Irgendwelche möglichen Rückschläge bei der Deorbitierung von größerem Weltraumschrott und dem Verbrennen beim Wiedereintritt in die Atmosphäre?

Der Wiedereintritt kann aus mehreren Gründen gefährlich sein:

• Die Trümmer verbrennen möglicherweise nicht vollständig. Ob ein bestimmtes Objekt in der oberen Atmosphäre verbraucht wird, hängt stark von seinen Materialien, seiner Form, seiner Geschwindigkeit, seiner Wiedereintrittsbahn und sogar seiner Richtung ab (um ein extremes Beispiel zu nennen, ein Gemini-Raumschiff hatte auf einer Seite einen Hitzeschild, so dass der Weg dass das Fahrzeug spitz war, machte den Unterschied zwischen einer sicheren Landung und einem Astronauten-BBQ). Ein nicht verbrannter Schutt kann an Land einige Schäden anrichten. Es scheint, dass Trümmer eines gescheiterten Thor-Raketenstarts am 30. November 1960 eine Kuh in Kuba getötet haben (von hier referenziert , aber die Verbindung scheint tot zu sein); Zugegeben, dies war kein Trümmer "aus dem Orbit", aber dies hebt das Problem dennoch hervor.

  Ein neueres Beispiel: Ende 2011 fiel ein metallisches, offensichtlich von Menschenhand geschaffenes Objekt auf ein Feld in Namibia, höchstwahrscheinlich aus dem Orbit. Es scheint ein Hydrazintank eines alten Satelliten gewesen zu sein, der den Wiedereintritt überstanden hat.

• Wenn der Schutt verbrennt, dann breitet sich das, woraus der Schutt gemacht wurde, in der oberen Atmosphäre aus. Dies kann problematisch sein, insbesondere wenn der Schutt ein RTG enthielt . Die Menschen sind im Allgemeinen nicht sehr begeistert von der Idee, radioaktives Material über ihren Kopf zu verteilen; Tatsächlich war dies der eigentliche Grund für das Verbot atmosphärischer Atomtests.

• Ein Land, das einen Weg entwickelt, Trümmer auf die Erde zu werfen, ist ein Land, das "Trümmer" auf "Erde" fallen lassen kann, wobei "Trümmer" "schwere Stücke aus hartem Material mit viel kinetischer Energie" und "Erde" sein können genauer gesagt, wie "der Kreml". Das ist nicht unbedingt die Art von Technologie, die wir eingesetzt und eingesetzt sehen möchten. Diplomatische Konsequenzen sind wahrscheinlich.

Ein wichtigerer Punkt könnte jedoch sein, dass große Trümmer kein großes Problem darstellen, da ihre Position und Flugbahn bekannt und vorhergesagt sind. Die wirklich beängstigenden Trümmer sind die im 1-cm-Größenbereich, weil sie bei Orbitalgeschwindigkeit genug kinetische Energie haben, um einen Satelliten oder ein Raumschiff zu zerstören, und dennoch klein genug sind, um der Entdeckung zu entgehen. Und davon gibt es viele; viel mehr als große Trümmer.

Wenn finanzielle und technische Aspekte „kein Problem“ sind, dann sollten wir die Trümmer, anstatt sie abzuwerfen, aus der Erdumlaufbahn schieben und dann in die Sonne werfen. Langfristig wäre das viel sicherer.

Zunächst einmal sind die Dinge, die wir in den Weltraum bringen, selbst die Dinge, die wir verwenden, um Menschen und andere Dinge in den Weltraum zu bringen, nicht wirklich freundlich, wenn man aus der Nähe kommt. Denken Sie daran, dass die Space Shuttles, um außer Dienst gestellt und in Exponate des Luft- und Raumfahrtmuseums umgewandelt zu werden, einen umfangreichen Dekontaminationsprozess durchlaufen mussten, um alle flüchtigen, giftigen Chemikalien zu entfernen, die als Treibmittel, Kraftstoffe und sogar Schmiermittel auf dem Orbiter verwendet wurden, und sie ersetzten sie mit Stoffen, die nur in Erdatmosphäre und Umgebungstemperatur gut zurechtkommen müssen, statt bei +-200°C im Vakuum.

Ein Beispiel für einen üblichen Treibstoff, der für Raketen zum Heben, Verlassen der Umlaufbahn und zur Positionserhaltung/Umlaufmodifikation verwendet wird, ist Hydrazin , N ₂ H ₄ . Idealerweise verbinden sich ein Molekül Hydrazin und ein Molekül zweiatomiger Sauerstoff, um zwei Moleküle Wasserdampf, ein Molekül zweiatomigen Stickstoff und etwa 592 kJ/mol zu erzeugen. Für die Größe der beteiligten Moleküle wird viel Wärme freigesetzt, weshalb sie in Raketentreibstoff verwendet wird; Pfund für Pfund ist es besser als der bekannte Sprengstoff C4 (der Hauptwirkstoff von C4, RDX, gibt Ihnen mit etwa 1120 kJ/mol etwas mehr als doppelt so viel Energie pro Mol, wiegt aber mit 222 g/mol fast viermal so viel zu Hydrazin und Sauerstoff zusammen 64 g/mol). Da eine Rakete kaum mehr als eine lange, kontrollierte Explosion ist, möchte ich nicht, dass der Treibstofftank der Rakete mit Überschallgeschwindigkeit in die sauerstoffreiche Atmosphäre eindringt. Das ist ein One-Way-Ticket zu einer kurzen, unkontrollierten Explosion und einer mächtigen (besonders wenn der LOX -Tank direkt daneben einfährt und viel konzentrierten Sauerstoff auf die Party bringt).

Hydrazin ist auch akut toxisch; Die NFPA, die chemische Gefahren für die Verwendung in industriellen Umgebungen bewertet, gibt ihr die maximale Einstufung von 4 als Gesundheitsrisiko und ordnet sie in die gleiche Kategorie wie Substanzen ein, die wir speziell entwickelt haben, um sich gegenseitig zu töten, wie Blausäure, Sarin und VX Nervengas. Die Substanz entzündet sich auch spontan bei Umgebungstemperaturen auf der Erde und in Gegenwart von Sauerstoff (ein weiterer Grund, warum sie als Brennstoff verwendet wird; keine Zündquelle erforderlich) und sie wird fortschreiten und spontan explodierenbei einem guten physischen Schock (wie zum Beispiel der Aufprall auf den Boden nach dem Wiedereintritt, wenn es so weit kommt). Mit dieser NFPA 704-Gesamtbewertung von 4-4-3 gehört es zu den übelsten Substanzen, die unsere chemische Industrie in großen Mengen produziert (es gibt üblere, aber sie werden normalerweise nicht in Tankwagenladungen verkauft und versandt).

Schließlich ist die ideale Reaktion zwischen Hydrazin und Sauerstoff nicht die einzige Möglichkeit; Bei verschiedenen Mischungen der beiden erhalten Sie am Ende Ammoniakgas, verschiedene Stickoxide und andere nicht schöne Dinge (obwohl fast alles besser ist als Hydrazin selbst). Und das ist, wenn LOX als Oxidationsmittel verwendet wird; der modernen Wissenschaft sind Dinge bekannt, die besser oxidierenals flüssiger Sauerstoff, wie die Halo-Trihalogenide (Chlortrifluorid, Chlortribromid und Bromtrifluorid), Perchlorate, Peroxide usw., die sich alle im Oxidationstank des Satelliten befinden könnten und sich auf neue und aufregende Weise mit Hydrazin verbinden würden. Eine übliche ist Salpetersäure (in ihrer weißen rauchenden Form, oft "gehemmt" durch Zugabe von Flusssäure, die eine Schutzschicht aus Metallfluorid bildet, um zu verhindern, dass die Salpetersäure durch den Tank frisst), da sie keine kryogene Handhabung erfordert; Die ideale Reaktion wäre ein Teil Brennstoff zu zwei Teilen Oxidationsmittel, das Stickstoffgas, Wasser und Sauerstoff erzeugt, aber Salpetersäure verhält sich nicht gerne "ideal", und es ist viel wahrscheinlicher, dass Sie eine (ungesunde) Dosis Gift erhalten Stickstoffdioxid anstelle des sauberen Stickstoffs und Sauerstoffs.

Dies alles nur an einem Beispiel, mit "interessanten" Konsequenzen aus chemischer Sicht. Auffälliger ist die einfache Physik; Ein Raumschiff im geostationären Orbit bewegt sich mit etwa 11.068 km/h oder etwa 3.074 m/s fort. Es ist ein interessanter Widerspruch in der Projektilphysik und der Orbitalbewegung, dass "man beschleunigt, um langsamer zu werden". Das Gegenteil gilt; Indem Sie die Winkelgeschwindigkeit dieses Raumfahrzeugs verlangsamen, um die Umlaufbahn zu verlassen, werden Sie relativ zur Erdoberfläche schneller. Wenn Sie mit dem Wiedereintritt beginnen, fahren Sie tatsächlich schneller als 8.000 m / s oder schneller als Mach 25; 10-mal schneller als eine .223 Remington-Patrone, die von einer M-16 abgefeuert wird. Und der Satellit wiegt viel mehr als eine .223-Kugel.

Nehmen wir nur als grobe Schätzung an, dass das Raumschiff bescheidene 5 Tonnen (~22000 kg) wog, was dem aktuellen Durchschnitt für einen Kommunikationssatelliten entspricht. Bei der Flucht- (oder Wiedereintritts-) Geschwindigkeit hätte das Fahrzeug eine kinetische Energie von 0,5 * 22000 * (8000) ^ 2 = 7,04E11 J. Perspektivisch gesehen ist das etwas mehr Energie, als Sie durch die gleichzeitige Detonation von 10 MOABs erhalten würden . Wenn wir die Hydrazin-Güte wieder hinzufügen, sagen wir, 400 kg des Gewichts des Fahrzeugs waren Hydrazin-Kraftstoff. Bei 32 g/mol und 592 kJ/mol beträgt die potenzielle chemische Energie des Hydrazintreibstoffs 7,4E9 J, ein Hundertstel der Energie des Raumfahrzeugs selbst, aber immer noch etwa die Energie, die einem durchschnittlichen Blitz innewohnt.

Alle Zahlen aus Wikipedia.

Die obere Atmosphäre ist eine sensible Umgebung. Im Gegensatz zu Verbindungen, die in der Troposphäre freigesetzt werden, haben Verbindungen, die in der Stratosphäre oder Mesosphäre landen, eine lange Lebensdauer, sodass sich dort Material ansammelt. Dieses Problem wurde nicht sehr viel angesprochen, aber im Gegensatz zu @JeremyKemballs Antwort glaube ich nicht, dass es sicher ist anzunehmen, dass nichts davon von Bedeutung ist.

Der wahre Grund dafür, dass dies nicht routinemäßig durchgeführt wird, liegt jedoch nicht in der Umwelt. Viele Dinge werden absichtlich deorbitiert, und bisher waren die Auswirkungen auf die obere Atmosphäre noch nie ein Grund, nach anderen Lösungen zu suchen. Mögliche Umweltrückschläge also – ja. Aber was uns in der Praxis aufhält, sind nicht die möglichen ökologischen Rückschläge, sondern die technischen und finanziellen Herausforderungen.

Die großen Herausforderungen sind finanzieller und technischer Natur. Ab einer bestimmten Größe könnte großer Weltraumschrott auf Menschen landen, aber ich denke, das ist mehr oder weniger die einzige Gefahr. Jeden Tag verbrennen etwa hundert Tonnen Weltraumstaub in der Atmosphäre (das meiste davon mikroskopisch klein, daher variieren die Schätzungen stark), sodass man davon ausgehen kann, dass das Hinzufügen von ein paar Tonnen mehr Satelliten die Chemie der oberen Atmosphäre nicht zu stark beeinflussen würde .

Offensichtlich besteht eine der Herausforderungen bei der Alterung von Satelliten darin, dass es viel billiger ist (finanziell, in Bezug auf Raketentreibstoff, zeitlich), einen toten Satelliten in einer „Friedhofsbahn“ zu parken, als ihn in eine verfallende Umlaufbahn zu ziehen.