Nå skal vi rydde opp i verdensrommet

Hvert år letter tusenvis av nye farkoster, men nå er banene rundt jorden nesten fulle, og det kan stoppe framtidens romreiser. Med flyveledere og renovasjonsarbeidere vil ingeniører sette rotet i system.

Hvert år letter tusenvis av nye farkoster, men nå er banene rundt jorden nesten fulle, og det kan stoppe framtidens romreiser. Med flyveledere og renovasjonsarbeidere vil ingeniører sette rotet i system.

  1. september 2020 gir en alarm plutselig gjenlyd i Den internasjonale romstasjonen, ISS. En gjenstand har kurs mot stasjonen. Her oppe, 400 kilometer over jorden, vil en kollisjon kunne bli en katastrofe. Og mens astronautene søker tilflukt i evakueringsfartøyet Sojuz, blir romstasjonens rakettmotorer avfyrt. I løpet av noen få minutter blir den flyttet ut av faresonen.

Siden 1999 har astronautene på ISS hele 26 ganger måttet foreta lignende unnvikelsesmanøvre for å unngå sammenstøt med tusenvis av små og store biter romskrot som går i bane rundt jorden.

Og risikoen for sammenstøt i verdensrommet blir bare større.

Antallet aktive satellitter stiger antagelig fra om lag 3600 i dag til over 10 000 i løpet av de neste ti årene. Alle de nye satellittene må unngå å kollidere med hverandre og med alle vrakdelene som suser rundt der oppe.

Mikroskopisk skår

Astronauten Tim Peake peker på et 7 millimeter stort skår i glasskuppelen på romstasjonen ISS som antagelig ble lagd av en malingrest eller en mikroskopisk metallbit som har truffet glasset.

© NASA

Heldigvis utvikler ingeniørene i disse dager nye farkoster og teknologier som kan fjerne gamle satellitter og lede de nye trygt rundt jorden, for gjør ikke vi noe nå, ender mengden romskrot med å sette en stopper for alle nye oppskytinger.

Romskrot truer romferd

Med tiden går alle satellitter tom for energi. I dag varer de som regel et sted mellom 5 og 15 år.

En del av satellittene styrter og brenner opp i atmosfæren, men andre ender med å drive rundt i såkalte kirkegårdsbaner. Flere tusener inaktive satellitter går i bane rundt jorden akkurat nå.

Og her er de ikke alene.

Når raketter blir skutt opp, kobler de vanligvis fra de ulike trinnene etter hvert som de går tom for drivstoff. Resultatet er at over 2000 større rakettdeler ifølge analysetjenesten CelesTrak for tiden kretser formålsløst rundt jorden.

Det er fare for at rakettdelene kolliderer med andre farkoster – eller styrter ukontrollert, slik en 18 tonn tung kinesisk rakett gjorde i mai 2021.

Long March 5B sendes opp med kinesisk romstasjon
© CNS / Wikimedia Commons

Fulgte du med da en flere tonn tung kinesisk rakettdel styrtet?

Vanligvis styrter rakettdeler på en kontrollert måte, men nylig dundret en 21 tonn tung del av en kinesisk rakett ukontrollert ned gjennom atmosfæren:
Kinesisk rakettskrot dundrer mot jorden

I dag har rakettprodusentene blitt flinkere til å sikre at utrangerte rakettdeler ikke ender som farlig romskrot, men styrter kontrollert og brenner opp i atmosfæren. I 2019 levde opptil 70 prosent av rakettrinnene ifølge ESA opp til FNs retningslinjer for å redusere mengden romskrot, mens det bare var litt over 20 prosent i 2000.

Men uansett hvor smarte de nyeste rakettene er, står vi allerede overfor en gigantisk utfordring: 1 000 000 biter romskrot på over en centimeter i diameter går nemlig, ifølge ESA, i bane rundt jorden. Og de neste årene kommer antallet satellitter til å stige.

Satellitter myldrer ut i verdensrommet

De første satellittene som ble sendt i bane rundt jorden, var dyre og veide noen ganger flere tonn. Siden det har satellittene blitt både billigere og lettere, og i dag blir de bygd helt ned i det såkalte CubeSat-formatet på ti ganger ti centimeter. Samtidig har også raketter blitt mye billigere de siste årene.

Derfor står stadig flere romfartsorganisasjoner og private firmaer i dag klare med flere og flere satellitter.

Et eksempel er Starlink-satellittene, som romfartsfirmaet SpaceX vil bruke til satellittbasert internett. Firmaet skyter hver måned opp 60 Starlink-satellitter og har planer om å skyte opp i alt 12 000 stykker.

SpaceX får konkurranse av blant annet Amazon og OneWeb. OneWeb vil sende av sted mer enn 600 satellitter, mens Amazon planlegger å skyte opp over 3000.

Trafikken i verdensrommet rundt jorden blir stadig tettere. Romfartsfirmaer skyter opp satellitter som aldri før, mens gamle vrakdeler driver rundt og truer med sammenstøt.

Starlink
© SpaceX

1. Stadig flere internettsatellitter

De såkalte internettsatellittene skytes opp i stadig større antall. Siden 2019 har SpaceX skutt opp 1300 i det såkalte Starlink-prosjektet, og målet er i alt 12 000 satellitter. I tillegg kommer 648 internettsatellitter fra OneWeb og 3236 fra Amazon.

Titan rakett
© Northrop Grumman

2. Satellitter og rakettdeler driver rundt

Om lag 3000 inaktive satellitter og 2000 brukte rakettdeler går i bane rundt jorden. For eksempel kommunikasjonssatellitten Intelsat 901, som fram til en redningsekspedisjon i 2020 beveget seg i en såkalt «kirkegårdsbane».

Vrakdeler
©

3. Sverm av skrot vokser eksponentielt

Gamle deler av raketter og romfartøy kan eksplodere eller kollidere og dermed skape flere store biter. Antallet katalogiserte gjenstander har ifølge ESAøkt fra om lag 5000 i 1990 til 15 000 i 2010 – og over 28 000 i dag.

Kritikerne ser med bekymring på dette, for med disse svermene vil risikoen for sammenstøt stige drastisk.

Og den er allerede høy. Siden begynnelsen av romalderen og fram til 2019 har det ifølge ESA vært 561 bekreftede sammenstøt der satellitter, rakettrinn og andre romdeler har blitt delt opp i mindre biter.

Don Kessler, en av Nasas eksperter på romskrot, beskrev allerede i 1978 i en berømt artikkel hvordan stadig mer romskrot kan skape en kjedereaksjon der kollisjoner skaper romskrot som skaper flere kollisjoner som skaper mer romskrot, og så videre.

Selv de minste bitene kan forårsake store skader.

Det opplevde astronautene om bord på Den internasjonale romstasjonen i 2016, da det ble slått et skår på omtrent sju millimeter i glasset til stasjonens observasjonskuppel.

Ifølge ESA var det sannsynligvis et flak maling eller en metallbit på noen få tusendeler av en millimeter som forårsaket skåret. En bit på bare en centimeter kan slå hull i romstasjonens mannskapsmoduler, mens en bit på ti centimeter kan ødelegge et helt romfartøy.

1 000 000 gjenstander på over en centimeter i diameter går i bane rundt jorden.

I takt med at romskrot blir en større og større trussel for romfarten, intensiverer forskere innsatsen for å overvåke alle de store og små gjenstandene som går i bane, mens ingeniører konstruerer fartøyer som kun har som oppgave å rydde opp.

Astrofysikeren Moriba Jah ved University of Texas at Austin er en av verdens ledende romskrotforskere. Han har utviklet en detaljert datasimulering av satellittenes baner og det romskrotet som de for alt i verden må unngå.

Jah forklarer i et intervju med The Verge at et stort problem med romskrot er at små avvik i de radarobservasjonene som kartlegger banene, gjør målingene veldig usikre. Selv små avvik kan svare til usikkerheter på flere hundre meter.

Forskerne har dermed problemer med å forutsi helt sikkert når og på hvilken avstand et stykke romskrot passerer for eksempel ISS.

28 000 km/t er farten på romskrot i en lav bane rundt jorden.

Den opplagte måten å gjøre noe med usikkerheten på er å gjøre mer presise observasjoner – og det krever at måleutstyret flyttes nærmere satellitter og romskrot.

Derfor flyttes innsatsen nå fra teleskoper på jorden til satellitter.

Trafikkpoliti i verdensrommet

Det kan virke paradoksalt å løse problemene ved å sende opp flere satellitter, men det er nettopp det som er målet med den såkalte Skylark-konstellasjonen.

Skylark skal fungere som trafikkregulering i verdensrommet. Tolv satellitter skal skytes opp for å overvåke mylderet av satellitter, rakettdeler og småfragmenter, forteller direktør Stewart Bain fra firmaet NorthStar, som står bak Skylark.

«Systemet er litt som en flyveleder, bare i verdensrommet, for hvis det var en sannsynlighet på en av tusen for en kollisjon, hadde du aldri satt deg om bord på et fly. Og sannsynligheten for en kollisjon i verdensrommet er stigende», sier han til Illustrert Vitenskap.

Skylark-satellittene er utstyrt med kameraer som tar bilder av forbipasserende satellitter og biter av romskrot. Bildene blir brukt til å kartlegge gjenstandenes baner rundt jorden.

Med tolv kameraer bygger satellittkonstellasjonen Skylark opp et detaljert 3D-kart over banene til alle satellitter, rakettdeler og mindre biter av romskrot som fyller banene rundt jorden.

Trin 1: Rummets flyveledere
© Shutterstock & Lotte Fredslund

1. Satellitter fotograferer trafikken

I alt tolv Skylark-satellitter er utstyrt med kameraer. Satellittene opererer tre og tre, og de fotograferer de samme gjenstandene, for eksempel en satellitt eller en bit romskrot, som krysser det samlede synsfeltet.

Trin 2: Rummets flyveledere
© Shutterstock & Lotte Fredslund

2. Datamaskiner regner ut presise baner

Gjenstandene blir fotografert fra tre ulike vinkler, og Skylark samler dermed inn tre sett opplysninger om retning og hastighet. Med disse dataene er det mulig å skape et tredimensjonalt kart som viser gjenstandenes baner rundt jorden.

Trin 3: Rummets flyveledere
© Shutterstock & Lotte Fredslund

3. Satellitter styres vekk fra kollisjoner

Med 3D-kartet blir det mulig å sende ut kollisjonsvarsler tidligere og mer presist. Dermed kan både romfartøy og satellitter unngå sammenstøt med et rakettrinn eller en satellitt.

Med den kunnskapen kan det bygges opp en katalog over flere hundre tusen gjenstander, slik at datamaskiner kan beregne risikoen for kollisjoner mer presist enn tidligere, når observasjonene har skjedd fra jorden, er Stewart Bains argument.

Opprydningsfartøyer letter

Uansett hvor presist vi overvåker og trafikkregulerer banene rundt jorden, forsvinner ikke alle gjenstandene som fyller jordens omgivelser, av seg selv.

Derfor introduserer forskerne nå ulike fartøyer som kan rydde opp i verdensrommet.

Et eksempel er ClearSpace-1, som Den europeiske romorganisasjonen, ESA, vil sende opp for å fjerne en av organisasjonens egne synder, en forbindelsesmodul fra en Vega-rakett.

ClearSpace-1 er utstyrt med rakettdyser, så den kan navigere rundt mellom ulike baner. Og om bord er det en mekanisk klo som kan gripe fatt i biter av skrot. Når fartøyet har fått tak i målet, foretar den en selvmordsaksjon og styrter sammen med det i atmosfæren, der begge brenner opp.

Gripeklo og Vespa

Det første oppdraget for gripekloen ClearSpace-1 blir å fange inn en forbindelsesmodul i om lag 700 kilometers høyde som ESA la igjen i verdensrommet i 2013.

© ClearSpace SA

Og en lignende plan har det japanske firmaet Astroscale med fartøyet End-of-Life Services by Astroscale (ELSA), som nettopp har gjennomført sin første vellykkede test i 500 kilometers høyde under navnet ELSA-d (for demonstration).

Farkosten klarte å fangen inn en satellitt – en testversjon på 17 kilo – uten bruk av gripemekanismer, men kun ved hjelp av en magnet.

Hvis ELSA-d lykkes med videre tester, skal fartøyet i framtiden gripe fast i villfarne satellitter og styre dem trygt ned i atmosfæren, der de brenner opp.

ELSAs første egentlige oppdrag begynner etter planen i 2022, da Astroscale skal kartlegge banen til en gammel japansk rakettdel som senere skal fanges inn.

ELSA-d

Farkosten ELSA-d tester magneten som skal fange inn romskrot, på en 17 kilo tung testsatellitt.

Noe romskrot skal imidlertid ikke brenne opp, men i stedet gjenaktiveres – for eksempel satellitter som har for lite drivstoff igjen til å holde på sin opprinnelige bane.

Det gjelder for eksempel firmaet Iridium Communications. 23 av firmaets i alt 95 satellitter er inaktive og driver formålsløst rundt 700–800 kilometer over jorden. Der kan de bli værende i 100 år eller mer hvis ikke de blir flyttet.

Derfor har firmaet Northrop Grumman konstruert fartøyet The Mission Extension Vehicle-1 (MEV-1). MEV-1 kan koble seg til inaktive satellitter, skyve dem tilbake i aktive baner og dermed forlenge levetiden med opptil fem år.

MEV-1 er allerede i gang med sitt første oppdrag, som begynte i 2020. Farkosten koblet seg sammen med Intelsat 901 – en 20 år gammel kommunikasjonssatellitt som holdt på å gå tom for drivstoff og derfor hadde gått inn i en inaktiv bane, kjent som en «kirkegårdsbane».

MEV-1 overtok styringen på Intelsat 901 og brakte satellitten tilbake i riktig bane. Dermed ble tjenestetiden forlenget fram til 2025.

Farlig romskrot skal fjernes for alltid, mens noen satellitter trenger en ny start i en annen bane. Med tre nye farkoster vil ingeniører rydde opp i skrotsvermen som flyter rundt jorden.

Rommets renovasjonsarbeidere
© Shutterstock & Lotte Fredslund/ClearSpace SA

1. Gripeklo styrter sammen med skrot

I 2025 blir ClearSpace-1 sendt opp. Fartøyet lokaliserer utrangerte satellitter, navigerer til dem ved hjelp av små rakettdyser og griper fatt med en gripeklo. Deretter styrter de to sammen ned i atmosfæren, der de brenner opp.

© Shutterstock & Lotte Fredslund/Orbital ATK

2. Fartøy gjenoppliver zombier

Når en satellitt går tom for energi, vil den enten styrte eller flytte til en annen bane, der den driver rundt uten mål og mening. Nå skal fartøyet MEV-1 overta styringen av disse «zombiene» og sende dem tilbake i aktiv tjeneste.

Rommets renovasjonsarbeidere
© Shutterstock & Lotte Fredslund/Astroscale

3. Magnet fanger inn romskrot

Det japanske fartøyet ELSA-d veier 175 kilo og er utstyrt med en magnet som kan fange inn pensjonerte satellitter og større biter romskrot. Deretter skyver ELSA-d gjenstanden ned i atmosfæren, der begge brenner opp.

Spørsmålet er imidlertid om vi risikerer katastrofe med det svimlende antallet nye satellitter før de nye trafikkreguleringssystemene og «romsøppelbilene» rekker å få kontroll med situasjonen.

Og kan kjedereaksjoner av romskrot som kolliderer, i praksis stenge ned romfarten – slik Don Kessler advarte om for mer enn 40 år siden?

Romskroteksperten Moriba Jah er optimistisk, forteller han til The Verge. Han minner om at oppskytingen av nye satellitter kan stoppes hvis ting begynner å gå galt.

Hvis vi skal fortsette å skyte opp så mange satellitter som vi gjør nå, kreves imidlertid ny teknologi.

Alt som blir skutt opp, må utstyres med navigasjonsutstyr slik at det enten kan styres trygt ned i atmosfæren igjen eller sendes på en uendelig reise ut i verdensrommet.

© ClearSpace SA

Se de oppfinnsomme opprydningsfartøyene

Romfartsfirmaer er i full gang med å konstruere kreative nye farkoster som kan rydde opp i banene rundt jorden. Du kan lese om noen av de mest lovende her:
Fire sprø oppfinnelser fjerner skrot i verdensrommet