieczniejsze i bardziej zrównoważone opcje wycofywania satelitów z eksploatacji.
8 września 2024 r. pierwszy z czterech satelitów Cluster powróci do domu i spali się w atmosferze ziemskiej w wyniku niekontrolowanego „ukierunkowanego ponownego wejścia” nad odległy obszar południowego Pacyfiku.
W ciągu prawie 70 lat lotów kosmicznych około 10 000 nienaruszonych satelitów i korpusów rakiet ponownie weszło w atmosferę. Jednak nadal brakuje nam jasnego poglądu na to, co faktycznie dzieje się podczas ponownego wejścia w atmosferę.
Eksperyment obserwacyjny z powietrza będzie teraz próbą zaobserwowania ponownego wejścia „Salsy” (klaster 2). Naukowcy na pokładzie małego samolotu będą próbowali zebrać rzadkie dane na temat tego, jak i kiedy rozpada się satelita, które można wykorzystać, aby w przyszłości ponowne wejścia satelitów na orbitę były bezpieczniejsze i bardziej zrównoważone.
Uczenie się na podstawie upadku salsy
„Aby utrzymać cenne orbity Ziemi w czystości, ważne jest szybkie usunięcie satelity z orbit po zakończeniu jego misji, co zapobiegnie dalszemu tworzeniu się śmieci kosmicznych” – mówi Holger Krag, dyrektor ds. bezpieczeństwa kosmicznego w ESA.
„Nauka o ponownym wejściu na rynek jest istotnym elementem tych wysiłków. Ponowne wejście Cluster może pomóc nam zrozumieć, jak projektować i obsługiwać satelity, aby w przyszłości można było ich łatwo, bezpiecznie i w sposób zrównoważony utylizować.”
Cluster oferuje wyjątkowe możliwości dzięki swojemu kwartetowi identycznych satelitów. Zaczynając od Salsy, każdy z nich powróci w nieco innych okolicznościach i pod innym kątem, oferując marzenie naukowca: powtarzalny eksperyment.
„Wspólnie z naszymi partnerami z Astros Solutions wysyłamy samolot, aby na żywo z nieba obserwował powrót Salsy na ziemię, aby obserwować klasę satelity i warunki ponownego wejścia na pokład, które nigdy wcześniej nie były dostępne” – mówi Stijn Lemmens, analityk śmieci kosmicznych w biurze ds. śmieci kosmicznych ESA .
„Są badania, które możemy przeprowadzić na ziemi i mamy wirtualne modelowanie, ale potrzebujemy także obserwacji z życia wziętych na miejscu ponownego wejścia w atmosferę, aby uzupełnić obraz. Eksperyment obserwacyjny z samolotu to dla nas nowa, ekscytująca możliwość gromadzenia danych i zdobywania zaufania do modelowania na potrzeby nowych misji”.
Po spędzeniu 24 lat na orbicie badającej interakcje między Słońcem a Ziemią, weteran misji Cluster dobiega końca. Pierwszy z czterech satelitów kwartetu Cluster, „Salsa”, wejdzie ponownie w atmosferę ziemską we wrześniu 2024 r. W styczniu zespół operacyjny przeprowadził serię manewrów, aby zapewnić, że ponowne wejście nastąpi nad słabo zaludnionym regionem na południu Pacyfik. Źródło: ESA
Ostatni taniec salsy skierowany jest na Pacyfik
Już w styczniu 2024 r. operatorzy skonfigurowali Salsę tak, aby 8 września 2024 r. kierować reklamy na określoną lokalizację geograficzną w jednym z najodleglejszych regionów na Ziemi.
Jeszcze nie teraz albo nigdy, ale jest teraz lub za 24 lata.
„Orbita gromady przenosi ją bardzo blisko Ziemi, a następnie w cyklu 12-letnim ponownie bardzo daleko” – wyjaśnia Bruno Sousa, kierownik ds. operacyjnych klastra.
„Salsa naturalnie w tym roku zbliża się blisko półkuli południowej, co, jak wiedzieliśmy, doprowadzi do jej uchwycenia przez atmosferę. Jego trajektoria została nieznacznie skorygowana w styczniu 2024 r., kiedy manewrowaliśmy nim tak, aby celował w konkretny region południowego Pacyfiku, możliwie najdalej od zaludnionych regionów”.
Chociaż większość statku kosmicznego rozpadnie się w ciągu niecałej minuty, kilka części prawdopodobnie przetrwa. Celowanie w otwarte wody po ponownym wejściu na ziemię znacznie zmniejsza ilość lądu, na który mogą spaść odłamki, dzięki czemu ponowne wejście na pokład jest tak bezpieczne, jak to tylko możliwe.
Koordynowanie obserwacji lotniczych
Zespół potrzebuje ustalonego czasu i miejsca, aby przygotować eksperyment obserwacji z powietrza. Kontrolowane ponowne wejście w atmosferę ułatwiłoby to zadanie, ale Cluster nie został zaprojektowany z myślą o takich możliwościach.
Wysoce ekscentryczna orbita satelitów Cluster umożliwia „ukierunkowane ponowne wejście”. Jej bardzo ekscentryczna orbita oznacza, że Salsa doświadcza dużej utraty wysokości w swoim najbliższym punkcie Ziemi (perygeum) z orbity na orbitę z powodu grawitacyjnego wpływu Słońca i Księżyca. To nie przypadek, że dzieje się to podczas ostatnich orbit Salsy.
Duże spadki wysokości wynoszące ponad 30 km między jedną orbitą a następną oznaczają, że zespół może dokładnie określić orbitę, kiedy Salsa zeejdzie tak nisko, że przekroczy próg, w którym satelity zaczną się spalać, na wysokości około 80 km. Stąd wiedzą, że wejdzie ponownie i spłonie 8 września.
„To właśnie dzięki przewidywalności czasu i miejsca ponownego wejścia w atmosferę możemy wyposażyć samolot w instrumenty naukowe i obserwować ponowne wejście w atmosferę z możliwie najbliższej odległości” – mówi Stijn.
„Jest jednak jedna niewiadoma: gęstość atmosfery w miarę schodzenia coraz niżej. Dlatego przez następne tygodnie stacje naziemne będą nasłuchiwać salsy, mając nadzieję, że uda jej się przesłać dane telemetryczne aż do samego końca. Teleskopy śledzą także statek kosmiczny, ponieważ niewielkie odchylenia od przewidywanej trajektorii, jeśli takie wystąpią, mogą mieć znaczenie dla planu lotu z Wyspy Wielkanocnej.
Innowacyjny eksperyment powietrzny
Nie jest łatwo przeprowadzić eksperymentalną kampanię obserwacyjną z powietrza w miejscu wybranym ze względu na jego oddalenie.
„Lotnicza misja obserwacyjna „ROSIE-Salsa” jest wspólnym wysiłkiem partnerów akademickich z Uniwersytetu w Stuttgarcie (IRS/HEFDiG), Uniwersytetu Komeńskiego w Bratysławie (CUB), Uniwersytetu Południowego Queensland (UniSQ) i partnerów przemysłowych z Hypersonic Technology Göttingen ( HTG) i Astros Solutions, w ścisłej współpracy z ESA” – mówi Jiří Silha, dyrektor generalny Astros Solutions.
„To bardzo wymagająca misja ze względu na nieprzewidywalny charakter zdarzeń związanych z ponownym wejściem w atmosferę, co sprawia, że przewidywanie przerwania wejścia w atmosferę, a także planowanie pozycji statku powietrznego w celu zapewnienia najlepszej obserwacji, jest bardzo wymagające. Jednakże, dysponując ekspertami zarówno w dziedzinie nauki, jak i przygotowania technicznego, nasz zespół składa się z wyjątkowo zdolnych ludzi, którzy zadbają o to, aby gdy obiekt znajdzie się w zasięgu wzroku, otrzymamy wszystkie potrzebne nam istotne dane naukowe.”
Samolot wraz z instrumentami naukowymi zostanie zamontowany w Australii przed wykonaniem lotu próbnego, w celu sprawdzenia, czy wszystko jest gotowe na to wielkie wydarzenie. Następnie zespół przenosi się na Wyspę Wielkanocną, aby tam nawiązać komunikację i poczekać, aż nadejdzie czas wylotu i spotkania z salsą.
Na pokładzie samolotu będzie kierownik naukowy z IRS/HEFDiG, kierownik misji z UniSQ oraz uczestnicy misji z CUB i Astros Solutions, którzy mają nadzieję zobaczyć na żywo powrót na powierzchnię. HTG wspiera naukową analizę i modelowanie danych oraz pomaga w tworzeniu precyzyjnego planu lotu samolotu.
Z każdego okna samolotu będą wystające kamery i spektrografy. W sumie ponad 20 instrumentów naukowych będzie szukać eksplozji, śledzić fragmenty i rejestrować jak najwięcej szczegółów.
Wyzwania ponownego wejścia w światło dzienne
Ponieważ ponowne wejście ma miejsce w ciągu dnia, trudniej będzie go dostrzec na jasnym tle nieba niż w nocy. Skraca czas, jaki naukowcy muszą nastroić swoje instrumenty. Komplikuje to również pracę niektórych instrumentów, które będą musiały szybko odfiltrować promieniowanie słoneczne z sygnałów, które próbują wychwycić.
Czekanie na potwierdzenie, czy obserwacja się powiodła, będzie pełne napięcia. Może to zająć kilka minut, a nawet godzin ze względu na ograniczoną łączność w samolocie i jego skrajnie odizolowane miejsce.
Przyszłość nauki o ponownym wejściu i redukcji zanieczyszczeń
Ekscytująca możliwość wysłania samolotu w celu obserwacji na żywo z powietrza ponownego wejścia w atmosferę jest rzadka i zapewnia bogactwo danych na temat tego, jak i kiedy dokładnie satelity się rozpadają.
Ponowne wejście Cluster następuje po misjach obserwacyjnych Ziemi Aeolus i ERS-2 prowadzonych przez ESA. ESA ustanawia precedens dla odpowiedzialnego podejścia do ograniczenia stale narastającego problemu śmieci kosmicznych i niekontrolowanego ponownego wejścia na pokład dzięki swoim Podejście zero śmiecizobowiązując się do zaprzestania powstawania śmieci kosmicznych do 2030 r.
Do końca listopada 2024 r. operatorzy ESA będą manewrować trzema pozostałymi satelitami Cluster, aby ustawić je w linii do ponownego wejścia na orbitę w podobnie odległych lokalizacjach nad południowym Pacyfikiem. „Rumba” (klaster 1) zostanie wyłączona w listopadzie 2025 r., a „Samba” (klaster 3) i „Tango” (klaster 4) w sierpniu 2026 r.
„Oprócz czterech ponownych wejść do Cluster, patrzymy także w przyszłość na ekscytujące misje ESA Misja DRACO. Dzięki DRACO chcemy uzyskać dane telemetryczne z satelity rejestrującego to, co dzieje się od wewnątrz podczas jego własnego ponownego wejścia w atmosferę” – mówi Tim Flohrer, dyrektor Biura ds. śmieci kosmicznych w ESA.
„DRACO będzie aktywnie kontrolowanym ponownym wejściem satelity wyposażonego w „czarną skrzynkę”, która zapewni nam dane telemetryczne, z których będziemy mogli się uczyć. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, mamy nadzieję, że w przyszłości będziemy mogli zorganizować podobne kampanie obserwacji z powietrza tych ponownych wejść w atmosferę”.
