Nu ska vi städa upp i rymden

Lyckligtvis utvecklar ingenjörer nu farkoster och teknik som kan städa bort gamla satelliter och guida de många nya säkert på sin bana runt jorden, för om vi inte gör något nu så kommer mängden rymdskrot att helt sätta stopp för nya uppskjutningar.

Rymdskrot hot mot expeditioner

Till slut får alla satelliter slut på energi. I dag håller de typiskt mellan fem och femton år. Därefter kan de inte längre hålla sig kvar i sin omloppsbana.

En del av satelliterna störtar mot jorden och brinner upp i atmosfären, men andra driver inaktiva runt i så kallade kyrkogårdsbanor. Flera tusen inaktiva satelliter kretsar runt jorden just nu.

Och de är inte ensamma.

När raketer skjuts upp släpper de oftast de nedersta delarna, en efter en, när de får slut på bränsle. Resultatet är att över 2 000 större raketdelar enligt analystjänsten CelesTrak just nu irrar planlöst runt jorden.

Här riskerar raketdelarna att kollidera med andra farkoster – eller störta okontrollerat mot jorden, som en 18 ton tung kinesisk raket gjorde i maj 2021.

I dag har rakettillverkarna blivit bättre på att säkerställa att uttjänta raketdelar inte slutar som farligt rymdskrot, utan styrs kontrollerat ned genom atmosfären där de brinner upp. 2019 uppfyllde upp till 70 procent av raketstegen enligt ESA FNs riktlinjer för att minska mängden rymdskrot jämfört med drygt 20 procent 2000.

Oavsett hur smart konstruerade de senaste raketerna är står vi redan inför en gigantisk utmaning: 1 000 000 bitar rymdskrot på över en centimeter i diameter ligger i omloppsbana enligt ESA runt jorden. Under kommande år ökar antalet satelliter.

Det kryllar av satelliter i rymden

De första satelliterna som skickades upp i omloppsbana runt jorden var dyra och vägde flera ton. Sedan dess har satelliterna både blivit lättare och billigare, och idag byggs de ända ned i det så kallade CubeSat-formatet på tio gånger tio gånger tio centimeter. Samtidigt har raketer också blivit allt billigare de senaste åren.

Därför står allt fler rymdfartsorganisationer och privata företag i dag redo med allt fler satelliter.

Ett exempel är Starlink-satelliterna som är rymdfartsföretaget SpaceX bud på satellitbaserat internet. Företaget skickar varje månad upp 60 Starlink-satelliter och har planer på att skicka upp totalt 12 000 satelliter.

SpaceX får konkurrens av bland andra Amazon och OneWeb. OneWeb kommer att skicka upp över 600 satelliter medan Amazon planerar att skicka upp över 3 000 satelliter.

Kritikerna är bekymrade eftersom de många satelliterna gör att risken för kollisioner ökar drastiskt.

Och den är redan stor. Sedan början av rymdåldern och fram till 2019 har det inträffat enligt ESA 561 bekräftade kollisioner där satelliter, raketsteg och andra rymddelar har splittrats i småbitar.

Don Kessler, Nasas expert på rymdskrot, beskrev redan 1978 i en berömd artikel hur ökande mängder rymdskrot kan skapa en kedjereaktion där kollisioner skapar rymdskrot som i sin tur orsakar fler kollisioner, vilka skapar mer rymdskrot och så vidare.

Även mycket små bitar rymdskrot kan orsaka stora skador.

Det fick astronauterna ombord på den internationella rymdstationen erfara 2016 då en repa på ungefär sju millimeter slogs upp i glaset på stationens observationskupol.

Enligt ESA orsakades repan sannolikt av en färgflaga eller en metallbit bara några tusendelar av en millimeter stor. En skrotbit så liten som en centimeter kan slå hål på någon av rymdstationens besättningsmoduler medan en bit på tio centimeter kan förstöra en hel rymdfarkost.

I takt med att rymdskrot blir ett större och större hot mot rymdfarten intensifierar forskare insatsen för att övervaka alla de stora och små föremålen i omloppsbana medan ingenjörer konstruerar farkoster som enbart har till uppgift att städa upp i rymden.

Astrofysikern Moriba Jah på University of Texas at Austin är en av världens ledande rymdskrotforskare. Han har utvecklat en detaljerad datorsimulering av satelliternas banor och det rymdskrot som de för allt i världen behöver undvika.

Moriba Jah förklarar i en intervju med techmediet The Verge att ett stort problem med rymdskrot är att små avvikelser i de radarobservationer som kartlägger banorna gör mätningarna mycket osäkra. Även små avvikelser i rymden kan motsvara osäkerheter på flera hundra meter.

Forskarna har därmed svårt att med säkerhet förutsäga när och på vilket avstånd en bit rymdskrot passerar till exempel ISS.

Det självklara sättet att ta itu med osäkerheterna är att göra mer exakta observationer – vilket kräver att mätutrustningen flyttas närmare satelliter och rymdskrot.

Därför flyttas insatsen nu från teleskop på jorden till satelliter i omloppsbana.

Flygledning i rymden

Det kan verka paradoxalt att lösa trängselproblem genom att skicka upp fler satelliter, men det är icke desto mindre just vad målet är med den så kallade Skylark-konstellationen.

Skylark ska fungera som flygledning i rymden. 12 satelliter ska skickas upp för att övervaka myllret av satelliter, raketdelar och småbitar, berättar Stewart Bain, VD på företaget NorthStar som står bakom Skylark.

”Vårt system är ungefär som en flygledning i rymden. Om det risken för en kollision hade varit en på tusen så hade du aldrig gått ombord på ett flygplan. Risken för en kollision (i rymden, reds anm.) ökar också”, säger han till Illustrerad Vetenskap.

Skylark-satelliterna är utrustade med kameror som tar bilder av förbipasserande satelliter och rymdskrot. Bilderna används för att kartlägga föremålens banor runt jorden.

Med den kunskapen kan man bygga upp en katalog över hundratusentals föremål, varefter datorer kan beräkna risken för kollisioner mer exakt än tidigare, då observationerna gjordes från jorden, är Stewart Bains argument för sitt system.

Uppröjningsfarkoster lyfter

Oavsett hur exakt vi övervakar och trafikreglerar omloppsbanorna runt jorden kommer alla de föremål som fyller upp dem inte att försvinna av sig själva.

Därför lanserar forskarna nu olika farkoster som kan städa upp i rymden.

Ett exempel är ClearSpace-1 som den europeiska rymdorganisationen ESA ska skicka upp för att ta hand om ett av organisationens egna rymdvrak, en kommunikationsmodul från en Vega-raket.

ClearSpace-1 är utrustad med raketdysor så att den kan navigera runt mellan olika omloppsbanor. Ombord har farkosten en mekanisk klo som kan gripa tag i skrot. När farkosten har ett säkert grepp om sitt mål störtar den med skrotet på ett självmordsuppdrag ned i atmosfären där de båda brinner upp.

Och en liknande plan har det japanska företaget Astroscale följt med farkosten End-of-Life Services by Astroscale (ELSA), som nyligen har genomfört sitt första framgångsfulla test på 500 kilometers höjd under namnet ELSA-d for demonstration.

Farkosten fångade enastående nog in en satellit – en testversion på 17 kilo – endast med hjälp av en magnet, det vill säga utan att använda några gripmekanismer.

Om ELSA-d fortsätter att bevisa sitt värde under kommande testexpeditioner, kommer den färdiga farkosten i framtiden att dra till sig vilsekomna satelliter och säkert styra ned dem genom atmosfären, där de brinner upp.

ELSA:s första egentliga uppdrag börjar enligt planen år 2022, då Astroscale ska kartlägga en gammal japansk raketdels omlopp, för att senare fånga in den.

En del av rymdskrotet ska dock inte brännas upp utan i stället återaktiveras – det är till exempel satelliter som har för lite bränsle kvar för att hålla sig kvar i sin ursprungliga omloppsbana.

Det gäller till exempel företaget Iridium Communications. 23 av företagets totalt 95 uppskjutna satelliter är inaktiva och driver planlöst runt 700–800 kilometer över jorden, där de utan vidare kan ligga i omloppsbana i över 100 år om de inte aktivt flyttas.

Därför har företaget Northrop Grumman konstruerat farkosten The Mission Extension Vehicle-1 (MEV-1). MEV-1 kan koppla in sig på inaktiva satelliter, knuffa dem tillbaka till aktiva omloppsbanor och därmed förlänga deras livslängd med upp till fem år.

MEV-1 har redan gett sig ut på sitt första uppdrag, som inleddes 2020 då farkosten dockade med Intelsat 901 – en 20 år gammal kommunikationssatellit som höll på att få slut på bränsle och därför övergått till en inaktiv omloppsbana, en så kallad kyrkogårdsomloppsbana.

MEV-1 tog över styrningen av Intelsat 901 och förde tillbaka satelliten till sin korrekta omloppsbana. Det förlängde dess arbetsliv fram till 2025.

Frågan är dock om vi riskerar att det enorma antalet nya satelliter orsakar en kris innan de nya flygledningssystemen och ”rymdsopbilarna” hinner på kontroll på situationen.

Och kan kedjereaktioner av rymdskrot som kolliderar verkligen sätta stopp för rymdfarten, som Don Kessler varnade för redan för över 40 år sedan?

Rymdskrotexperten Moriba Jah är försiktigt optimistisk i en The Verge-intervju. Han påminner om att uppskjutningen av nya satelliter kan stoppas om det börjar gå snett.

Om vi ska fortsätta att skjuta upp så många satelliter som vi gör nu krävs det dock ny teknik.

Allting som skickas upp ska utrustas med navigationsutrustning så att det antingen kan styras säkert ned i atmosfären igen eller skickas ut på en oändlig resa i rymden i stället för att skräpa ned i våra omloppsbanor.