Warum sollte eine Kiste voller 1-cm-Kugeln, die in LEO freigesetzt werden, für einen Ingenieur, der die ISS unterstützt, so beängstigend sein?

Update März 2018: Ich habe das gerade in Buzzfeed gesehen (Google hat mich dorthin geschickt, ich lese es normalerweise nicht): Rich People Will Soon Be Able To Buy Fake Meteor Showers On Demand . Es scheint, dass dies im Jahr 2018 passieren könnte.

Ich habe mir dieses wirklich coole Video über die Raumsonde Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) angesehen, und ich sah, wie dieser Marmon-Ring davonflog, und dachte instinktiv: "Meine Güte, das könnte jemandem die Augen ausstechen, wie rücksichtslos!" Das ist nicht die richtige Art, über Weltraumschrott nachzudenken.

Dann stellte ich diese Frage und bekam bei einigen Leuten einen ziemlichen Aufschrei. Anscheinend löste das Freigeben vieler ~1cm-Objekte in LEO einige "interne Alarme" aus ;)

Kann also jemand beschreiben, was genau diese eigentlich beängstigender macht als die Standardobjekte, die heutzutage in LEO veröffentlicht (= verworfen) werden?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Anscheinend ist diese "Kiste voller Kugellager in LEO" gruseliger!

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Hier ist eines der Originalvideos, das andere ist inzwischen "dunkel geworden" (privat):

Warum ist es schlecht? "Ich war mal ein Astronaut wie du, dann habe ich mir ein Orbital-Geschwindigkeits-Kugellager ins Knie gesteckt."
@Mindwin, damit bin ich nicht vertraut, und dieser Ort ist nicht der optimale Ort, um darüber zu diskutieren. Es gibt eine Meta-Frage, bei der Sie dies weiter ausführen könnten. Vielen Dank!

Antworten (4)

Na ja, auf diese Frage kann auch mein Name direkt drauf gedruckt werden!

Der Schutz von Raumfahrzeugen vor der Bedrohung durch orbitale Trümmer gibt es in zwei Varianten:

  • Abschirmen und widerstehen
  • Erkennen und vermeiden

Zunächst einmal präsentiert Seite 5 dieses NASA -Papiers eine gute Annäherung erster Ordnung an die allgemeine Bedrohung durch LEO-Orbitaltrümmer. Sie werden einige Variationen mit Höhe und Neigung feststellen, aber zum größten Teil ist die Form des Diagramms im Allgemeinen gleich. Die Linie stellt den inversen kumulativen Fluss dar – das heißt, die Anzahl der Partikel pro Quadratmeter und Jahr einer bestimmten Größe oder größer aus allen Richtungen zusammen. Es ist wichtig zu beachten, dass dieser Fluss logarithmisch ist. Der Text neben den dicken Pfeilen bezeichnet die Datenquelle, die das Modell für die angegebenen Größenbereiche informiert.

Am äußersten linken Ende des Diagramms haben wir eine sehr hohe Anzahl sehr kleiner Partikel. Die meisten davon sind betrieblich belanglos, es sei denn, Sie haben besonders empfindliche Oberflächen wie Teleskop- oder Kameraoptiken. Die meisten Oberflächen erfordern keine oder nur eine minimale Abschirmung, um Stößen in diesen Größenbereichen standzuhalten.

Wenn Ihre Partikelgröße größer wird, benötigen Sie eine spezielle Abschirmung zum Schutz Ihrer Hardware. Diese Schilde schützen Sie normalerweise bis zu einer bestimmten maximalen Größe für typische Stöße. Größere Schutzkapazitäten bedeuten mehr Masse und skalieren nicht linear, sodass ein Grenzwert festgelegt werden muss, damit ein bestimmtes Raumfahrzeug leicht genug ist, um zu fliegen.

Objekte, die groß genug sind, können erkannt und vermieden werden. Erkennung und Vermeidung erfordern Zeit für die Planung und Ausführung – mehrere Umlaufbahnen. Es ist nichts, was Sie in einem Film sehen würden. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, dass die gesamte Erkennungs- und Vermeidungsfähigkeit auf die Verwendung von bodengestützten Verfolgungsmitteln zurückzuführen ist. In den USA erfolgt dies in der Regel in Form von Konjunktionsbenachrichtigungen von JSpOC/USSTRATCOM ( weitere Informationen finden Sie hier ). Diese Informationen stammen hauptsächlich vom Space Surveillance Network, und die typischen Größen „verfolgter Objekte“ sind in der oben hervorgehobenen Grafik mit „SSN“ gekennzeichnet.

Unterhalb einer bestimmten kritischen Größe können Objekte im Weltraum nicht zuverlässig verfolgt werden. Ihre Anwesenheit ist mit Radar und Teleskopen im "Starre"-Modus ("Goldstone", "HAX" und "Haystack") beobachtbar, aber das bringt Ihnen nur eine Bevölkerungszählung, keine Verfolgung. Diese Objekte können im Allgemeinen nicht erkannt und vermieden werden, und sie befinden sich in Größenbereichen, für die eine wirksame Abschirmung für alle außer den kritischsten Hardwareoberflächen unpraktisch massiv ist.

Wie bei so ziemlich jeder Raumfahrzeuganwendung ist es unmöglich, das Missions- oder Fahrzeugverlustrisiko auf Null zu senken. (Tatsächlich ist das sicherste Raumfahrzeug dasjenige, das nicht fliegt!) Es müssen sorgfältig abgewogene Entscheidungen darüber getroffen werden, welche Risikostufen akzeptiert werden. Diese Entscheidungen beruhen darauf, dass die zugrunde liegenden Daten, die die Risikoberechnungen speisen, für die Zukunft gültig sind.

Eine unerwartete Freisetzung einer großen Anzahl von Objekten mitten in der Region „zu klein, um sie zu entdecken und zu groß, um sie praktisch abzuschirmen“, in einer Höhe, in der sie für Monate oder Jahre durch die Umlaufbahnen kritischer Vermögenswerte regnen könnten würde den risikobasierten Entscheidungsprozess massiv stören. Für Hardware, die sich bereits im Orbit befindet, würde dies das Risiko eines katastrophalen Verlusts über ein akzeptables Maß hinaus stark erhöhen. Bei ausreichend hohen Konzentrationen könnte es LEO zu gefährlich machen, um es jahrelang oder jahrzehntelang zu bewohnen.

Was Sie also sagen, ist: "Tu das nicht, weil es meinen Job schwieriger macht?" :D
@mikeTheLiar genauso wie die Legalisierung von Brandstiftung die Arbeit von Ersthelfern erschweren würde, ja.
Sie sprechen nur von Größe, aber spielt die (relative) Geschwindigkeit nicht auch eine große Rolle? Wäre es nicht genauer, die kinetische Energie von Weltraumschrott relativ zu einem „typischen“ LEO-Satelliten anzugeben? Und sind nicht die meisten Umlaufbahnen kreisförmig und damit fast identisch, was ihre relativen Geschwindigkeiten sehr klein und harmlos macht?
@Michael Nicht alle haben jedoch die gleiche Neigung. Also nein, nicht harmlos.
Das Wort "Raumschiff" in Ihrem vorletzten Absatz ist überflüssig. :)
Beschränkt man sich auf kreisförmige Umlaufbahnen in einer bestimmten Höhe, gibt es ein zweidimensionales Kontinuum möglicher Umlaufbahnen mit Begegnungsgeschwindigkeiten irgendwo zwischen null und der doppelten Umlaufgeschwindigkeit. Die durchschnittlichen Begegnungsgeschwindigkeiten betragen etwa 140 % der Orbitalgeschwindigkeit.
"Wenn Sie sich auf kreisförmige Umlaufbahnen in einer bestimmten Höhe beschränken, gibt es ein zweidimensionales Kontinuum möglicher Umlaufbahnen mit Begegnungsgeschwindigkeiten irgendwo zwischen null und der doppelten Umlaufgeschwindigkeit. Die durchschnittlichen Begegnungsgeschwindigkeiten betragen etwa 140% der Umlaufgeschwindigkeit." Das beeindruckendste Satzpaar, das ich habe habe eine Weile gelesen!
@Tristan: "Durchschnitt" in welchem ​​Sinne? 140% klingt wie sqrt(2), also 90° Aufschlag. Der Durchschnitt aller möglichen Schnittpunkte liegt darunter (ca. 127 %). Aber fast alle Umlaufbahnen sind linear und die meisten haben eine ziemlich geringe Neigung, so dass der Durchschnitt der tatsächlichen Schnittpunkte noch erheblich niedriger wäre.
@Tristan "Für jedes Objekt im Raum gibt es ein anderes Objekt, das sich mit der gleichen Geschwindigkeit, aber entgegengesetzter Richtung bewegt", Kesslers 2. Regel?
@jerryb das denkst du vielleicht, aber die Daten stützen dich nicht darauf. Die durchschnittliche Auftreffgeschwindigkeit der orbitalen Trümmer auf der ISS beträgt etwa 11 km/s.
@Tristan Das deutet darauf hin, dass sich die von der ISS angetroffenen mittleren Umlaufbahntrümmer nicht in einer kreisförmigen Umlaufbahn mit der gleichen Höhe wie die ISS befinden. Es verschmilzt auch „Durchschnitt“ mit „Median“ …
@jerryb Unterschiede in der Umlaufbahn sind mehr als genug, um die Geschwindigkeiten zu erklären. Richtig: Ich sollte Durchschnitt und Median nicht verschmelzen. Es gibt jedoch absolute Ober- und Untergrenzen für die Begegnungsgeschwindigkeiten, und die Verteilungen haben eine ziemlich kompakte Unterstützung, sodass es nicht wirklich viele grobe Ausreißer gibt, die Mittelwert und Median auseinandertreiben.
Dass der Schnittwinkel die Geschwindigkeiten mathematisch erklären könnte , macht es nicht wahrscheinlich. Dasselbe könnte man von einer durchschnittlichen Aufprallgeschwindigkeit von 200 % sagen: Es könnte mathematisch erklärt werden, dass jeder Aufprall von einem Objekt kommt, das sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Aber rückläufige Umlaufbahnen sind einfach nicht so häufig, also würden wir annehmen, dass das nicht die Antwort ist. Ihre ursprüngliche Aussage war "Beschränken Sie sich auf Kreisbahnen". Alle relevanten ISS-Daten haben diese Einschränkung nicht, und wir können einfach nicht davon ausgehen.
Irgendwann wirst du mich beim Wort nehmen müssen. Das ist, was ich beruflich mache. Ich habe die Daten.
@JerryB Wenn Sie wirklich daran interessiert sind, erwägen Sie bitte, eine neue, richtige Stackexchange-Frage zu stellen, in der viel Platz für Feedback zu Ihrem Vorschlag ist.

Es gibt ein paar Informationen, die erforderlich sind, um zu erklären, warum man bei 1-cm-Objekten vorsichtig sein könnte:

Objekte mit einer Größe von nur 4 Zoll (etwa 10 cm) können von Radargeräten oder optischen Teleskopen auf der Erde gesehen werden

Ups, ich kann sie nicht sehen.

Es gibt auch Millionen von Trümmerstücken, die kleiner als ein Drittel Zoll (1 cm) sind. Im erdnahen Orbit bewegen sich Objekte mit einer Geschwindigkeit von 4 Meilen (7 Kilometer) pro Sekunde. Bei dieser Geschwindigkeit packt ein winziger Farbfleck die gleiche Schlagkraft wie ein 550-Pfund-Objekt, das sich mit 60 Meilen pro Stunde bewegt. Ein solcher Aufprall kann nicht nur kritische Komponenten wie unter Druck stehende Gegenstände, Solarzellen oder Halteseile beschädigen, sondern auch neue Teile potenziell bedrohlicher Trümmer erzeugen.

Sogar ein salzgroßes Korn, das auf das Space Shuttle trifft, erzeugt orbitalen Schutt.

Autsch, es vermehrt sich.

Chip im ISS-Fenster

Bildnachweis: ESA/NASA

Der Chip, den Sie im obigen Bild sehen, hat einen Durchmesser von 7 mm und kreist über uns, eingebettet in eines der Fenster der Internationalen Raumstation. Es ist winzig und definitiv ein Chip, kein Riss, aber im Vakuum des Weltraums muss man jeden noch so kleinen Aufprall todernst nehmen.

Glücklicherweise bestehen die auf der Raumstation verwendeten Fenster aus ziemlich robustem Material – Borosilikatglas, Quarzglas und sind für zusätzlichen Schutz vierfach verglast. Der Chip wurde durch Weltraumschrott mit einem Durchmesser von nur wenigen Tausendstel Millimetern verursacht . Es könnte nur ein Farbfleck oder ein winziges Stück Metall gewesen sein.

Betonung hinzugefügt

Huch, ein wenig kann viel Schaden anrichten!

Was müssen Sie noch wissen?

Quellen:

"Ein paar tausendstel Millimeter Durchmesser" ist Unsinn. Es wäre höchstens weniger als 10 − 5 Joule.
Wieder ein Beweis ................ dass dies mit Abstand die beste SO-Seite ist :)
Hmm… 7 g/cm³ dividiert durch 2000 in Kubik, um einen 5-µm-Würfel zu erhalten, sind etwa 9e-13 kg. Bei v von etwa 1250 m/s ist mv² gleich 1e-6. Ja, ich stimme zu, das ist nicht viel Energie. Vielleicht etwas mit der kurzen Lieferzeit zu tun?
Sie brauchen keine Energie, um Glas zu zerstören. Was Sie brauchen, ist Kraft pro Fläche (auch bekannt als Druck).
@JDługosz - Die Umlaufgeschwindigkeit beträgt etwa 7700 m/s, nicht 1250 m/s. Ein Objekt, das sich auf der gleichen Umlaufbahn, aber genau in der entgegengesetzten Richtung bewegt, ergibt eine Relativgeschwindigkeit von über 15000 m/s. Ein Objekt im Perigäum kann zu einer noch größeren Relativgeschwindigkeit führen. Ihre geschätzte Energie weicht um zwei Größenordnungen ab.
Ich glaube nicht, dass kleine Trümmer in einer rückläufigen stabilen Umlaufbahn landen würden, sondern von früheren Missionen in ähnlichen Umlaufbahnen, die dort blieben und nur leicht von der Umlaufbahn des Mutterkörpers gestört wurden. Wie auch immer, ich habe 17000 Meilen pro Stunde aus dem Gedächtnis verbraucht. Ich kann mich nicht erinnern, wie ich den Anteil der Schließgeschwindigkeit auf der Rückseite des Umschlags gewählt habe.
Mit 7700 m/s, 5e-5J. Die Größe und Masse von „Farbe oder Metall, ein Würfel von 2 bis 9 µm“ selbst deckt mehrere Größenordnungen in der Spannweite ab.
@JDługosz: Trümmer in ähnlicher Umlaufbahn würden seltener treffen - bei hoher (relativer) Geschwindigkeit ist viel mehr Raumvolumen durch Aufprall gefährdet. Aus diesem Grund werden 90-Grad-Winkeleinschläge am häufigsten sein, und diese werden mit sqrt (2) * Orbitalgeschwindigkeit auftreten. (Trümmer gehen nach Nordosten, während die ISS nach Südosten geht oder umgekehrt). 9 µm Durchmesser sind 729 µm^3. Mal 0,5*(11km/s)^2 kommen wir schon in den ~1mJ-Bereich - 1mJ verteilt auf 81µm^2 Glasoberfläche.
@asdfex SXSE ist nicht der Ort für Physikleugner ;) Jede einzelne gebrochene Si = O-Bindung kostet einige eV Energie, und Kraft ohne Energie tritt nur auf, wenn keine Verschiebung vorliegt (es passiert nichts).
@uhoh Im Glas selbst ist auch Energie in Form von mechanischer Spannung gespeichert. Deshalb können sich Risse über weite Strecken erstrecken. Ein Extremfall sind Ruperts Tropfen: Eine winzige Energiemenge, die an einem Ende deponiert wird, zerschmettert eine große Struktur in Millionen Stücke.
@asdfex ist immer auf der Suche nach einem Weg, jeden Tag intelligenter zu werden! ;) youtu.be/xe-f4gokRBs 04:14 für molekulare "Modellierung" ... und für Hardcore-Zuschauer: youtu.be/F3FkAUbetWU

Ursprüngliche Frage wird nicht vollständig beantwortet. Als Ingenieur, der während des kritischen Entwurfs sieben Jahre lang auf der ISS gearbeitet hat, umfassen die AUSWIRKUNGEN AUF DEN AUF DER ISS ARBEITENDEN INGENIEUR: (1) Entwerfen Sie exponierte Ausrüstung, um einem Aufprall mit getesteten Techniken sicher standzuhalten, (2) oder verlagern Sie Ausrüstung an einen geschützteren Ort, (3) oder Bitten Sie in schwierigen Fällen den Chefingenieur, Ihren Entwurf auf die Liste der Ausrüstung zu setzen, die so sensibel ist, dass die gesamte ISS in den Orbit bewegt werden muss, um ankommende Trümmer zu vermeiden, (4) oder für Ausrüstung, die sich bereits auf der ISS befindet, Schadens- und Gefahrenbewertungen durchzuführen.

Andere besonders schlimme Auswirkungen von Kugellagern sind: (a) Die gesamte ISS ist so ausgelegt, dass sie dem Aufprall eines 1-cm-Objekts standhält, sodass ein Treffer von diesen Kugellagern die gesamte Station genau in den ungünstigsten Konstruktionszustand versetzt, sodass die meisten Geräte überleben sollten , (b) Stahlkugellager sind besonders schlecht, weil sie sehr stark sind und wahrscheinlich die meisten anfänglichen Stöße überstehen und weiterlaufen.

Andere Antworten oben sind richtig in Bezug auf die Gefahr in LEO für die ISS oder andere Raumfahrzeuge im Orbit in einer anderen Neigung oder Höhe als Trümmer. Die ISS ist um 51° geneigt, während die meisten Starts vom Kap aus um 28° und die aus Baikonur um 45° geneigt sind, außerdem gibt es viele Raumschiffe, die ihre Neigung nach dem Start ändern, also gibt es viele Chancen für einen Treffer, oben bis hin zum Frontalzusammenstoß.

Um die obige TESS-Animationsfrage bezüglich eines Booster-Schnittstellenadapters und einer Marmon-Klemme, die in eine undefinierte Umlaufbahn freigesetzt werden, klarzustellen, gibt es internationale Verträge und Anforderungen für Startlizenzen und Betriebslizenzen für Raumfahrzeuge, die die FREIGABE VON ALLEM VERBIETEN, das nicht wieder eintreten wird und verbrennen, oder irgendetwas im Orbit tun, das irgendwelche Trümmer freisetzt.

Dies sind Informationen über Trümmer – https://www.orbitaldebris.jsc.nasa.gov/faq.html

Dies sind Informationen zum Entwerfen für eine Trümmerumgebung - https://www.nap.edu/read/5532/chapter/6 .

Danke für deinen Beitrag! Du sprichst einige sehr gute Punkte an. Über die TESS-Animation und die Verträge; Der Grund, warum ich es aufgenommen habe, war hauptsächlich, ein Beispiel für ein Objekt zu geben, das einen großen und deutlichen Radarquerschnitt haben würde, so dass die Art und Weise, wie die Dinge gehandhabt werden, vergleichsweise viel einfacher zu verfolgen wäre als die große Anzahl von extrem schwer zu verfolgenden Objekten cm-große "Weltraumkugeln", die das Raumschiff "Sternschnuppe" abgeben oder bei einer Kollision mit etwas auf einmal freigeben könnte.
Ich weiß nicht, was die verschiedenen Verträge über den speziellen hypothetischen Marmon-Flansch, der in der Animation dargestellt ist, genau spezifizieren, aber ich bin sicher, wie lange es dauerte, bis er zerfiel, er würde den ganzen Weg verfolgt werden. Und die "Weltraumkugeln" dürfen keine massiven Stahlkugeln sein. Sie sollen Pyrotechnik sein, wie in der Art von Feuerwerk (nicht die Art von explodierendem Bolzen), so dass sie alle möglichen unterschiedlichen inneren Strukturen und Zusammensetzungen haben könnten. Ich habe eine Vermutung, dass es über die Masse hinaus keinen großen Unterschied machen würde; 5 Gramm Stahl würden bei einer Relativgeschwindigkeit von 5.000 m/s wahrscheinlich genauso stechen wie 5 Gramm Natrium.

Anscheinend haben sie die Antwort von @Tristan gelesen . Wie mächtig ist Stack Exchange!

Ich habe das gerade in Buzzfeed gesehen (Google hat mich dorthin geschickt, ich lese es normalerweise nicht): Reiche Leute werden bald in der Lage sein, gefälschte Meteorschauer auf Abruf zu kaufen .

ALE senkte die Umlaufbahn seines Satelliten absichtlich unter die 250-Meilen-Höhe der Internationalen Raumstation, um Kollisionsrisiken zu vermeiden. Nur etwa 40 Satelliten reisen unterhalb von 220 Meilen hoch, sagte Rodenbaugh, und die Firma plant, vor jedem Sternschnuppenstart dreimal mit dem Satellitenbahnkatalog des US Strategic Command zu überprüfen. Jede Chance, dass ein künstlicher Meteor sich einem Satelliten auf 124 Meilen nähert, wird das Ereignis absagen.

„Wir haben ein Jahr lang eine Simulation der stündlichen Freisetzung von Partikeln anhand des Katalogs durchgeführt und keine Zeiten gefunden, in denen wir in die Nähe gekommen sind“, sagte Rodenbaugh.

Das ist großartig für jetzt. Aber in den nächsten zehn Jahren plant SpaceX von Elon Musk, 7.500 neue Breitband-Internetsatelliten in etwa 210 Meilen hohe Umlaufbahnen zu bringen, knapp unter den Satelliten von ALE. Andere Firmen planen ähnliche Satellitenflotten, stellte Seitzer fest.

und später:

Darüber hinaus sind einige nationale Sicherheitssatelliten absichtlich nicht in dem Satellitenkatalog aufgeführt, auf den sich ALE stützt, bemerkte der pensionierte Oberstleutnant der Luftwaffe, Charles Phillips. Er wies auf veröffentlichte Berichte von Spionagesatelliten des National Reconnaissance Office hin, die auf ihren Flugbahnen bis zu einer Höhe von 158 Meilen abtauchen . (Betonung hinzugefügt)

„Wenn der Sky-Canvas-Satellit versehentlich einen [Spionagesatelliten] trifft, könnte es einige wütende Leute geben“, sagte Phillips BuzzFeed News per E-Mail. „Natürlich möchte jeder Innovation und kommerzielle Nutzung des Weltraums fördern, aber diese Nutzung erfordert außergewöhnliche Schritte, um zu verhindern, dass andere Raumfahrzeuge beeinträchtigt werden – im wahrsten Sinne des Wortes.“

Der erste Start von ALE wurde von der Japan Aerospace Exploration Agency genehmigt, sagte Rodenbaugh gegenüber BuzzFeed News. Das Unternehmen habe sich auch mit der NASA, der Europäischen Weltraumorganisation und dem US-Verteidigungsministerium beraten, sagte er, und informell mit den chinesischen und russischen Weltraumbehörden.

„Wir sind mehr als glücklich, auf jeden zuzugehen und mit ihm über alle Bedenken zu sprechen, die er in Bezug auf alles hat, was er im Orbit hat“, sagte Rodenbaugh. „Wir wollen, dass das für alle funktioniert.“

Josh Rodenbaugh: Mitglied des Satellitenbetriebsteams von ALE

Patrick Seitzer: Astronom der University of Michigan

Warum sollte eine Kiste voller 1-cm-Kugeln, die in LEO freigesetzt werden, für einen Ingenieur, der die ISS unterstützt, so beängstigend sein?
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