Kosmoseprügi

Kosmoseprügi on töökõlbmatud esemed Maa orbiidil: raketiastmed, kasutuskõlbmatud või hävitatud satelliidid, kosmoselaevade prügi ja muud kosmoselaevadele ohtlikud tükid. Kosmoseprügi on ohuks praegu kasutuses olevatele satelliitidele, hiljuti oli see ohuks ka Eesti esimesele tehiskaaslasele ESTCube-1. 95% jälgitavatest orbiidil olevatest objektidest on prügi. Kosmosetehnoloogias on kosmoseprügi eemaldamine ja vältimine väga aktuaalne.
Ajalugu.
Mikrometeoriidid.
Fred Whipple kirjeldas esimesena väikeseid osakesi, mis olid liiga väikesed, et Maa ülemises atmosfääris enda kiirust säilitada ja kukkusid seetõttu Maa poole, ning nimetas need mikrometeoriitideks. Need osakesed on pärit kosmilisest udukogust või komeetidest. Fred Whipple'i uurimistöö näitas, et suurte meteoriitide kokkupõrked kosmoselaevadega on väga haruldased, aga mikrometeoriitidega põrkutakse regulaarselt. . Mikrometeoriitidega kokkupõrgete vastu töötati välja Whipple'i kilp, mis on õhuke põrkeraud kosmoselaeva seinast eemal, tänu millele mikrometeoriidid lagunevad ja ei tekita suuri kahjustusi kosmoselaeva seintele, kuna impulss jaguneb satelliidi seinale laiali.
NORAD.
Kosmoserännakute algusest peale on NORAD (North American Aerospace Defense Command) kõikide Maa orbiidile jõudnud objektide asukohtadel silma peal hoidnud. Nende andmebaasides on ka infot muude objektide kohta, mis on sattunud sinna orbiidil toimunud plahvatuste tõttu. NORAD-i andmeid kasutades uuris Donald Kessler kosmoseprügi ja kosmoseprügi vaheliste kokkupõrgete tekitatud ohtu kosmoselaevadele ning leidis, et kuna kosmoseprügi ei lagune ainult väikesteks tükkideks, võivad kokkupõrked nende tükkidega hävitada isegi suuri kosmoselaevu. Kuna kosmoseprügi laguneb tükkideks, siis suure kosmoseprügi kontsentratsiooni korral võib tekkida ahelreaktsioon, mis on tõsiseks ohuks orbiidil olevatele objektidele.
Kosmoseprügi hulga suurenemine.
Juba 1980. aastatel sai NASA-le ja teistele USA organisatsioonidele selgeks, et on vaja piirata kosmoseprügi teket tulevikus. Näiteks eemaldati varem plahvatusi tekitanud rõhu suurenemine kütusepaakides, et vältida kosmoselaevade lagunemist väiksemateks tükkideks. Kuna Nõukogude Liidus ei ole kosmoseprügi kohta eriti uurimusi tehtud, suurendas nende ettevõetud kosmoserännakute suur arv probleemi veelgi. 1990. aastate lõpus arvati, et orbiidil on umbes 8500 objekti. Paremaid uurimismeetodeid kasutades ja ka uute missioonidega hinnati see 2005. aastal 13 000 objektiks, 2006. aastal 19 000 objektiks ja 2011. aastal juba 22 000 objektiks.. Uue info saamise järel oli selge, et kosmoseprügi kogus on nii suur, et on suur võimalus kosmoseprügi omavahelisteks kokkupõrgeteks, mis tekitavad järjest rohkem prügi ning suurendavad veelgi kokkupõrkeohtu.
Prügi kirjeldus.
Suur/väike kosmoseprügi.
Kosmoseprügi jaotatakse kaheks suureks kategooriaks. Suured objektid on defineeritud võimetusest väiksemaid objekte jälgida ning suur objekt on tavaliselt vähemalt formula_1 ja massiga 1 kg. See on väga sarnane kuupsatelliidi standardiga. Enamasti eraldatakse ka suurte ja väikeste objektide vaheline piirkond ning väikesed objektid defineeritakse väiksemateks kui formula_2. Väiksemaid objekte on palju rohkem, aga üle 98% Maa-lähedastel orbiitidel asuva prügi massist on moodustavad 1500 objekti, mis on raskemad kui 100 kg.
Kosmoseprügi Maa-lähedastel ja kõrgematel orbiitidel.
Maa-lähedastel orbiitidel on võimalik, et üks suur kokkupõrge, näiteks kosmosejaama ja satelliidi vahel, võib muuta need orbiidid kasututeks. Kõrgematel orbiitidel on aga probleemiks see, et kuna õhutakistus on palju väiksem, siis seal paiknev kosmoseprügi ei lange Maa poole, vaid jääb orbiidile pikaks ajaks. See tähendab, et tähtsad orbiidid, näiteks geostatsionaarne orbiit, saavad kiiresti täis ja piiravad sinna saadetavate satelliitide hulka. Maa-lähedastel orbiitidel on kiiruste vahed palju suuremad ning kasutusel on palju erinevaid orbiite. Selle tõttu on ahelreaktsiooni tekkimise võimalus just madalamatel orbiitidel. Kõrgematel orbiitidel on kokkupõrked nõrgemad, kuid siiski suudavad need enamasti satelliidid rivist välja lüüa.
Kosmoseprügi oht.
Iga kokkupõrge väiksemate tükkidega ei hävita satelliiti, kuna kasutatakse Whipple'i kilpe, kuid see ei tähenda, et need kokkupõrked probleeme ei tekita. Kõige suuremat ohtu tekitavad mikrokokkupõrked päikesepaneelidele. Päikesepaneele on raske varjestada, sest suurima produktiivsuse jaoks on vaja paneelid võimalikult suurele pindalale laiali laotada. Väiksema kosmoseprügi ja päikesepaneelide kokkupõrkel tekkivad väikesed gaasilaadsed osakesed, mis ei ole ohuks teistele kosmoselaevadele. Küll aga on need osakesed laetud ja seetõttu ohuks päikesepaneelidele endile.
Kosmoseprügi on muutumas järjest suuremaks ohuks mehitatud kosmosemissioonidele. Kuigi suurt katastroofi pole kosmoseprügi põhjustanud (enamasti seetõttu, et mehitatud kosmosemissioonid on lühikesed ning ei toimu väga tihedalt), siis STS-59 otsa põrutas aastal 1994 väike osake, mis läbis umbes poole kaitsvast klaasist. Väikeste kokkupõrgete hulk on järjest suurenenud ning nende riskidega on hakatud üha rohkem arvestatama.
Kuigi on mõningaid juhtumeid, kus kosmoseprügi on ka Maale kukkunud, siis suurt ohtu kosmoseprügi inimestele ei kujuta, sest enamik kosmoseprügist põleb atmosfääris ära ning ei lange maale.
Kosmoseprügiga toimetulek.
Kasvu piiramine.
Kõige suuremat ohtu kujutavad kosmoselaevad, mis võivad plahvatada ja tekitada palju väikseid objekte. Seetõttu on võetud kasutusele abinõud, et kütus oleks võimalikult vähe plahvatusohtlik.
Kuigi viimasel ajal on kosmoseprügi teema muutunud palju aktuaalsemaks ja kosmosemissioonide hulga piiramiseks on välja pakutud palju ideid, näiteks satelliitidele kütuse juurdeviimine, siis pole allkirjastatud ühtegi suurt lepet, mis kohustaks organisatsioone kosmoseprügi kogust vähendama.
Kosmoselaevade prügi regulatsioon.
ITU satelliidi regulatsioonide põhjal peaksid geostatsionaarsel orbiidil asuvad satelliidid eluea lõppedes liikuma seniselt orbiidilt muu kõrgusega orbiidile, et vähendada kokkupõrke ohtu.
Kosmoserakettide eraldatud staadiumid ja satelliidid, millel on küllalt kütust, saavad ennast liigutada orbiidile, kus õhutakistuse tõttu on võimalik selle osa hävimine juba mõne aastaga. Sellise manöövri tegi edukalt Prantsuse satelliit Spot-1.
Kosmoselaevadele on võimalik vajadusel lisada ka takistust suurendav element, mille töö tulemusena satelliit kiiremini langeks. Selline omadus on ka ESTCube-1 kasutataval elektrilisel päikesepurjel, mis Maa plasmas suurendab takistust ja alandab satelliidi orbiiti.
Prügi eemaldamine orbiidilt.
Viimasel ajal on välja töötatud palju projekte, mille eesmärgiks on näiteks kosmoselaeva orbiidile saatmine, prügiga kokkusattumine ning seejärel prügi hävitamine või kokkukorjamine. Kuigi selle idee teostus võib tunduda väga keerukas, on väljatöötamisel just seda tüüpi satelliidid. Selliste ideede elluviimine on aga väga kulukas. Alternatiivne lahendus on määrata uutele satelliitidele piirangud selle kohta, mis aja jooksul peavad need orbiidilt kaduma.