Naukowcy z Uniwersytetu La Rioja (Hiszpania) opracowali nową metodę eliminowania sztucznych satelitów na wysoce eliptycznych orbitach po zakończeniu ich misji. Metodologia pozwalająca na minimalizację ryzyka i kosztów została przetestowana w ramach misji INTEGRAL (ESA), która wejdzie w ziemską atmosferę i ulegnie dezintegracji w 2029 roku.
Śmieci kosmiczne stanowią jedno z głównych wyzwań stojących przed inżynierami, bowiem stwarzają zgrożenie dla satelitów. W tym kontekście członkowie Naukowej Grupy Obliczeniowej (GRUCACI) z Uniwersytetu La Rioja opracowali metodę eliminowania satelitów znajdujących się na wysoce eliptycznych orbitach (HEO).
Orbity HEO to orbity mimośrodowe (apogeum może znajdować się dziesięciokrotnie dalej niż od Ziemi niż perygeum) i nachylone (60 stopni lub więcej w odniesieniu do równika); na ich ewolucję silny wpływ mają efekty grawitacyjne wybrzuszenia równikowego Ziemi oraz przyciąganie Księżyca i Słońca.
Oba efekty mogą sprawić, że satelity umieszczone na tego typu orbitach będą przelatywać przez dwa chronione regiony (niską orbitę okołoziemską (LEO) oraz orbity geostacjonarne (GEO)) zwiększając ryzyko kolizji z licznymi satelitami operującymi na tej samej orbicie. Co więcej prawdopodobieństwo niekontrolowanego wejścia w niższe warstwy atmosfery ziemskiej także się zwiększa.
„Nasze badania skupiają się na wykorzystaniu tego samego efektu grawitacyjnego, który wpływa na orbity HEO w celu zminimalizowania kosztów usuwania satelitów z orbity po zakończeniu ich misji,” mówi Roberto Armellin, współautor pracy.
„Niezbędne jest zachowanie zapasów paliwa w celu wykonania manewrów pozwalających na deorbitację, dlatego nie można go użyć do przedłużenia misji. Z tego też powodu opracowaliśmy metodologię skupiającą się na obniżeniu ilości paliwa niezbędnego do deorbitacji, a tym samym na obniżeniu kosztów.”
Naukowcy podeszli do problemu jak do problemu optymalizacji matematycznej, w którym niezbędne jest jednoczesne wypełnienie kilku zadań. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Advances in Space Research. Podczas badań korzystali z własnego oprogramowania do symulowania ewolucji orbitera w okresie 100 lat w zaledwie kilka sekund. Program pozwala na znalezienie najlepszych warunków oraz okna czasowego na wejście satelity w atmosferę ziemską.
Aby dowieść skuteczności nowej metodologii naukowcy zastosowali ją w ramach misji INTEGRAL, zaawansowanego obserwatorium w zakresie promieniowania gamma umieszczonego na orbicie w 2002 roku.
„Wyniki symulacji sugerują wykonanie manewrów, które pozwolą satelicie INTEGRAL wejść w ziemską atmosferę i spłonąć w niej w okresie od września 2028 roku do lipca 2029 roku w sposób kontrolowany przy zminimalizowanych kosztach,” mówi Armellin.
To rozwiązanie współgra z prawdziwą strategią przyjętą przez ESA w zakresie eliminacji satelity INTEGRAL, który czterokrotnie uruchomił silniki w tym roku tak, aby wejść w atmosferę w okolicach lutego 2029 roku.
Najnowsze przepisy ESA odnośnie śmieci kosmicznych wymagają w przypadku satelitów przecinających chroniony obszar LEO, aby weszły one w atmosferę ziemską i uległy dezintegracji przed upływem 25 lat.
Źródło: Plataforma SINC