Wie teuer wäre es, ein Raumschiff zu bauen, das überleben kann, wenn es eine Erde verlässt, die am Kessler-Syndrom leidet?

Es lohnt sich, http://webpages.chart.net/dkessler/files/KesSym.html zu lesen , und einige der verlinkten Artikel in diesem Artikel sind ebenfalls sehr informativ, obwohl sie ziemlich technisch sein können.

Erstens passiert eine Kaskade nicht innerhalb von Tagen oder gar Monaten. Stattdessen verringert die zunehmende Trümmerdichte die erwartete Lebensdauer eines Satelliten.

Nicht alle Umlaufbahnen sind betroffen. Die problematischste Umlaufbahn ist die erdnahe Umlaufbahn. Sehr niedrige Umlaufbahnen, in denen der atmosphärische Luftwiderstand erheblich ist, werden nicht stark beeinträchtigt, da die Atmosphäre Trümmer schnell entfernen wird. Unterhalb von etwa 800 km wird der atmosphärische Widerstand ziemlich effektiv sein, da die Umlaufbahnen der Trümmer innerhalb von Jahrzehnten zerfallen werden.

Besonders problematisch sind niedrige Erdumlaufbahnen im Bereich von 800-2000 km, in diesen Höhen dauert es Jahrhunderte, bis der atmosphärische Widerstand Trümmer entfernt, die Trümmer in diesen Umlaufbahnen bleiben. Da nichts die Trümmer entfernt, kann sich die Dichte durch Kollisionen frei aufbauen. Der geringe Bahnzerfall und die Tatsache, dass sie unterhalb der Van-Allen-Gürtel liegen, machen diese Höhen für Satelliten attraktiv.

Selbst im schlimmsten Fall würde die niedrige Erdumlaufbahn einigermaßen gastfreundlich bleiben, da die Atmosphäre die Trümmer schnell entfernt und die Stabilität der höheren Umlaufbahnen bedeutet, dass der Trümmerfluss aus höheren Umlaufbahnen ziemlich gering wäre. Während der schlimmsten Kessler-Syndrom-Kaskade würde es selbst in einer sehr niedrigen Erdumlaufbahn erhebliche zusätzliche Trümmer geben, aber es würde sich innerhalb weniger Jahre verbessern.

In höheren Bahnen wird die Umlaufbahn per se nicht unbrauchbar. Stattdessen haben Sie Wahrscheinlichkeiten. Unter Berücksichtigung einer gewünschten Missionslebensdauer ist ein Grad an Abschirmung für eine bestimmte Wahrscheinlichkeit erforderlich, diese Lebensdauer zu erreichen. Ab einer bestimmten Projektilmasse (~100g) wird die Abschirmung unpraktisch. Dieselben Trümmer, die zu groß sind, um sie abzuschirmen, sind jedoch auch groß genug, um effektiv verfolgt zu werden, sodass eine aktive Kollisionsvermeidung verwendet werden könnte. Sowohl die Abschirmung als auch die Vorkehrungen für eine aktive Vermeidung fügen dem Satelliten Masse und Komplexität hinzu.

Die Umlaufbahnen von Mittelerde werden nicht stark beeinträchtigt, da die Satellitendichte viel geringer ist. Die Satellitendichte ist viel geringer, da diese Umlaufbahnen nicht so nützlich sind (auch die Van-Allen-Gürtel finden sich in MEO und sind für Satelliten in bestimmten Höhen problematisch). Ein Satellit müsste immer noch den LEO-Trümmergürtel passieren, aber es kommt wieder auf Wahrscheinlichkeiten an, es besteht die Wahrscheinlichkeit einer Kollision, die den Satelliten beschädigt, und Sie können eine Abschirmung hinzufügen, um die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung auf ein als akzeptabel erachtetes Maß zu reduzieren. Außerdem kann ein Pfad gezeichnet werden, der verfolgbaren Schutt vermeidet.

Zusammenfassend bleiben also selbst im Fall eines sehr schlimmen Kessler-Syndroms sehr niedrige Erdumlaufbahnen, deren Umlaufbahnverfall im Bereich von Jahren gemessen wird, durchaus brauchbar. Kollisionsvermeidung und -abschirmung können verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeit einer Satellitenzerstörung auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren. Es kann vorkommen, dass bestimmte Höhenbereiche effektiv unbrauchbar werden, weil die Kosten für die Herstellung eines Satelliten, der im Trümmergürtel überleben kann, größer wären als die Kosten, den Satelliten entweder in einer niedrigeren Umlaufbahn (die häufiges Boosten erfordert) oder in einer höheren Umlaufbahn zu haben Umlaufbahn (erfordert eine stärkere Rakete und einen gefährlichen Durchgang durch die schlimmsten Trümmer). Ich denke, die Auswirkungen eines Kessler-Syndroms werden manchmal übertrieben,

Wenn Sie davon sprechen, durch die Trümmer zu gehen und nicht darin zu bleiben (dh eine Fluchtbahn oder einen Hohmann-Transfer in eine sauberere Umlaufbahn), dann wäre das Schiff nur wenige Minuten bis Stunden in LEO. Nur das schwerste Kessler-Syndrom würde ein Problem verursachen.

Das Kessler-Syndrom beschreibt den Kaskadeneffekt von Trümmer-zu-Trümmer-Einschlägen. Ein katastrophaler Aufprall kann viele kleinere Objekte verursachen, die jeweils einen weiteren katastrophalen Aufprall verursachen können, daher die Kaskade.

Um es klar zu sagen, wenn im Jahr 2050 alle Satelliten zerstört werden, ist dies nicht unbedingt das Kessler-Syndrom. Es hängt auch davon ab, wie sehr alle Satelliten zerstört werden. Ein gutes Maß hierfür ist die mittlere Querschnittsfläche der entstehenden Materialwolke. Wenn die Querschnittsfläche sehr klein ist, dann ist die Masse noch kleiner ! Wenn Sie davon ausgehen, dass alle Objekte Kugeln sind, können Sie durch die Fläche eines Kreises ($\pi r^2$) und das Volumen einer Kugel ($\frac{4}{3} \pi r^3$) Wenn der Radius 2-mal kleiner wird, wird die Fläche 4-mal kleiner und das Volumen (und damit die Masse) 8-mal kleiner. Sehr kleine Partikel deorbitieren also tatsächlich ziemlich schnell, weil sie einen viel niedrigeren ballistischen Koeffizienten haben.

Nun zu deiner Frage:

Wenn das Objekt klein ist, sagen wir 1 mm oder kleiner, können wir den Aufprall leicht mit bestehenden Technologien wie Wipple Shields bewältigen. Alles, was größer ist, und Sie sind in mehr Schwierigkeiten. Angenommen, Sie möchten die Trümmersituation nicht zuerst beheben, bleiben Ihnen einige Möglichkeiten:

• Wenn Sie einen sehr dicken Rumpf bauen, würde dies die Größe des Aufpralls erhöhen, der Sie standhalten könnten, aber es würde Ihre Treibstoffkosten erhöhen.
• Wenn Sie nach einer Lücke in der Wolke suchen, werden die explodierten Trümmerobjekte einem ähnlichen Weg folgen wie damals, als sie Satelliten waren. Wenn Sie also Glück haben, können Sie nachts zum Beispiel vom Nordpol starten und direkt nach oben durchstoßen eine schöne Lücke in der Wolke.
• Nuklearimpulsantrieb - NPP könnte verwendet werden, um Ihr Raumschiff anzutreiben (es wurde nie getestet, aber eher aus sozialen / politischen Gründen und technologischer Bereitschaft), und da Sie bereits die Atomwaffen an Bord haben, werfen Sie eine Atombombe mit halber Ausbeute vor Ihr Raumschiff, um sie zu sprengen die Trümmerfragmente aus dem Weg (halber Ertrag, damit Sie immer noch Vorwärtsbewegung bekommen). Wir bewegen uns jetzt wirklich in Richtung Science-Fiction, aber...
• Sie könnten Laserablation verwenden, um die Flugbahn einer potenziellen Bedrohung in Echtzeit zu ändern (dies wäre extrem schwierig für das Zeigen und Verfolgen).
• Ein Alcubierre-Antrieb zieht den Raum vor dem Raumfahrzeug zusammen und erweitert ihn hinter dem Raumfahrzeug (was schneller als Lichtgeschwindigkeiten von einem externen Referenzrahmen ermöglicht). Diese Art von Technologie könnte verwendet werden, um ein Startfenster zu erstellen, indem einige Trümmer vor dem Ort übersprungen werden, an dem sie sich befinden würden , aber die TRL dafür ist ungefähr 1.
• Wurmlöcher. Ich denke, das ist eine ziemlich offensichtliche Methode, wenn wir die Technologie haben; Wenn Sie jedoch genug Stargate beobachtet haben, wissen Sie zumindest, wie Sie ein Wurmloch vermeiden müssen, das durch einen Stern verläuft, der eine Sonneneruption aussenden könnte. Nein warten! Gehen Sie durch diese Sterne und bringen Sie die Technologie zurück in die Gegenwart, und wir können die Entstehung der Trümmerwolke stoppen. Obwohl Sie es dann nicht zurückbringen müssten - ok, neue Regel: Bitte achten Sie auf Paradoxien, bevor Sie Ihren Flugplan definieren.

In Bezug auf die Ausgaben sehen Sie also steigende Kosten, je weiter Sie in der Liste nach unten gehen. Ob Startkosten (etwa 10.000 $ /kg) für zusätzliche Masse oder Entwicklungskosten für die Wurmlochtechnologie (etwa 1 Bazillion $ ). Ohne eine engere Frage (räumliche Dichte von Objekten, mittlere Objektgröße usw.) wird es schwierig sein, eine genaue Zahl anzugeben.

Ich vermute, dass es billiger wäre, den Weltraumschrott zu beseitigen, als einen superstarken Schild für alles zu bauen und zu starten, was Sie in den Weltraum schicken. Ich bin mir auch nicht sicher, ob wir im Moment die Technologie haben, um einen solchen Schild zu bauen.

Wie in einer anderen Antwort erwähnt, zerfallen Umlaufbahnen, sodass Sie auch einfach abwarten können. Umlaufbahnen neigen dazu, bei Objekten in niedrigeren Umlaufbahnen schneller zu verfallen, daher wäre es wahrscheinlich am besten, sich zuerst auf die Beseitigung von Trümmern in höheren Umlaufbahnen und größeren Trümmern zu konzentrieren.

Was folgt, ist eine grobe Berechnung dessen, was es kosten würde, kleine Ionentriebwerks-"Schlepp"-Satelliten zu verwenden, um im Moment alle Trümmer größer als 5 cm in der Erdumlaufbahn zu entfernen (beachten Sie, dass dadurch immer noch eine enorme Menge an Trümmern kleiner bleibt als 5 cm, die immer noch leicht viel Schaden anrichten können):

• Die NASA schätzt ab 2009 14000 Stück im Orbit
• Ein mit Ionenstrahlrudern betriebener 3U-Cubesat-Schlepper könnte etwa 65000 US-Dollar kosten
• Sie können mindestens einen Schuttgegenstand pro Schlepper mit 3U-Cubesat-Schleppern entfernen (keine Referenz).
• Annahme einer geostationären Umlaufbahn für alle Objekte (Worst Case)
• SpaceX wird 4850 kg für 61,2 Millionen US- Dollar an GTO bringen
• Ein 3U-Cubesat wiegt 3 kg (ich denke, dies ist in der Cubesat-Spezifikation definiert, kann aber variieren)
• Dies bedeutet, dass Sie ungefähr 1600 Schlepper bei einem Start einsetzen können (4850 / 3 ... viele andere relevante Faktoren ignorieren).
• Inklusive Start kostet ein Schlepper dann etwa 103000 $ (65000 + 61200000 / 1600)
• Dies bringt die gesamten Reinigungskosten auf etwa 1,4 Mrd. USD (103000 * 14000)
• Projekte wie dieses erfordern Betriebs- und Ingenieurpersonal sowie Administratoren, sodass Sie die obige Zahl verdoppeln können, um realistischer zu sein

Das oben skizzierte Szenario ist wahrscheinlich die am wenigsten effiziente Methode, aber es gibt Ihnen möglicherweise eine Vorstellung von der Obergrenze für Bereinigungsvorgänge.

Das Kessler-Syndrom beendet die Weltraumforschung nicht. Im schlimmsten Fall verzögert es. Die Anzahl der Satelliten in LEO korrigiert sich in einigen Jahrzehnten selbst, siehe Halbwertszeit von Weltraumschrott

Wenn die Menge an Objekten im LEO-Orbit hoch genug wird, können sie zu einer Treibstoff-/Reaktionsmasse-Ressource werden. Kann ich mit Space Junk höher werden?

Mit ausreichender Technologie ist dies kein Problem. Betrachten Sie einen Star-Trek-Schild, Sie würden ihn einfach einschalten und durch dasselbe wie Trümmer im Weltraum fahren. (Ich denke, wir haben auch eine Frage / Antwort dazu, sehen sie aber nicht)