Wie lange dauert das Kessler-Syndrom?

Mir ist klar, dass dies ungefähr so ​​​​nützlich ist wie die Frage: "Wie lang ist ein Stück Schnur?" aber ertrage es und ich werde versuchen, Parameter einzustellen.

OK, es hat also eine Apokalypse gegeben und jetzt, zum Zeitpunkt meiner Frage, ein Jahrhundert später, ist die Menschheit auf eine strikt bodengebundene Existenz reduziert worden. Viele der alten Hasen haben sich an die Geschichten erinnert, die sie in ihrer Kindheit darüber gehört haben, wie die Menschheit Flugzeuge und Raumschiffe usw. hatte, aber ehrlich gesagt ist es vielen jüngeren Leuten entweder egal oder sie glauben einfach nicht. Überall gibt es noch alte Technik, einige kaputt, einige funktionieren und werden häufig verwendet.

(HIER BEARBEITEN EINFÜGEN) Vor der Apokalypse hatte die Gesellschaft etwa 5 Billionen Einwohner. Die meisten auf der Welt, einige außerhalb der Welt. Also, viel mehr Satelliten als „unsere“ Erde derzeit im Jahr 2020 hat, außerdem gab es auch viele O'Neill-Zylinder, einen Orbitalring, viele hundert Weltraumaufzugstürme, die zum Orbitalring führen, und einen jungen Dyson-Schwarm, der in der Nähe des Orbitalrings wächst Sonne. Das meiste Zeug in der niedrigen Erdumlaufbahn begann zu kollidieren, als die Menschen aufhörten, es zu kontrollieren. Anfangs ein bisschen, aber dann wuchs es schnell, bis es voll auf das Kessler-Syndrom wurde. Das meiste Zeug in der hohen Erdumlaufbahn ist unberührt. (2. EDIT hier)Kurze Anmerkung, um zu erwähnen, dass meine Weltraumaufzüge nicht auf harter Wissenschaft basieren, dass dies in hohem Maße eine Sci-Fi-Fantasy-Geschichte ist, dass auf Magie basierende Technologie im Spiel ist und die Türme nicht die übliche „Tether-Ball“-Anordnung haben die harte Wissenschaft verlangt. Sie sind buchstäblich nur 100 km hohe Türme. Ungefähr die Hälfte von ihnen ist mit dem Orbitalring verbunden, aber der Rest sind nur Start-/Landplattformen + Unterkünfte. Außerdem gehe ich davon aus, dass das Kessler-Syndrom mehr als ein Jahrhundert andauern wird, und meine Geschichte spiegelt dies wider. Obwohl ich nicht das Fachwissen habe, um dies zu belegen (daher die Frage), erfordert meine Geschichte dies, also bin ich sehr froh, wenn wir beweisen können, dass KS tatsächlich ein Jahrhundert nach dieser mysteriösen Apokalypse noch passieren wird.

Die Frage, die ich wissen möchte, ist, würde das Kessler-Syndrom ein Jahrhundert später immer noch bestehen und auftreten, oder wäre es inzwischen ausgebrannt?

Mir ist klar, dass mir die Details fehlen, also große Entschuldigung in dieser Hinsicht, aber ich frage mich trotzdem, ob jemand irgendwelche Ideen hat?

Interessante Frage, aber ich denke, es wird nicht sehr schlimm sein, wenn man sich die Trends ansieht. Die Anzahl der Satelliten wird wahrscheinlich noch viel mehr zunehmen, aber unsere Satelliten werden sehr klein sein. Aber ich denke, Ihre Frage ähnelt eher unseren aktuellen größeren Satelliten?
Danke dafür, ich habe nur bearbeitet, um zu sagen, wie groß die Bevölkerung war, was eine Vorstellung davon geben könnte, welche Art von Zahlen gelten würde, wenn man die Anzahl der Satelliten berücksichtigt.
jasmcole.com/2017/09/20/… kann Inspiration für die Rückseite der Serviette geben
Eine Gesellschaft mit genügend Weltraumerfahrung, um so viel zu bauen, scheint wahrscheinlich schon früher Kollisionen erlebt zu haben und anschließend mehrere Schutzschichten zu benötigen. Aktive Maßnahmen wie Space Traffic Control und Umlaufbahnreservierungen, um Kollisionen zu verhindern, aber auch Designstandards, um Stöße zu absorbieren oder zu verhindern, Fragmentierung zu vermeiden und nicht durch Fehlfunktionen/Lebensende zu einer Gefahr zu werden, langweiliges, aber wesentliches Risikomanagement .
@ user535733 Bitte beachten Sie, dass es eine mysteriöse Apokalypse als zentralen Teil der Geschichte gab, und jetzt sind es 100 Jahre später, in denen für diese Zeit keine Weltraumverkehrskontrolle in Betrieb war.
@AdamMenhennett verstand, daher die Betonung von Designstandards und anderen Ebenen von Risikomanagementkontrollen, die die Wahrscheinlichkeit und Schwere von Kollisionen lange nach der Apokalypse weiter verringern würden.
Hmmm, wie soll ich es ausdrücken ... das mysteriöse Ereignis war ein bisschen transzendenter, als Sie vielleicht denken, und Sie sollten sich jetzt alles im Orbit als nutzlose Metallbrocken vorstellen, die absolut keine Führung mehr haben und nichts, was irgendjemand haben könnte done hätte dies vorhersehen können. Es gibt keine Redundanzstufe, die hätte helfen können.
Keine Anleitung oder Redundanz oder aktive Maßnahmen jeglicher Art. Ich habe drei Beispiele für passive Präventionsmaßnahmen genannt. Zwei würden weitermachen, nachdem alles zu Schlacke geworden ist. Man kann einfach sagen, dass sie miese Ingenieure waren, um das ganze Problem zu vermeiden.

Antworten (3)

Das Kessler-Syndrom beginnt auf den am stärksten besetzten Orbitalhöhen mit den meisten sich kreuzenden Satellitenpfaden. Dies ist derzeit eine erdnahe Umlaufbahn in einigen hundert Kilometern Höhe. Sobald das Kessler-Syndrom beginnt, würden Weltraumaufzüge in der realen Welt einrasten und den Orbitalring mit ihren Trümmern zerstören. Ich kann nicht sagen, was mit Ihren Türmen passiert: Das hängt davon ab, wie massiv Ihre Türme sind und ob sie von tonnenschweren Teilen getroffen werden. Wenn die Türme massiv genug sind, bleiben sie stehen und helfen dabei, die Höhenebenen zu überwinden, die sie überspannen. Wenn die Türme nicht massiv genug sind, werden einige/alle zerstört, und der Teil über dem Einschlag wird ziemlich katastrophal einstürzen.

Wie lange dauert es, bis das Kessler-Syndrom aufhört? Nun, das ist eine Funktion der Höhe: Je weiter man nach oben kommt, desto geringer wird der atmosphärische Widerstand und desto langsamer zerfallen die Umlaufbahnen der Trümmer. Unglücklicherweise ist der atmosphärische Druck eine Exponentialfunktion der Höhe und der Zerfall der Umlaufbahn selbst ein sich selbst beschleunigender Effekt. Während also ein Satellit in 150 km Höhe nur etwa eine Umlaufbahn (ungefähr 90 Minuten) zurücklegt, würde die ISS in 400 km Höhe nur wenige Jahre leben, wenn sie nicht regelmäßig neu gestartet würde. Leider konnte ich auf die Schnelle keine genauen Zahlen finden, ich kann nur einen qualitativen Überblick geben. Soweit ich weiß, bleibt alles über 1000 km mindestens ein Jahrhundert im Orbit.

Satelliten mit elliptischen Umlaufbahnen neigen dazu, das Kessler-Syndrom über die Höhenniveaus zu verbreiten: Sie werden in geringer Höhe mit Trümmern kollidieren, aber ihre eigenen Trümmer werden für dieses Höhenniveau zu schnell sein und entlang der Ellipse zu größeren Höhen aufsteigen, wo sie kollidieren können mit höheren Satelliten.

Geosynchrone Umlaufbahnen werden niemals von Trümmern befreit, die Überreste Ihres Orbitalrings bleiben im Grunde für immer dort, wo der Ring war. Wenn der Orbitalring nicht von den Weltraumaufzügen zusammengehalten wurde, wird er in diesem Fall in den Weltraum fliegen.

Wenn Sie also möchten, dass Ihr Kessler-Syndrom innerhalb eines Jahrhunderts vorbei ist, müssen Sie alle Satelliten zwischen etwa 1000 km und 30000 km Höhe strikt meiden. Die Umlaufbahn des Orbitalrings (oberhalb der geostationären Umlaufbahn) wird mit den Trümmern dieses Rings gefüllt, aber da alles in derselben Umlaufbahn beginnt, bildet er einen dünnen Planetenring, der leicht zu vermeiden ist, wenn Sie in die Tiefe fliegen möchten Raum.

Sie können diese Einschränkungen durch das Vorhandensein der Weltraumaufzüge rechtfertigen: Ein Weltraumaufzug ist im Grunde ein dünnes Kabel, das so ziemlich von allem gerissen wird, was es mit Umlaufgeschwindigkeit trifft. Um die Sicherheit dieser zu gewährleisten, müssen Sie vermeiden, dass Satelliten / Trümmer ihre Wege kreuzen. Sie bringen Ihre Satelliten also entweder in eine niedrige Umlaufbahn, die schnell zerfällt und nachweislich während ihrer Lebensdauer nicht in die Nähe eines Weltraumaufzugs kommt, oder Sie machen die Satelliten geostationär, sodass sie keine Geschwindigkeit relativ zu den Weltraumaufzügen haben.

Als Frage. Als Nebenprodukt der Raumfahrt haben wir ständig viele kleine Objekte in die Umlaufbahn gebracht. Ich habe Bedenken gesehen, dass diese bereits den Raketenflug blockieren können, wenn wir nichts dagegen unternehmen. Wird ein Kessler-Syndrom nicht auch eine Menge winziger Objekte zu den Weltraumschichten hinzufügen, was den Aufenthalt in diesen Schichten für alle Schichten für lange Zeit unglaublich unwahrscheinlich machen könnte?
Um zu versuchen, einige Zahlen anzugeben: TIangong hatte einen Höhepunkt von 355 km und zerfiel nach seiner Mission in nur etwa 15 Monaten aus seiner Umlaufbahn in die Atmosphäre. en.wikipedia.org/wiki/Tiangong-1#/media/… Sie können dort einen exponentiellen Zerfall sehen. Auf der Rückseite des Umschlags steht, dass 1000 km im Bereich eines Jahrhunderts liegen würden. Je größer Ihre Kugelfläche wird, desto geringer wird das Kollisionsrisiko.
@cmaster, brillant, vielen Dank.
@Trioxidane Das ist das Kessler-Syndrom: Trümmer, die sich selbstbeschleunigend zu Millionen winziger Objekte zermahlen. Diese Trümmer sind jedoch immer noch Dinge, die die Erde in ähnlichen Umlaufbahnen umkreisen wie die Teile, die zu ihrer Erzeugung abgestürzt sind. Und diese Umlaufbahnen zerfallen genau wie die von Satelliten, was schließlich zum Ende des Kessler-Syndroms führt. Wie lange es dauert, bis das Kessler-Syndrom endet, hängt von der Höhe der höchsten betroffenen Augenhöhlen ab. Wenn es sich auf eine Höhe von 2000 km erstreckt, werden Sie im Grunde nie wieder in den Weltraum fliegen. Beantwortet das deine Frage?
Solange das Kessler-Syndrom andauert, zerbrechen Dinge in kleinere Stücke, und kleinere Stücke werden durch Sonneneinstrahlung vom Kurs abgebracht, bekommen exzentrischere Umlaufbahnen und verglühen in der Atmosphäre oder entkommen. Ein Jahrhundert sollte ausreichen, um die Erdumlaufbahn ausreichend zu reinigen.
@Karl Sag das den Ringen um Jupiter. Sie bestehen ebenfalls aus sehr winzigen Staubpartikeln, aber da sie hoch genug über dem Planeten liegen, erfahren sie keinen merklichen Luftwiderstand und werden nicht innerhalb von einigen Millionen Jahren durch Sonnenstrahlung aus der Umlaufbahn geschleudert. Es sind nur die niedrigsten 1000 km über der Erde, die sich innerhalb unserer Lebensdauer effektiv von Müll befreien können, alles über 2000 km erfährt viel zu wenig Luftwiderstand, um innerhalb eines Jahrhunderts geräumt zu werden. Denken Sie daran: Der atmosphärische Druck ist exponentiell und der Zerfall der Umlaufbahn ein sich selbst beschleunigender Prozess!
Ich weiss. Jupiter erfährt jedoch weniger als 1/20 des Strahlungsdrucks (zusätzlich befinden sich die Ringteilchen in ihrem eigenen Schatten), und auch Steine, Sand und Staub haben eine höhere (durchschnittliche) Dichte als von Menschenhand geschaffener Weltraumschrott. Per Definition finden auch Kollisionen während KS statt, und Kollisionen senken die Umlaufbahn von Teilchen. Die Ringe von Jupiter oder Saturn sind weit entfernt von einer kritischen Dichte, sonst würden sie nicht existieren.
@Karl "Kollisionen verringern die Umlaufbahn von Partikeln" Nicht ganz. Es ist wahr, dass, wenn Sie zwei orbitale Objekte in einem zufälligen Winkel kollidieren, die Trümmer weniger kinetische Energie haben und sich daher hauptsächlich auf engeren Umlaufbahnen befinden. Der Drehimpuls bleibt jedoch erhalten. Und wenn Sie eine Wolke haben, die einen signifikanten Drehimpuls hat, haben die kollidierenden Teilchen im Durchschnitt eine signifikante gemeinsame Geschwindigkeitskomponente. Die Kollisionen werden dazu neigen, jede seitliche Bewegung innerhalb der Wolke zu töten, wodurch die Wolke auf lange Sicht in einen Ring verwandelt wird. Und der Ring wird so schnell nicht deorbitieren.
Nur eine kleine Anmerkung - das Gegengewicht des Weltraumaufzugs "fliegt nicht in den Weltraum", es sei denn, seine Geschwindigkeit übersteigt die Fluchtgeschwindigkeit der Erde (11,2 km / s).
@Alexander Die Fluchtgeschwindigkeit aus der geostationären Umlaufbahn ist viel, viel geringer als die Fluchtgeschwindigkeit von der Erdoberfläche, und die geostationäre Umlaufbahn hat bereits eine Umlaufgeschwindigkeit von ungefähr 2,6 km / s. Genau genommen ist die Fluchtgeschwindigkeit immer um einen Faktor root(2)höher als die Geschwindigkeit in einer kreisförmigen Umlaufbahn, dh Sie müssen nur 1,1 km/s hinzufügen. Das Gegengewicht kann jedoch nicht in geostationärer Höhe sein, es muss höher sein, um die nach außen gerichtete Kraft bereitzustellen. Als solches bewegt es sich mit einer viel höheren Geschwindigkeit als die Kreisbahngeschwindigkeit auf seiner Höhe. Sie möchten, dass das Gegengewicht so weit wie möglich draußen ist -> es entweicht, wenn es geschnitten wird.
Richtig, jedoch haben praktisch alle außer geostationären Satelliten eine sehr signifikante Geschwindigkeitskomponente, die nicht kreisförmig und/oder nicht parallel zum Äquator ist. Und tatsächlich spielen die Monde der Gasriesen eine große Rolle bei der Stabilisierung der Ringe. Ich habe keine Ahnung, ob der (proportional) riesige Erdmond dasselbe tun würde.
@cmaster - Monica wieder einsetzen Gut, ich stehe korrigiert - Fluchtgeschwindigkeit ist komplizierter. Allerdings gibt es hier zwei Dinge. Erstens ist die Höhe des Gegengewichts. Meine Mathematik ergibt ungefähr 4,35 km / s für die GSO-Höhe, daher bin ich mir nicht sicher, ob es nur "Sie müssen nur 1,1 km / s hinzufügen" ist. Zweitens stellt sich die Frage, wo genau der Haltegurt eingerastet ist. Wenn es irgendwo über 35.000 km passiert - dann haben Sie vielleicht Recht, aber ansonsten nein, der Rest des Weltraumlifts würde sich einfach in eine höhere Umlaufbahn bewegen.
Hey Leute, tut mir leid - ich hätte sagen sollen - und ich habe es jetzt zur Verdeutlichung bearbeitet - es gibt keine Gegengewichte für diese Weltraumaufzüge. Nur gute altmodische magisch = techbasierte Türme mit einer Höhe von 100 km. Entschuldigung d)
@cmaster-reinstatemonica Es fällt mir etwas schwer, davon überzeugt zu sein, dass, wenn es einen Orbitalring gäbe und dieser mit "Hunderten" von Halteseilen befestigt wäre, alle so durchtrennt würden, dass (ein Teil des) Rings würde NICHT aufbrechen und in die Schwerkraft der Erde fallen (und dabei wahrscheinlich erheblichen Schaden anrichten).
@Noughtnaut Nun, ich habe immer an physikalisch korrekte Sachen gedacht, nicht an magische Türme, die sich bis in den Weltraum erheben. Mit dieser Magie könnte der "Orbitalring" auf jeder Höhe sein und tatsächlich herunterfallen, wenn er niedrig genug ist. Ohne die Magie wären Weltraumaufzüge dünne Kabel, die sich weit über die geostationäre Umlaufbahn hinaus erstrecken, wo sie als Gegengewicht am Orbitalring befestigt wären. In diesem Fall wäre es einfach unmöglich, dass die Teile des Rings auf die Erde zurückfallen. Sie würden in elliptische Umlaufbahnen mit der Periapse auf der ursprünglichen Höhe des Rings oder einer Fluchtbahn eintreten.
@Alexander Nun, meine Mathematik war eine extrem grobe Berechnung auf der Rückseite des Umschlags, von der Sie gezeigt haben, dass sie um einiges daneben liegt. Und ja, ich bin bezüglich des Verhaltens der Weltraumaufzüge korrigiert. Ich habe zu viel über Hammerwerfen nachgedacht und nicht erkannt, dass die Kraft, die in einer niedrigen Erdumlaufbahn übertragen wird, nur ein winziger Bruchteil der Gesamtmasse des Aufzugs ist. Ja, die Trümmer werden an den Planeten gebunden bleiben und ihn in Höhen umkreisen, die von der Atmosphäre nicht beseitigt werden.

100 Jahre Kessler-Syndrom sind zu wenig

Die Mathematik ist eindeutig schwierig, aber dies ist ein ernstes Problem und wurde vom Lawrence Livermore National Laboratory untersucht.

Unter der Annahme, dass es keine neuen Starts gibt, mit einem Startdatum am 4. Mai 2009, steigt die Zahl der Objekte mit einer Größe von 10 cm oder mehr über einen Zeitraum von hundert Jahren von etwa 14.000 auf 50.000. Natürlich haben wir seit 2009 viele Satelliten gestartet, daher ist die aktuelle Situation noch schlimmer; Die in der Frage beschriebene Situation ist viel schlimmer.

Diese Studie basierte auf einer Computermodellierung, die Orbitalmechanik, atmosphärische Schwankungen und Sonnenzyklen umfasste – gemittelt aus mehreren Simulationsläufen.

Dieses Papier sagt nicht voraus, wie lange das Kessler-Syndrom andauern würde, aber es sagt, dass das aktuelle Trümmerfeld über 100 Jahre lang immer dichter werden würde, auch ohne weitere Starts in der Zukunft.

Mit eurer verstärkten Weltraumpräsenz als Grundlage kann die Situation nur länger andauern. Mein Verständnis ist der Hauptfaktor in Bezug auf: Die Dauer des Kessler-Systems ist die Gesamtmasse in der Umlaufbahn, die einer Kollisionsunterbrechung unterliegt. Während O'Neill-Zylinder sicherlich robust genug wären, um kleine Stöße zu überstehen. Die Gesamtmasse in der vorgeschlagenen Situation übersteigt bei weitem die in diesem Papier betrachtete Menge.

Ein weiterer Faktor hier: Sie haben eine ziemlich High-Tech-Gesellschaft, welche Schritte unternehmen sie, um den Müll zu entfernen?

Verfolgen Sie ein Stück Müll in einer niedrigen Umlaufbahn und greifen Sie mit einem Hochleistungslaserimpuls an, wenn er über Ihnen vorbeifliegt. Das Ziel ist nicht Zerstörung, sondern einfach ein bisschen Material zu verdampfen – der Gasstoß geht nach unten, das Objekt steigt auf. Jetzt befindet es sich in einer elliptischeren Umlaufbahn, die Periapsis ist niedriger, der Luftwiderstand bringt es früher nach unten.

Sobald Sie einige Umlaufbahnen verlassen haben, können Sie Raumschiffe in die sicheren Zonen starten – sie enthalten Spiegel und Linsen, um den Laser umzulenken. Jetzt können Sie zusätzliche Trümmer frontal angreifen, was effektiver ist. (Vom Boden aus könnte man im niedrigen Orbit fast frontal auf Dinge schießen, aber man würde eine Menge Atmosphäre durchmachen, das Zielen wäre ein Problem und die Ableitung wäre viel schlimmer.)

Sie müssen sorgfältig arbeiten, um die höheren Umlaufbahnen zu säubern, um zu vermeiden, dass Trümmer auf das Fahrzeug in einer niedrigen Umlaufbahn fallen.

Die Grenze dieses Ansatzes besteht darin, wie kleine Trümmer Sie verfolgen können.

Nett, herzlichen Dank - werde das auf jeden Fall berücksichtigen, wenn sie anfangen, Laser wieder zu verstehen.
Wie lange dauert das Kessler-Syndrom?
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