Table of Contents
درک VF Decay: The Invisible Drag on LEO
ماهواره های کم زمین اوربیت (LEO) اسب های کار زیرساخت های فضایی مدرن هستند که همه چیز را از اینترنت پهن باند جهانی و مشاهده زمین به پیش بینی آب و هوا و تحقیقات علمی، پیش بینی ارتفاع بین حدود 160 کیلومتر و 2000 کیلومتر، این ماهواره ها در منطقه ای که اتمسفر باقی مانده، اگرچه بسیار نازک است، در طول زمان، برخورد با ذرات در حال رشد فضایی، به تدریج کاهش می یابد، بدون اینکه زباله های فضایی آنها را کاهش دهد، می تواند به کاهش سرعت کاهش دهد.
فروپاشی مدار عمدتا توسط "یک کشش جوی" هدایت می شود - همان اصطکاک که گرما را به داخل مجدد فضاپیما می رساند، در ارتفاع زیر 1000 کیلومتر، چگالی اتمسفر بالا زمین با فعالیت خورشیدی، فصل و زمان روز، کاهش نرخ های شیب غیر قابل پیش بینی است، حتی یک تغییر کوچک در ارتفاع می تواند به شدت کاهش یابد زیرا چگالی جوی افزایش می یابد به عنوان افزایش ارتفاع ماهواره ای پایدار در 400 ماه (ممکن است برای آن ها بسیار کم شود).
چگونه بازی ماهواره ای VF Decay Derates
اثرات فروپاشی مداری فراتر از کاهش ارتفاع ساده گسترش می یابد، زیرا یک قطره ماهواره ای، چندین معیار عملکرد کاهش می یابد:
- شکاف های شکاف - مدارهای پایین به معنای یک میدان دید کوچک تر، کاهش منطقه ای که یک ماهواره می تواند هر پاس را پوشش دهد، باید ماهواره های بیشتری را اضافه کند یا الگوهای پرتو را تنظیم کند.
- افزایش مصرف کشش و سوخت [FLT 1] - برای حفظ ارتفاع و مسیر زمینی، ماهواره ها باید به طور مکرر فشار وارد کنند، مصرف پروانه های گرانبها و محدود کردن زندگی ماموریت.
- استرس الکتریکی - مدارهای پایین تر ماهواره ها را به شار گرمای بیشتر از هر دو تابش مستقیم خورشیدی و گرمایش آئرودینامیک، سیستم های کنترل حرارتی را نشان می دهند.
- تخریب شکاف های مدار - ماهواره ها در مسیرهای دقیق تکرار زمین (به عنوان مثال، برای تصویربرداری زمین) ممکن است از مناطق پوشش مورد نظر خود دور شوند، که نیاز به مانور گران قیمت دارند.
- بدون کنترل بازگشت به داخل - اگر پوسیدگی بیش از حد سریع یا پرنشاط شکست بخورد، ماهواره می تواند به اتمسفر زمین قبل از موعد، احتمالا بیش از مناطق پرجمعیت وارد شود.
عدم مدیریت پوسیدگی همچنین خطر برخورد با اشیاء دیگر را افزایش می دهد، زیرا ماهواره ای پایین تر حرکت می کند، از ارتفاع های مداری بیشتری عبور می کند، احتمال وقوع حوادث اتصال را افزایش می دهد. دفتر برنامه برنامه Debris (FLT 1 چندین نزدیک به £ و حتی چند برخورد تصادفی را که به زوال ضعیف مدیریت شده است، مستند کرده است.
مطالعه موردی: Iridium -Cosmos Collision
در سال 2009، ماهواره عملیاتی Iridium 33 و ستاره های روسی 2251 در سیبری با هم برخورد کردند و هزاران قطعه زباله تولید کردند.هر دو ماهواره در مدارهای نزدیک بهpolar LEO قرار داشتند، در حالی که علت اصلی این زباله های ردیابی نشده بود، ماهواره Cosmos بدون ایستگاه نگهداری برای سال ها به دلیل پوسیدگی مداری، حرکت می کرد.
استراتژی های پذیرش: از طراحی Passive گرفته تا Active Maneuvers
صنعت فضا مجموعه ای از تکنیک های اثبات شده و در حال ظهور را برای مقابله با فروپاشی مداری و گسترش ابزار ماهواره ای توسعه داده است.
ایستگاه های اجباری – Keeping
مستقیم ترین روش استفاده از نیروی محرکه های داخلی - چه شیمیایی یا الکتریکی - به طور دوره ای افزایش ارتفاع ماهواره است.برای صورت فلکی بزرگ مانند Starlink یا OneWeb، سوختگی های مدار خودکار در هر چند روز انجام می شود، این مانور ها برای جمع آوری و نگهداری ماهواره در پوسته عملیاتی مشخص شده آن، کارایی چنین مانور هایی بستگی به محرک های خاص و پرتاب های طولانی دارد؛ این مانور ها اغلب برای ذخیره سازی ماهواره های کامل 10.
بازی Sail and Deorbit Systems
برای دفع پایان عمر، بسیاری از آژانس ها اکنون نیاز به ماهواره دارند تا ظرف 25 سال (FCC و دستورالعمل های سازمان ملل) ملوانان را به سمت خود بکشند – به عنوان مثال، غشای سبک که در پایان ماموریت بدون نفوذ است – افزایش منطقه مقطعی ماهواره توسط یک عامل 10 یا بیشتر، تسریع تجزیه طبیعی و اطمینان از یک نمونه بازیافت مجدد، به عنوان مثال، [FLT] سریع برای کاهش سرعت کاهش خطر استفاده از یک آژانس فضایی (کره) برای تخریب زباله های کوچک است.
انتخاب ارتفاع و Orbit Phasing
برنامه ریزان ماموریت می توانند با انتخاب ارتفاع های اولیه که بالاتر از آستانه های کشش بحرانی برای طول عمر برنامه ریزی شده باقی مانده است، برای ماهواره های تصویربرداری که نیاز به وضوح زمینی ثابت دارند، مدارهای ناهمسان خورشید در 600 تا 800 کیلومتر تعادل خوبی بین پوشش و کشیدن پایین تر برای صورت فلکی ارتباطات، ارتفاع حدود 550 تا 1،200 کیلومتر رایج هستند، با درک که برخی از محرک ها برای تکرار گاه به گاه استفاده می شوند.
مدل سازی اتمسفر بهبود یافته AMER Modeling
پیش بینی پوسیدگی نیاز به مدل های دقیق چگالی اتمسفر بالا دارد که با شار خورشیدی متفاوت است. NRLMSISE-00 مدل تجربی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد، اما مدل های یادگیری ماشین جدیدتر می توانند تغییرات چگالی کوتاه مدت را با دقت بالا پیش بینی کنند. چنین پیش بینی ها اجازه می دهد تا اپراتورهای فقط زمانی که یک بالاترین سوخت اتمسفری را می کشند، به جلوگیری از تنظیم سوخت خورشیدی کمک کنند.
حذف فعال Debris (ADR)
برای ماهواره های توالی که نمی توانند مانور های پوسیدگی خود را انجام دهند، ماموریت های ADR تحت توسعه تکنولوژی هایی مانند سلاح های رباتیک، شبکه ها، هارپوون ها و نقشه های مغناطیسی با هدف جذب زباله های بزرگ و دفع آنها به مدار دفع یا یک مسیر سریع تر تخریب هستند. ESA، ابتکار فضای تمیز اسپیس 1] چندین تظاهر کننده را پشتیبانی کرده است که در یک برنامه های معمول و یا یک مسیر تخریب را ارائه نمی دهند.
بهینه سازی طراحی ماموریت برای قابلیت دانلود بازی Decay
شکل ماهواره ای و مواد
کشیدن را می توان با طراحی ماهواره ها با منطقه جلویی پایین و شکل های ساده به حداقل رساند. بسیاری از ماهواره های کوچک (CubeSats) دارای بدنه های مسطح یا جعبه ای هستند، اما اپراتورهای می توانند در طول دوره های آرام "برج" را برای کاهش مواد با انرژی کم سطح نیز می توانند باعث کاهش چسبندگی ذرات شوند، اگرچه اثر بر روی کوچک است، یک انتقال بسیار کم (جریان کم) است.
راه حل های رایگان
برای ماموریت هایی که نمی توانند مخازن سنگین سوخت را حمل کنند، مفاهیم جایگزین شامل:
- خصیصه های نورودینامیکی - یک طولانی، انجام کار با تعامل با میدان مغناطیسی زمین و یونوس، اجازه می دهد تا نگهداری ارتفاع بدون ترمز.
- ملوانان آنار – در حالی که در درجه اول برای فضای عمیق، فشار تابش خورشیدی می تواند برای مقابله با کشیدن در ارتفاع بالا (بالای 800 کیلومتر) استفاده شود.
- [[۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱]] - این می تواند جهت گیری را برای به حداقل رساندن کشش تنظیم کند، اما نمی تواند به طور مستقیم ارتفاع را تغییر دهد.
تنظیم مقررات و چارچوب های سیاست رانندگی میتigation
دستورالعمل های بین المللی سخت تر شده اند. کمیته سازمان ملل در مورد استفاده صلح آمیز از فضای بیرونی دستورالعمل های کمیته فضایی دبریل مییگانس را تأیید می کند که خواستار محدود کردن طول زمینی به 25 سال پس از اتمام ماموریت است.کمیسیون ارتباطات فدرال ایالات متحده (FCC) در حال حاضر نیاز به اپراتورهای LEO برای ارائه برنامه های دقیق کاهش زباله ها، از جمله کاهش ظرفیت های فضایی، کاهش کامل از طریق "سازمان های آتش نشانی" آژانس های آتش نشانی نیاز به کاهش مجدد.
آینده: مدیریت خودکار Orbit و AI
اتوماسیون پیشرفته در حال تبدیل واکنش به پوسیدگی است.تفکر هزاران ماهواره مانند ماهواره هایی که توسط سیاره و Spire اداره می شوند، از هوش مصنوعی مبتنی بر زمین برای محاسبه برنامه های بهینه نگهداری ایستگاه و مانور های غیر فعال در زمان واقعی استفاده می کنند. Onboard خودمختاری، از جمله کنترل کنندگان تحمل خطا که تغییرات غیر منتظره را تشخیص می دهند، توسط عملیات خودکار ناسا برای برنامه سیستم های توزیع شده مورد آزمایش قرار می گیرد.
اجتناب از پیشگیری از مهاجرت پیش بینی کننده
ابزارهای جدید یادگیری ماشینی مانند SPOC (ارزیابی انتقال شاتل Debris) ، مدل های پوسیدگی مداری را با ردیابی داده ها برای صدور هشدارهای اولیه ترکیب می کنند، زمانی که رویکردهای نزدیک پیش بینی می شوند، اپراتورهای می توانند "تمرین اجتناب از پیش بینی شده" را انجام دهند - تغییرات ظریف ارتفاع که خطر را بدون مدل های بزرگ کاهش می دهد، زیرا ممکن است زمان مانور را برای روزهایی که باعث بهبود زمان آن می شود.
نتیجه گیری
فروپاشی مدار یک چالش فیزیکی ذاتی برای هر ماهواره در مدار زمین پایین است، اما یک چالش غیرقابل تحمل نیست، از طریق طراحی دقیق ماموریت، نگهداری ایستگاه فعال، مدل های قوی جوی و در حال تکامل استانداردهای نظارتی، جامعه فضایی می تواند اطمینان حاصل کند که ماهواره ها ماموریت های مورد نظر خود را انجام می دهند و به خطرات دائمی تبدیل نمی شوند.