軌道のデカイを理解する: LEO衛星の見えないドラッグ

低地球軌道(LEO)衛星は、現代の宇宙インフラの作業場です, 世界中からのブロードバンドインターネットと地球観測から気象予報と科学的研究に至るまで、すべてを有効にします. およそ160キロと2,000キロの間の高度で軌道を降下, これらの衛星は、残留大気を操作します, 非常に薄い, 無視できません. 時間の経過とともに, 大気粒子との衝突は、運動エネルギーを失うために衛星を引き起こします, 徐々に自分の高度を下げる - または、生命の低下や、活動的な現象を欠損する可能性があります. 生命の欠損や、または生命の問題を認めない.

軌道崩壊は主に「大気ドラッグ」によって駆動されます。 – 再エンタリング宇宙船を熱する同じ摩擦. 未満の高度で 1,000 キロ, 地球の上部の大気の密度は、太陽の活動と変化します, 季節, 日の時間, 決定不能な速度を作る. 高度の小さな変化は大幅に決定率を変更することができます。大気密度が増加するので、高度に変化は、高度が増加します。 衛星の低下または低速のこれらの数千キロ以上. それらの低速は、これらの数千キロの%を発生することができます。

どのように軌道デカイデグラデーション衛星パフォーマンス

軌道の崩壊の影響は、単純な高度の損失を超えて拡張します。. 衛星ドロップとして, いくつかのパフォーマンスメトリックは、劣化します:

  • [] 平均隙間 – 低い軌道は、面積を削減し、衛星がパスごとにカバーすることができます。 通信の星座は、より多くの衛星を追加したり、ビームパターンを調整する必要があります。
  • []ドラッグ&燃料消費量 - 高度と地上のトラックを維持するために、衛星はより頻繁に、貴重な推進力と制限ミッション寿命を消費しなければなりません。
  • [熱応力] - より低い軌道は、直接太陽放射と空力加熱からより大きな熱フラックスに衛星を暴露し、熱制御システムを強調する。
  • []軌道スロットの中断[ - 正確な繰り返しの地上トラックの衛星(例えば、地球イメージングのために)は、意図したカバレッジゾーンから離れて漂流する可能性があり、高価な操縦を必要とする。
  • []制御されていない再エントリー[ - デケイがあまりにも高速または推進失敗すると、衛星は、おそらく人口の多い領域に、地球の大気を早期に再入力することができます。

腐敗を管理する失敗は、他のオブジェクトとの衝突のリスクも増加します。衛星が下に移動すると、より軌道上の高度を交差させ、組み合わせイベントの確率を上げます。 []NASA Orbital Debris Program Office]は、いくつかの近距離と、不正に管理された腐敗に起因するいくつかの偶発衝突を文書化しました。

ケーススタディ:イリジウム-コスモスコリジョン

2009年に、運用中のイリジウム33衛星と非ファンクなロシアコスモス2251は、シベリアよりも衝突し、何千もの破片の破片を生成しました。 衛星は、ほぼ極端のLEO軌道にありました。 第一次原因は追跡されていない破片でしたが、コスモス衛星は軌道上の腐敗のために、局所なしで漂流されています。 [Space.comレポート:1:]は、その活動的な決定を直接行う必要があると強調しました。

緩和戦略:パッシブデザインからアクティブマヌバーまで

宇宙産業は、軌道の崩壊を反対し、衛星ユーティリティを拡張するための実証済みの新興技術のスイートを開発しました。

駅周辺観光

最も直接的な方法は、オンボードの推圧器を使用することです。化学的または電気的 - 定期的に衛星の高度を上げます。 SpaceXのStarlinkやOneWebなどの大きな星座のために、自動軌道上げ火傷は数日ごとに行われます。 これらの操縦者は、指定された操作シェル内で蓄積されたドラッグアンドメンテナンスのために正しい。 このような操縦の効率は、特定の衝動と利用可能な推進力に依存します。 長いミッションのために設計された衛星は、多くの場合、質量ステーションで合計10〜15%を節約するために使用される。

臭いとデオビットシステムをドラッグ

終生処分のために、多くの代理店は今25年(FCCおよびUNの指針)内の分解に衛星を要求します。 運航をドラッグします。 ミッションの端で膨らむ軽量の膜 - 衛星の断面積を10以上の要因によって増加させ、自然な腐敗を加速し、制御された再入国を保証します。 例えば、 [European Space Agencyのde-bitingは、むしろ、性能を低下させるか、または、または、より低い方向に変化する技術が実証されています[FLT]。 [FLT]

高度の選択および軌道のパッシング

ミッションプランナーは、計画された寿命のために重要なドラッグ閾値の上に残っている初期の高度を選択することにより、デカイトを緩和することができます。 一貫した地理的な解像度を必要とするイメージング衛星の場合、600〜800 kmの太陽同期軌道は、カバレッジと下部のドラッグのバランスが良好です。 通信の状況については、550〜1,200 kmの高度は一般的で、いくつかの推進力が時々再ファシリングに使用されます。

大気モデリングの改善

予測デカイは、太陽フラックスと異なる上部の大気の密度の正確なモデルを必要とします。 NRLMSISE-00] 帝国モデルが広く使用されていますが、新しい機械学習モデルは、今、高精度で短期密度変化を予測することができます。 このような予測により、オペレータは大気のドラッグが最高であるときだけ、場所維持バーンを計画することができます、燃料を節約します。 また、彼らは、より先のソーラーメーターを調整することによって、または調整することを避けます。

活動的な破片の取り外し(ADR)

自己のデカイト操作を実行できない解凍衛星のために、ADRの使命は開発中である。 ロボティックアーム、ネット、ハーポーン、および磁気グラップリングなどの技術は、大規模なデブリをキャプチャし、処分軌道にそれらを牽引したり、より迅速なデカの軌跡を捕捉することを目的としています。 ]]ESAクリーンスペースイニシアティブは、いくつかのデモンストレーターを資金供給しました。 これらは、Vebitをキャプチャするだけでなく、Vebitを2026ビットに渡します。

デケイ・レジリエンスのためのミッション・デザインを最適化

衛星形状・材料

ドラッグは、低前面面積と合理化された形状の衛星の設計によって最小化することができます。 多くの小さな衛星(CubeSats)は、フラットまたはボクシーボディを持っていますが、オペレータは、ドラッグを減らすために静かな期間の間にそれらを「エッジオン」に向き合うことができます。 低面エネルギーの材料は、粒子の付着を減らすこともできますが、ドラッグへの影響は小さいです。 しかし、空力学は、フローが移行される非常に低い軌道(400キロ未満)でより重要になります。

強力なソリューション

重燃料タンクを運ぶことができない使命のために、代替コンセプトは次のとおりです。

  • 電磁石 - 長く、導電性は地球の磁場とイオン圏と相互作用することによって、推圧を生成し、推進力のない高度の維持を可能にします。
  • ソーラーセーズ] - 主に深層のため、高高度(800 km 以上)でドラッグを対抗するために太陽放射圧力を使用することができます。
  • []磁気トルクャ] - これらは、ドラッグを最小限に抑えるために、方向を調整することができますが、直接高度を変更することはできません。

規制と政策 緩和を実践するフレームワーク

国際ガイドラインは厳しい成長を遂げています。 ]外側の空間の平和な使用に関するUN委員会は、スペース・デブリの緩和ガイドラインを支持し、ミッションの完了後、軌道の寿命を制限するために呼びます。 米国連邦通信委員会(FCC)は、LDO演算子が、デビット機能を含む詳細なデブリの緩和計画を提出する必要があります。 一部の代理店は、欧州の宇宙庁のような、完全に合意されたことを制限します。

未来:自動軌道管理とAI

高度な自動化は、デカイ応答を変換しています。惑星とスパイアによって運営されているものなど、何千もの衛星の星座、地上ベースのAIを使用して、最適な場所管理スケジュールを計算し、リアルタイムで操作を禁止します。 オンボードの自律性、予期しないドラッグ変更を検出する障害耐性コントローラを含む、NASAの分散システムプログラムのための自動操作によってテストされています。 近い将来、衛星は、人間を介入し、人間を介入することなく、形成を回避するために自己航路することができます。

予測衝突回避

新規機械学習ツールは、]のように、ESAのSPOC(スペースデブリスオフィスコンジュクション評価)、ヒューズ軌道デカモデル、早期警告を発行するデータを追跡します。 近接が予測されると、オペレータは「予知回避操作」を実行することができます。 大燃性貫通なしにリスクを減らす微小高度変化。 決定モデルとして、そのような時間が拡張される可能性があります。

コンテンツ

軌道崩壊は、低地球軌道での任意の衛星のための固有の物理的な挑戦です, しかし、それは、それは、不測の1ではありません. 慎重なミッション設計を通じて, アクティブステーション-管理, 強烈な大気モデル, そして、規制基準を進化させる, 宇宙コミュニティは、衛星が意図したミッションを満たし、永久的な残骸の危険性になることができないことを確実にすることができます. 次の十年は、さらにスマートに見えます, より自動システム 腐敗管理を処理する むしろ、衛星が、私たちの危機に反動する能力を常に理解するだけでなく、私たちの活動的な能力を削減する.