Vaarallinen avaruusromu siivotaan pois laserilla

Lähiavaruus on täyttymässä satelliiteista ja törmäysten aiheuttamasta avaruusromusta. Uudet törmäykset uhkaavat merkittävästi tärkeiden satelliittien ja avaruusasemien toimintaa. Satelliittien varassa on tietoliikenne, navigointi, sääennustukset ja monet turvallisuusasiat. Uudessa kansainvälisessä yhteisprojektissa kehitetään satelliittia, joka voisi siirtää vaarallista romua pois tärkeiltä kiertoradoilta.

Kuvassa Aalto-yliopistossa valmistettu koulutussatelliitti, jota käytetään tutkimushankkeessa.
KitSat-satelliittimalli, jonka avulla tutkitaan satelliittien fysikaalisia ominaisuuksia.
Kuva:
Maanmittauslaitos

Uusi suistosatelliitti tönisi laserpulssilla pieniä romunkappaleita. Tutkimusprojektissa keskitytään alle 10 senttimetrin pituisiin kappaleisiin. Pieniä, alle 10 senttimetrin kohteita ei pystytä aktiivisesti seuraamaan Maasta käsin. Niihin eivät tehoa muut kehitteillä olevat puhdistustekniikat, jotka ovat kaapparisatelliitit ja Maasta ammuttavat suuritehoiset laserpulssit. 

Yli 10 senttimetrin kappaleita pystyttäisiin ottamalla kaapparisatelliitilla kiinni ja palauttamaan maahan tai heittämään rakettivoimalla uudelle radalle. Samoin laserilla maasta ampuminen toimii vain yli 10 senttimetrin kappaleisiin. Laserilla kuumennetusta kappaleesta sinkoaa kaasua suurella nopeudella, jolloin se kuljettaa itsensä pois radalta.

Vaaralliset romut siivottava pois

– Pienetkin romun sirpaleet ovat vaarallisia, koska ne liikkuvat luotia nopeammin. Jo pieni siru voi aiheuttaa reiän avaruusaseman kylkeen, tai tuhota kokonaisen satelliitin, kertoo tutkimuspäällikkö Jouni Peltoniemi Paikkatietokeskuksesta. 

Tällä hetkellä ainoa keino väistellä isoja romukappaleita on satelliittien kiertoratojen säätäminen. Suurimpia romukimpaleita voidaan seurata maasta käsin ja suunnitella satelliittien radat ja väistöt niin, ettei törmäyksiä pitäisi tapahtua. 

– Satelliittien radoissa on kuitenkin auringon, ilmakehän, hiukkasmyrskyjen ja monien muiden tekijöiden aiheuttamaa epävarmuutta, minkä takia varma ei koskaan voi olla. Kiertoratojen muuttamisessa on riskejä, ja se myös kuluttaa polttoainetta. Väistely lyhentää satelliitin käyttöikää, kun sen polttoaine kuluu loppuun, selventää Peltoniemi.

Peltoniemi vastaa Suomen osuudesta Olamot-projektissa, jossa tutkitaan alle 10 senttimetrin kappaleiden turvallista poistamista. Projektista päävastuussa on ranskalaisitalialainen avaruusteollisuusyhtiö Thales-Alenia-Space (TAS), joka toteuttaa projektin yhdessä Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksen (FGI) kanssa.

Tarkkuutta ja hienosäätöä tarvitaan laserilla ammuskelussa

– Tiedämme jo ennestään, että auringon ja pieneltä osin maan säteilyn paine vaikuttaa satelliittien ja romun ratoihin. Vaikutus voi olla jopa satoja metrejä per kierros. Kohtuullisen voimakkaalla laserilla voisi saada aikaiseksi jopa kilometrien muutoksia rataparametreihin. Tästä seuraisi, että romut siirtyisivät pois tärkeiden satelliittien kiertoradoilta, Peltoniemi kertoo. 

Oikean sysäyksen saaminen vaatii tarkan ajoituksen, valovoiman, kohdistuksen ja polarisaation. Väärä voiman määrä polttaa kohteen ennenaikaisesti, voi viedä sen vielä tuhoisammalle radalle tai jättää yrityksen suutariksi. Voima suuntautuu keskimäärin lasersäteen suuntaisesti, mutta esimerkiksi kohteen epäsymmetria sekä pyöriminen ja säteen muoto vaikeuttavat tarkkaa osumista. 

Paikkatietokeskuksessa tutkitaan valopaineen mallitusta ja vaikutusta erilaisille avaruussirpaleille, ja tämän vaikutuksen mittaamista avaruudessa ja maasta käsin. TAS luonnostelee laserilta vaadittavaa kykyä ja laser-satelliitin vaatimuksia. 

Suistosatelliitin kanssa on oltava nopea

Haasteina on se, että romun sirpaleita ei pystytä seuraamaan maasta, eikä niiden koostumusta, muotoa ja pyörimistä pystytä etukäteen mittaamaan. 

– Voimme vain tilastollisin mallein arvioida kappaleiden suuruusluokat, ja sitten lennosta säätää laseria kuhunkin kohteeseen sopivaksi, mahdollisesti hyvinkin lyhyellä varoitusajalla ensihavainnosta, sanoo Peltoniemi. 

Tämä edellyttää, että suistosatelliitti viedään romun keskelle, missä havainnot ja laserin ampuminen voidaan tehdä satojen kilometrien sisällä. Ennen laserpulssin ampumista pitää selvittää, millä radalla kohde lentää, ja uhkaako se jotakin satelliittia. Sitten pitää nopeasti päättää, pitääkö kohdetta siirtää ja minne se olisi turvallisempaa toimittaa. Lopuksi pitää seurata, siirtyykö kappale oikeasti, vai tapahtuiko jotakin ennakoimatonta. Kun kohteen tarkka paikka tiedetään, sitä voidaan hetkellisesti seurata teleskoopein, tutkin ja laserein maasta, mutta kun se kerran häviää, sitä on usein mahdotonta uudestaan löytää.

 

Olamot eli Orbital laser momentum transfer -projekti on ESA:n rahoittama. Uutisessa ilmaistut mielipiteet ovat niiden esittäjien omia, eivätkä edusta ESA:n näkemyksiä.

Lisätietoja

Tutkimuspäällikkö Jouni Peltoniemi 050 465 4953, etunimi.sukunimi@maanmittauslaitos.fi

Uusimmat uutiset ja blogit