Recykling satelitów i statków kosmicznych wyzwaniem przyszłości

Naukowcy proponują zasady ograniczania, ponownego użycia i recyklingu, które można zastosować do satelitów i statków kosmicznych. Obejmują one różne etapy – od projektowania i produkcji, po naprawy na orbicie i zmianę przeznaczenia po zakończeniu eksploatacji.

Recykling w kosmosie

.Jak zwracają uwagę naukowcy z University of Surrey, za każdym razem, gdy wystrzeliwana jest rakieta, tracone są tony cennych materiałów, a do atmosfery uwalniane są ogromne ilości gazów cieplarnianych oraz substancji zubożających warstwę ozonową.

W publikacji, która ukazała się w piśmie „Chem Circularity” omawiają, w jaki sposób zasady ograniczania, ponownego użycia i recyklingu można zastosować do satelitów i statków kosmicznych. Mówią o całym cyklu – od etapu projektowania i produkcji, aż po naprawy na orbicie i zmianę przeznaczenia po zakończeniu eksploatacji.

„Wraz z przyspieszeniem aktywności kosmicznej – od megakonstelacji satelitów po przyszłe misje na Księżyc i Marsa – musimy zadbać o to, by eksploracja nie powielała błędów popełnionych na Ziemi” – podkreśla jeden z głównych autorów pracy Jin Xuan, cytowany w informacji prasowej. – „Prawdziwie zrównoważona przyszłość w kosmosie zaczyna się od współdziałania technologii, materiałów i systemów”.

Naukowcy wyjaśniają, że poza wpływem na środowisko związanym z wystrzeliwaniem statków kosmicznych, jeszcze więcej materiałów przepada w momencie wycofywania statków i satelitów z eksploatacji. To wynik tego, że rzadko poddaje się je recyklingowi lub adaptuje do nowych zadań.  Na przykład większość satelitów trafia na tzw. orbity cmentarne lub kończy jako kosmiczne śmieci, które mogą zakłócać funkcjonowanie innych obiektów.

„Naszą motywacją było przeniesienie dyskusji o obiegu zamkniętym do sektora kosmicznego, gdzie powinna się ona toczyć już od dawna. Myślenie w duchu gospodarki cyrkularnej zmienia podejście do materiałów i produkcji na Ziemi, ale rzadko znajduje zastosowanie w przypadku satelitów, rakiet czy kosmicznych habitatów” – mówi prof. Xuan.

Zdaniem ekspertów, budowanie kosmicznej gospodarki o obiegu zamkniętym zaczyna się od zastosowania zasady 3R – redukcji, ponownego użycia i recyklingu (ang. reduce, reuse, recycle). Aby ograniczyć ilość odpadów, sektor kosmiczny powinien zwiększyć trwałość i naprawialność statków kosmicznych oraz satelitów. Z kolei aby zmniejszyć liczbę koniecznych startów, stacje kosmiczne powinny zostać wykorzystane do tankowania i naprawy statków lub produkcji komponentów satelitarnych.

Eksperci twierdzą, że aby umożliwić ponowne wykorzystanie lub recykling statków i stacji kosmicznych, sektor powinien inwestować w systemy miękkiego lądowania, takie jak spadochrony i poduszki powietrzne.  Zauważają jednak, że ponieważ statki i satelity często ulegają znacznemu zużyciu z powodu surowych warunków panujących w kosmosie, wszelkie komponenty przeznaczone do ponownego użycia musiałyby przejść rygorystyczne testy bezpieczeństwa.

Autorzy apelują również o podjęcie działań mających na celu odzyskiwanie szczątków orbitalnych – na przykład za pomocą sieci lub robotycznych ramion. Dzięki temu zawarte w nich materiały mogłyby zostać poddane recyklingowi, a ponadto pomogloby to zapobiegać kolizjom generującym kolejne kosmiczne śmieci.

Opracowanie bardziej zrównoważonych praktyk kosmicznych

.Zdaniem badaczy analiza danych i technologie cyfrowe – w tym systemy sztucznej inteligencji – będą niezbędne do opracowania bardziej zrównoważonych praktyk kosmicznych. Na przykład analiza danych generowanych przez statki kosmiczne mogłaby usprawnić procesy projektowania i pomóc zminimalizować ilość odpadów. Co więcej, modele symulacyjne mogłyby ograniczyć konieczność przeprowadzania drogich i zasobochłonnych testów fizycznych, a systemy SI mogłyby chronić statki i satelity przed zderzeniami ze orbitalnymi odpadami.

Ponieważ stworzenie kosmicznej gospodarki o obiegu zamkniętym stanowiłoby fundamentalną zmianę w sposobie funkcjonowania sektora kosmicznego, co oznacza, że konieczne będzie rozpatrywanie jednocześnie całego systemu, zamiast skupiania się na poszczególnych elementach i procesach.

„Potrzebujemy innowacji na każdym poziomie: od materiałów, które można ponownie wykorzystać lub przetworzyć na orbicie, przez modułowe statki kosmiczne, które da się modernizować zamiast wyrzucać, aż po systemy danych monitorujące proces starzenia się sprzętu w kosmosie” – mówi prof. Xuan.

„Jednak równie ważna jest współpraca międzynarodowa i ramy prawne zachęcające do ponownego wykorzystania i odzysku zasobów poza Ziemią. Kolejna faza polega na połączeniu chemii, inżynierii i zarządzania, by uczynić zrównoważony rozwój domyślnym modelem dla sektora kosmicznego” – podkreśla.

Jak szybko porusza się Układ Słoneczny?

.Naukowcy odkryli, że nasz Układ Słoneczny może poruszać się szybciej niż dotychczas sądzono. Może to wpłynąć na rozumienie kosmosu przez badaczy.

Wiedza o tym jak szybko i w jakim kierunku porusza się przez Wszechświat nasz Układ Słoneczny, jest niezwykle ważna dla zrozumienia tego jak działa kosmos. W ramach nowego badania naukowcy z Bielefeld University, pod kierownictwem Lukasa Böhme, odkryli nowe dowody, które wskazują, że nasz kosmiczny dom przemieszcza się z większą prędkością niż dotychczas zakładano w modelu kosmologicznym. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Physical Review Letters.

„Nasza analiza wskazuje, że Układ Słoneczny porusza się ponad trzy razy szybciej niż przewidują obecne modele (od 225 do 250 km/s). Wynik ten wyraźnie zaprzecza oczekiwaniom opartym na standardowej kosmologii i zmusza nas do ponownego przemyślenia naszych dotychczasowych założeń” – mówi Lukasa Böhme z Bielefeld University.

Aby określić ruch Układu Słonecznego, astronomowie przeanalizowali rozmieszczenie tzw. radiogalaktyk – odległych galaktyk emitujących szczególnie silne fale radiowe, które są formą promieniowania elektromagnetycznego o bardzo długich falach. Ponieważ mogą one przenikać przez pył i gaz, które zasłaniają światło widzialne, radioteleskopy mogą obserwować obiekty niewidoczne dla instrumentów optycznych.

Gdy Układ Słoneczny porusza się przez Wszechświat, ruch ten powoduje powstanie subtelnego „wiatru czołowego” – w kierunku poruszania się widoczne jest nieco więcej galaktyk radiowych. Różnica jest niewielka i naukowcy mogą wykryć ją tylko za pomocą niezwykle czułych pomiarów.

Korzystając z danych pochodzących z LOFAR (Low Frequency Array) – znajdującej się w Europie sieci radioteleskopów – w połączeniu z danymi z dwóch innych obserwatoriów radiowych, naukowcy po raz pierwszy byli w stanie dokonać szczególnie precyzyjnego zliczenia takich radiogalaktyk. Zastosowali nową metodę statystyczną, która uwzględniała fakt, że radiogalaktyki składają się z wielu elementów. Jak twierdzą astronomowie, ta ulepszona analiza dała większe, ale także bardziej realistyczne niepewności pomiarowe. Dane ujawniły odchylenie, które miało znaczący wynik statystyczny.

Pomiar wykazuje anizotropię (zależność od kierunku) w rozkładzie galaktyk radiowych, która jest 3,7 razy silniejsza niż przewiduje standardowy model Wszechświata. Model ten opisuje powstanie i ewolucję kosmosu od czasu Wielkiego Wybuchu i zakłada w dużej mierze jednolity rozkład materii.

„Jeśli nasz Układ Słoneczny rzeczywiście porusza się tak szybko, musimy zakwestionować podstawowe założenia dotyczące wielkoskalowej struktury Wszechświata. Alternatywnie, sam rozkład galaktyk radiowych może być mniej jednolity niż sądziliśmy. W obu przypadkach nasze obecne modele są właśnie poddawane próbie” – wyjaśnia Dominik J. Schwarz z Bielefeld University.

Tekst dostępny na łamach Wszystko co Najważniejsze: https://wszystkoconajwazniejsze.pl/pepites/jak-szybko-porusza-sie-uklad-sloneczny/

PAP/ Marek Matacz/ LW