宇宙のごみ問題、Nasaが国際宇宙ステーションを破壊する計画

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米国の宇宙機関は、地球上の生命を危険にさらすことなくISSを廃止するという一連の課題に直面しています。
スペースデブリとは何ですか？なぜそれが問題になるのですか？

米国の宇宙機関は、地球上の生命を危険にさらすことなくISSを廃止するという一連の課題に直面しています。

2022年2月21日

国際宇宙ステーション（ISS）の最初のセグメントについて、ケンブリッジ大学の計算物理学の博士課程の候補者であるHeatherMuirは、ステーションを軌道から太平洋のポイントネモ「宇宙船墓地」に移動することに伴う多くのリスクについて語っています。
国際宇宙ステーション（ISS）は1998年に宇宙に打ち上げられました。

Nasaは、国際宇宙ステーション（ISS）が2031年に正式に廃止される計画を発表しました。
1998年以降の数十回の打ち上げにより、ステーションが軌道に乗って軌道に乗った後、それを停止することはそれ自体の偉業です。

廃炉作戦に関するNASAの計画は、太平洋の真ん中に燃えるような突入で最高潮に達します。
これは、すべての文明から最も遠い地点である「宇宙船墓地」としても知られるポイントネモと呼ばれる場所です。

ポイントネモを見つけることは、ISSの運用を新しい商用宇宙ステーションに移行し、残りの構造物を安全に地球に降ろすという、複雑で多段階のミッションの最終目的地になります。
もともと15年の寿命のために委託された、ISSはすべての期待を上回っています。

すでに21年間運用されており、NASAはさらに10年間のゴーサインを出し、軌道上での総計画時間を2倍にしました。

ISSの目的

ISSは、5つの異なる宇宙機関（米国、ロシア、ヨーロッパ、カナダ、日本）が関与する、人類全体の科学とコラボレーションの1つの大きな飛躍を可能にしました。
ISSのモジュールと部品は、多くの異なる国々によって漸進的に構築されており、宇宙で初めて接触するようになりました。

記念碑的な礫岩の構造は現在、サッカー場の長さを伸ばしており、宇宙で最大の人工物です。
地球の表面から400kmの高さを通過し、16回の毎日の軌道を完了している間、地球から肉眼で見ることができます。

ISSのいわゆる微小重力環境での研究は、過去10年間で創薬、ワクチン開発、および医療におけるブレークスルーをもたらしました。
ISSは、地球の生態系と自然災害をリアルタイムで監視するのにも役立ちます。

これは、将来の宇宙船技術をテストし、太陽系の将来の人間の探査の可能性についての長期宇宙飛行の健康への影響を研究するために使用されます。

機内での研究が勢いを増しているにもかかわらず、NASAはインフラストラクチャとコンポーネントの速度が低下している兆候に気づきました。
地球の周りのすべての軌道で、ISSは一方の側で太陽放射によって焦げ、もう一方の側で凍結します。

これらの極端な熱は、材料を摩耗させる周期的な膨張と収縮を引き起こします。

宇宙放射線は、ステーションに電力を供給するために使用される太陽電池の透明なガラスを焦がし、ドッキングとドッキング解除を繰り返すと、徐々に構造が劣化し、最終的にはその崩壊につながります。

飛行スペースデブリの増加はまた、計画外の壊滅的な破壊のリスクをもたらします。

2016年、飛び散ったペンキの斑点が窓を削り、昨年、ロシアがミサイルで死んだ衛星を全滅させたとき、ISSの乗組員は避難待機状態になり、数千個の破片が毎秒5kmでステーションを飛んでいました。
それにもかかわらず、NASAは、ステーションが2030年の終わりまでそれを見通す「高い信頼性」があると評価しています。

廃炉作業

Nasaは2030年までステーションを維持することを約束しましたが、そのパートナー組織はまだ正式にサインオンしていません。

つまり、軌道を外す最終決定はエンジニアリングだけでなく政治にも依存します。

終焉のための設計原則

正式な廃止措置の前に劣化または計画外の損傷が発生した場合、自由落下するISSは深刻な危険をもたらします。
実際、それは空から落ちる最初の宇宙ステーションではないでしょう。

1979年、NASAのスカイラブステーションは時間内に燃料が補給されず、制御不能になって墜落し、ステーションの塊がオーストラリア中に散らばっていました。
誰も被害を受けませんでしたが、これは改革と「終焉のための設計」ガイドラインにつながりました。

終焉のための設計は、衛星やその他の軌道を回る宇宙インフラストラクチャのエンジニアリングにとって重要な原則です。
軌道から自由に落下する物体は、地上の人々に危険を及ぼさないように、小さな断片に分解する必要があります。

ISSは大きすぎて、終焉の原理の設計を満たすことができません。
そのため、軌道を外すための特別な操作が必要です。

専門家は、それが大都市圏で制御されずに崩壊した場合、最悪のシナリオは「9/11イベント」の規模になる可能性があると推定しています。
ただし、これは非常にありそうにありません。

ISSの計画された制御された軌道離脱操作では、新しく構築されたモジュールは最初に主要構造から切り離され、軌道上にとどまり、最終的には将来の宇宙ステーションの一部として再結合されます。
その後、ISSは搭載されたスラスターによって穏やかに減速され、その軌道高度は数か月の間に徐々に低下します。

残りの降下はより速くなりますが、構造が地球に向かって急降下し始めると、構造を取り付けて操縦するために送信される一連の宇宙船によって制御されます。
大気圏に再突入すると、構造物の大部分が燃え尽きますが、残りの質量は、深海の休息場所への目標軌道にとどまる必要があります。

ロシアの宇宙ステーションは以前と同じ方法で安全に降ろされましたが、ISSは約4倍大きいため、この規模での運用はテストされていません。

新時代

2031年に完全に軌道を外れる前に、ISSは最初に移行段階を経て、現在行われている重要な科学研究を維持し、宇宙における新しい産業の基盤を形成します。
ジェフバゾスのブルーオリジンは最近、ISSを同社の私営宇宙ステーションに置き換える計画を発表しました。

他の主要なプレーヤーには、ノースロップグラマンとアクシアムスペース（SpaceXと提携）が含まれます。
これらは、早くも2024年に既存のISSからモジュールの構築を開始する契約を結んでいます。

また、既存のISSから切り離されたモジュールで構成される可能性が高いロシアの宇宙ステーションの計画もあります。

一方、中国は昨年、独立した天宮号宇宙ステーションの最初のモジュールを打ち上げ、今後数か月以内に拡張を完了する予定です。

現在、NASAとそのパートナー機関は、共同所有のインフラストラクチャの使用を監督しており、統治の専門知識により運用について相談を受けています。
しかし、時代は変わりつつあり、NASAは現在SpaceXが所有する宇宙船の座席を購入しています。

最終的に、NASAは商業オペレーターの単なる別の顧客になります。

スペースデブリとは何ですか？なぜそれが問題になるのですか？

ジョナサン・オキャラハン

1950年代の宇宙時代の幕開け以来、私たちは何千ものロケットを打ち上げ、さらに多くの衛星を軌道に送りました。
多くはまだそこにあり、私たちはより多くの打ち上げを行うにつれて衝突のリスクがますます高まっています。

人類が宇宙を探索している限り、私たちはスペースデブリに悩まされることになります。
私たちの惑星を周回しているのは、何千もの死んだ衛星と、私たちが何年にもわたって打ち上げたすべてのロケットからの破片です。

これはいつか問題を引き起こす可能性があります。

スペースジャンクとは何ですか？

スペースジャンク、またはスペースデブリは、人間が宇宙に残した機械やデブリのことです。
つまり宇宙ゴミ（うちゅうゴミ）です。

これは、ミッションの終了時に失敗したか、軌道上に残された死んだ衛星などの大きなオブジェクトを指す場合があります。
また、ロケットから落ちた破片やペンキの斑点など、小さなものを指すこともあります。

月にも人造のがらくたが残っています。

ロケット分離のGoProビデオ

このGoProビデオで見られるように、ロケットは宇宙に到達したときにペンキの斑点のような小さな破片をたくさん放出する可能性があります

スペースデブリはどれくらいありますか？

現在、地球を周回しているアクティブな衛星は約2,000個ありますが、死んだ衛星も3,000個あります。
さらに、サイズが10センチメートルを超える約34,000個のスペースデブリと、他の何かにぶつかった場合に悲惨な結果をもたらす可能性のある数百万個の小さなスペースデブリがあります。

スプートニク1衛星、4つのホイップアンテナを備えた球体世界初の衛星スプートニク1号は、1957年10月4日にソビエト連邦によって打ち上げられました。

スペースジャンクはどのようにして宇宙に侵入しますか？

すべてのスペースデブリは、私たちが地球から物体を打ち上げた結果であり、大気圏に再び入るまで軌道上にとどまります。

数百キロメートルのより低い軌道にあるいくつかの物体はすぐに戻ることができます。
彼らはしばしば数年後に大気圏に再突入し、ほとんどの場合、彼らは燃え尽きるでしょう-それで彼らは地面に到達しません。
しかし、通信衛星や気象衛星が静止軌道に配置されることが多い36,000キロメートルの高地に残された破片や衛星は、数百年、さらには数千年も地球を周回し続ける可能性があります。

Arabsat-6Aミッションの立ち上げ

一部のスペースデブリは、軌道上での衝突または衛星攻撃兵器テストの結果です。
2つの衛星が衝突すると、それらは何千もの新しい破片に砕け散り、たくさんの新しい破片を作り出す可能性があります。
これはまれですが、米国、中国、インドを含むいくつかの国では、ミサイルを使用して自国の衛星を爆破する練習をしています。
これにより、何千もの新しい危険な破片が作成されます。

宇宙ゴミは宇宙探査にどのようなリスクをもたらしますか？

幸いなことに、現時点では、スペースデブリは私たちの探査活動に大きなリスクをもたらすことはありません。
それがもたらす最大の危険は、軌道上の他の衛星に対するものです。

これらの衛星は、衝突したり、損傷したり破壊されたりしないように、この入ってくるスペースデブリの邪魔にならないように移動する必要があります。

合計すると、すべての衛星で、宇宙飛行士が住む国際宇宙ステーション（ISS）を含め、毎年何百もの衝突回避操作が実行されます。

地球前のISSの宇宙からの眺め

ISSは、スペースデブリによる損傷を避けるために衝突回避操作を実行する必要があります。クレジット：NASA。

幸いなことに、衝突はまれです。中国の衛星は、衝突後、2021年3月に解散しました。
その前に、スペースデブリによって衝突して破壊された最後の衛星は2009年でした。
そして、地球の軌道を越えて探索することになると、そこにある限られた量のスペースデブリのどれも問題を引き起こしません。

スペースデブリの数

地球の軌道にある2,000個のアクティブな衛星
地球の軌道上にある3,000個の死んだ衛星
10センチを超えるスペースデブリ34,000個
1ミリメートルより大きい1億2800万個のスペースジャンク
10,000人に1人：衝突の危険性があり、破片回避操作が必要になります

1999年以来のISSによる25の破片回避操作

どうすればスペースデブリを片付けることができますか？

国連は、すべての企業がミッション終了後25年以内に衛星を軌道から外すことを求めています。
ただし、衛星は失敗する可能性があるため（多くの場合失敗する可能性があるため）、これを強制するのは困難です。この問題に取り組むために、世界中のいくつかの企業が新しい解決策を考え出しました。

これらには、軌道から死んだ衛星を取り除き、それらを大気中に引き戻して、そこで燃え尽きさせることが含まれます。
これを行う方法としては、銛を使って衛星をつかむ、巨大な網で捕まえる、磁石を使って衛星をつかむ、レーザーを発射して衛星を加熱し、大気抵抗を増やして軌道から外れるなどがあります。

RemoveDEBRISミッション

2018年、Surrey Satellite TechnologyのRemoveDEBRISミッションは、巨大なネットで衛星をつかむ練習をしました。
Surrey NanosatsSSCミッションデリバリーチームの映像をご覧ください。

ただし、これらの方法は、地球を周回する大型衛星にのみ役立ちます。
ペンキや金属片などの小さな破片を拾う方法は実際にはありません。彼らが自然に地球の大気圏に再び入るのを待つ必要があります。

ケスラーシンドロームとは何ですか？

これは、1978年にNASAの科学者ドナルドケスラーによって提案されたアイデアです。
彼は、軌道上にスペースデブリが多すぎると、より多くのオブジェクトが衝突し、その過程で新しいスペースデブリを作成する連鎖反応を引き起こす可能性があると述べました。
地球の軌道が使えなくなった地点。

この状況は極端ですが、一部の専門家は、これの変形がいつか問題になる可能性があることを懸念しており、これが発生しないように対策を講じる必要があります。
このアイデアは、映画「グラビティ」でも人気がありました。

スペースデブリは将来問題になるのでしょうか？

それはよくあるかもしれません。いくつかの企業は、インターネットを地球に向けて送信する、メガコンステレーションと呼ばれる巨大な新しい衛星グループを計画しています。
SpaceXやAmazonを含むこれらの企業は、世界的な衛星インターネットカバレッジを実現するために数千の衛星を打ち上げることを計画しています。
成功すれば、軌道上にさらに50,000個の衛星が存在する可能性があります。
これはまた、より多くの衝突回避操作を行う必要があることを意味します。

Starlinkブロードバンドデータ衛星のスタック