Astronomie

Wie können Satelliten in der Atmosphäre sicher sein, wenn so viele Asteroiden eindringen?

Wie können Satelliten in der Atmosphäre sicher sein, wenn so viele Asteroiden eindringen?

Wie können künstliche Satelliten in der Atmosphäre sicher sein, wenn täglich Hunderte Tonnen Staub und Asteroiden in die Erdatmosphäre gelangen?

  1. Was ist eine Umlaufbahn eines künstlichen Satelliten?
  2. In welcher ungefähren Entfernung (oder in welcher Umlaufbahn) von künstlichen Satelliten vernichten diese Asteroiden, Staub, Gesteine?

Weltraummüll ist ein großes Problem für die Raumfahrtindustrie. Natürliche Körper wie Staub oder Asteroiden sind nicht die größte Herausforderung, obwohl Sonden häufig von Feinstaub getroffen werden. Der Staub verursacht winzige Krater auf der Oberfläche der Sonden oder kann die Rotation oder Umlaufbahn geringfügig ändern. Dies kann meist korrigiert werden, z.B. durch Räder, die von Sonnenkollektoren angetrieben werden.

Die besorgniserregendsten Objekte sind Überreste von von Menschenhand geschaffenen Objekten, die um die Erde kreisen. Bei jeder Kollision zweier solcher Objekte bilden sich Wolken von Fragmenten, die zu immer mehr Kollisionen führen. Diese Fragmente werden von Radar verfolgt, und Sonden versuchen, Kollisionen zu vermeiden, indem sie ihre Umlaufbahnen anpassen. Aber manchmal werden sie getroffen und zerstört.

Eine Umlaufbahn ist die Bahn, auf der ein Satellit z.B. Erde.

Ein Satellit muss außerhalb der unteren Teile der Atmosphäre bleiben, sonst wird er abgebremst und fällt zu Boden. Die untere Grenze liegt irgendwo in der Nähe von 200 km über dem Boden. Ein Satellit bewegt sich mit etwa 8 Kilometern pro Sekunde um die Erde, wenn er sich in einer unteren Erdumlaufbahn befindet.

Viele Satelliten befinden sich in der geostationären Umlaufbahn, etwa 36.000 km über dem Boden. Dort ist die Erdatmosphäre vernachlässigbar dünn, nur ein geringes Magnetfeld ist dort zu finden; Dieser Teil der Atmosphäre wird Magnetosphäre genannt.

Je weiter ein Satellit die Erde umkreist, desto langsamer bewegt er sich, um die Erdanziehung zu kompensieren, da die Erdanziehung mit zunehmender Entfernung von der Erde schwächer wird.

Gegenwärtig ist die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen, die Satelliten zerstören, für einen einzelnen Satelliten sehr gering. Tatsächlich gibt es nur wenige dokumentierte Fälle: "Nur ein großer Vorfall ist aufgetreten: die Satellitenkollision von 2009 zwischen Iridium 33 und Cosmos 2251", des obigen Wikipedia-Artikels. Und „China wurde nach seinem Anti-Satelliten-Raketentest 2007 weithin verurteilt, sowohl wegen der militärischen Auswirkungen als auch wegen der riesigen Menge an Trümmern, die es verursacht hat“, heißt es in demselben Wikipedia-Artikel.

Zentrales Problem ist die für die Zukunft zu erwartende wachsende Zahl von Fragmenten als Folge von mehr Satelliten im Orbit und die zu erwartende Kettenreaktion der Fragmentierung.

Details zur Oberflächendegradation von Satelliten durch Aufprall von Staubpartikeln können z.B. Hier. Der größte Teil dieses Staubs ist menschengemacht. Oberflächendegradation hat Folgen, z.B. für Sonnenkollektoren.

Siehe auch eine verwandte Frage bei StackExchange.

Zum zweiten Teil der Frage: Die Staubpartikel kollidieren mit den Satelliten und verdampfen durch die Aufprallwärme. Die Vernichtungsdistanz ist also mehr oder weniger null.

Beim Eintritt in die Erdatmosphäre „zerfallen sie meist in Höhen von 50 bis 95 km“ (Meteorid). Das sind mindestens 100 km unterhalb der niedrigsten Satellitenumlaufbahnen.


Fünf erstaunliche Fakten über Satelliten und ihre Umlaufbahnen

Zur Feier des Global Astronomy Month veröffentlichen wir ein paar Artikel über die Satellitenseite der Dinge. Wieviel machst du Ja wirklich Kennen Sie Satelliten und die Umlaufbahnen, die sie Heimat nennen? Hier sind fünf interessante Fakten über Satelliten, die Sie vielleicht überraschen werden.

1: Isaac Newton bewies erstmals, dass Umlaufbahnen Jahrhunderte existierten, bevor Menschen tatsächlich Objekte in die Umlaufbahn bringen konnten.

Das erste Gesetz der Physik, das erstmals 1687 von Newton vorgeschlagen wurde, besagt, dass ein bewegtes Objekt in Bewegung bleibt, es sei denn, es wird von einer anderen Kraft beeinflusst. Für einen Satelliten im Orbit macht dies das Leben zu einem ständigen Balanceakt zwischen Impuls (der den Satelliten in Bewegung halten will) und Schwerkraft (die ihn nach unten ziehen will). Newton verwendete ein Gedankenexperiment mit Kanonenkugeln, um zu beschreiben, wie sein erstes Gesetz auf Umlaufbahnen angewendet wurde.

Ein Kanonenkugelschuss mit einer kleinen Menge Schießpulver legt eine kurze Strecke zurück, bevor die Schwerkraft übernimmt und sie wieder auf den Boden bringt. Verwenden Sie zu viel Schießpulver und Ihr Ball fliegt in den Weltraum. Aber verwenden Sie genau die richtige Menge Schießpulver und Sie können die Schwerkraft überwinden und Ihre Kanonenkugel in eine Umlaufbahn schicken. Sicherheitshinweis: Versuchen Sie nicht, Newtons erstes Gesetz zu Hause zu beweisen.

2: Es gibt drei gängige Arten von Umlaufbahnen für Satelliten.

Diese reichen von etwa 300 Meilen über der Erdoberfläche bis zu genau 22.236 Meilen in der Höhe, und Satellitenbetreiber verlassen sich auf unterschiedliche Umlaufbahnen für Nutzlasten mit unterschiedlichen Zwecken. Im erdnahe Umlaufbahn (LEO), Satelliten sind im Allgemeinen kleiner und weniger komplex als die größeren Satelliten in höheren Umlaufbahnen. Es ist einfacher, Satelliten in diese Umlaufbahn in einer Entfernung von nur 500-1.500 km (300-900 Meilen) zu bringen, als diese höheren Umlaufbahnen zu erreichen, und oft trägt ein einzelner Raketenstart mehrere LEOs.

Als nächstes gehen wir auf zu mittlere Erdumlaufbahn (MEO), die normalerweise im Bereich von 5.000 bis 12.000 km (3.100 bis 7.500 Meilen) liegt. Dies ist hoch genug, dass eine Konstellation von sieben bis zehn Satelliten den größten Teil der Welt abdecken kann.

Schließlich, geostationäre Umlaufbahn (GEO) liegt auf einer genauen Höhe von 35.786 km (22.236 Meilen) direkt über dem Äquator. Diese Höhe ermöglicht es Satelliten, sehr große Teile der Erde abzudecken, und nur drei können den größten Teil der Welt abdecken (wie unsere ViaSat-3-Konstellation geplant ist). Das andere großartige an GEO-Satelliten ist, dass sie am Himmel stationär erscheinen, da sie mit genau der gleichen Geschwindigkeit wie die Erdrotation umkreisen. Dadurch können sie mit einer relativ einfachen Antenne eine feste Position am Boden abdecken.

3: Neue Satelliten in oberen Umlaufbahnen müssen in ganz bestimmten „Slots“ bleiben, um Konflikte mit anderen Satelliten zu vermeiden.

Da sich GEO-Satelliten in einer bestimmten Höhe genau über dem Äquator befinden müssen, ist die Anzahl der verfügbaren Orbitalpositionen etwas begrenzt. Alle neuen GEO-Satelliten erhalten präzise Orbital-„Slots“, die von der nationalen Weltraumbehörde des Satellitenbetreibers zugewiesen und von der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) reguliert werden. Der Prozess dauert Jahre und ist mit viel Papierkram verbunden, aber es ist alles notwendig, um den Frieden in der geostationären Nachbarschaft zu wahren.

4: Satelliten „wackeln“ leicht und müssen regelmäßig in ihren zugewiesenen Slot im Orbit zurückgeflogen werden.

Der Prozess, geostationäre Satelliten in ihrer richtigen Umlaufbahn zu halten, wird als „Station Keeping“ bezeichnet. Ein geostationärer Satellit, der allein gelassen wird, driftet in einem Achtermuster nach Norden und Süden, verliert seine Ausrichtung mit den Antennen am Boden und macht ihn nutzlos. GEO-Satelliten sind mit Triebwerken ausgestattet, die es den Betreibern ermöglichen, diese Drift regelmäßig zu korrigieren. Basierend auf einem ständigen Informationsfluss zwischen Satelliten und Bodennetzwerken aktivieren Satellitenbetreiber diese Triebwerke und schieben den Satelliten vorsichtig zurück in die Mitte seines Slots.

5: Wenn Satelliten das Ende ihrer Mission erreichen, beenden sie ihre Lebensdauer auf unterschiedliche Weise.

Satelliten haben eine sehr unterschiedliche Lebensdauer – von wenigen Jahren bis zu vielen Jahrzehnten. Da es jedoch für Satellitenbetreiber weder eine Verpflichtung noch einen Anreiz gibt, sie nach Ablauf ihrer Betriebszeit abzurufen, werden die meisten stillgelegten Satelliten einfach im Orbit zurückgelassen. Normalerweise verliert ein verlassener Satellit in einer niedrigeren Umlaufbahn seinen Kampf mit der Schwerkraft und verbrennt innerhalb weniger Jahre in der Atmosphäre.

Für einen GEO-Satelliten am Ende seiner Lebensdauer verwenden die Betreiber den letzten Treibstoff des Triebwerks, um ihn einige hundert Kilometer in eine sogenannte „Friedhofsbahn“ zu heben. Dadurch ist es anderen Satelliten nicht im Weg, und dort bleibt es wahrscheinlich Millionen von Jahren!

Aber manchmal haben Satelliten, von denen angenommen wird, dass sie angespült werden, eine kleine Überraschung für ihre Betreiber. Es ist bekannt, dass sogenannte „Zombie-Satelliten“ Jahrzehnte, nachdem sie für „tot“ erklärt wurden, spontan wieder zu senden beginnen. Das Phänomen erregte erstmals Aufmerksamkeit im Jahr 2013, als der britische Amateurfunkastronom Phil Williams ein Signal von LES-1 empfing, einem Kommunikationssatelliten der US-Luftwaffe, der 1965 gestartet und 1967 als verschollen galt. In jüngerer Zeit nahm der Kanadier Scott Tilley Kontakt mit dem experimentellen Satelliten auf LES-5 in einer GEO-Friedhofsumlaufbahn im Jahr 2020.

Die Suche nach Zombies auf Friedhöfen wird viele Amateurastronomen nachts wach halten!


Astronauten vor Meteoroiden schützen

Etwa 100 Tonnen Meteoroiden bombardieren täglich die Erdatmosphäre. Bei Raumfahrzeugen in der Erdumlaufbahn könnte eine Kollision mit diesen Partikeln schwere Schäden oder katastrophale Versagen verursachen, und ein Treffer auf einen Astronauten oder Kosmonauten, der Aktivitäten außerhalb des Weltraums durchführt, wäre lebensbedrohlich, wenn nicht sogar tödlich. Aber bevor jemand das Space Shuttle oder die Internationale Raumstation verlässt, überprüft die NASA die Daten des Canadian Meteor Orbit Radar, um festzustellen, ob es sicher ist.

Das CMOR-System besteht aus drei identischen Radarsystemen, die miteinander verbunden sind, um gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Kredit: University of Western Ontario

Mit einer Reihe von „intelligenten Kameras“, einem einzigartigen Dreifrequenz-Radarsystem und Computermodellierung liefert CMOR Echtzeitdaten und verfolgt eine repräsentative Stichprobe der Meteoroiden um die Erde herum und sie nähert sich der Erde, die sich mit Hypergeschwindigkeit bewegen Geschwindigkeiten von durchschnittlich 10 km/s (22.000 mph).

Das System basiert auf der University of Western Ontario.

„Wenn es sich im Orbit befindet, ist die größte Gefahr für das Space Shuttle der Einschlag von Orbitaltrümmern und Meteoroiden“, sagte Peter Brown, Professor für westliche Physik und Astronomie. Indem sie weiß, wann die Meteoroidenaktivität hoch ist, kann die NASA operative Änderungen vornehmen, z.

Brown sagte gegenüber Universe Today, dass die vom System verfolgten Meteoroiden von 0,1 mm und größer sind, und es erkennt die Ionisationsspuren, die von diesen Meteoroiden hinterlassen werden, und nicht die festen Partikel selbst.

CMOR zeichnet mit einem Mehrfrequenz-HF/VHF-Radar täglich etwa 2.500 Meteoroidenumläufe auf. Das Radar erzeugt in einigen Fällen Daten über die Entfernung, den Ankunftswinkel und die Geschwindigkeit/Umlaufbahn. Das System ist seit 1999 in Betrieb und hat 2009 4 Millionen einzelne Umlaufbahnen gemessen.

Basierend auf den Daten dieses Systems trifft die NASA tägliche Entscheidungen. Radiowellen werden vom Radar von den Ionisationsspuren von Meteoriten reflektiert, sodass das System die Daten liefern kann, die zum Verständnis der meteorologischen Aktivität an einem bestimmten Tag erforderlich sind. „Aus diesen Informationen können wir herausfinden, wie viele Meteoroiden die Atmosphäre treffen, aus welcher Richtung sie kommen und wie schnell sie sind“, sagte Brown.

Laut NASA stellen Partikel mittlerer Größe (Objekte mit einem Durchmesser zwischen 1 cm und 10 cm) die größte Herausforderung dar, da sie schwer zu verfolgen sind und groß genug sind, um katastrophale Schäden an Raumfahrzeugen und Satelliten zu verursachen. Kleine Partikel von weniger als 1 cm stellen weniger eine katastrophale Bedrohung dar, aber sie verursachen Oberflächenabschürfungen und mikroskopische Löcher in Raumfahrzeugen und Satelliten.

Aber die Radarinformationen des kanadischen Systems können auch mit optischen Daten kombiniert werden, um umfassendere Informationen über die Weltraumumgebung zu liefern und Modelle zu erstellen, die beim Bau von Satelliten nützlich sind. Wissenschaftler sind besser in der Lage, die Satelliten abzuschirmen oder zu schützen, um die Auswirkungen von Meteoriteneinschlägen zu minimieren, bevor sie sie ins All schicken.

Die ISS ist das am stärksten abgeschirmte Raumfahrzeug, das je geflogen wurde, und verwendet eine „Multishock“-Abschirmung, bei der mehrere Schichten aus leichtem Keramikgewebe als „Stoßfänger“ verwendet werden, die ein Projektil auf so hohe Energieniveaus schocken, dass es schmilzt oder verdampft und Trümmer absorbiert bevor es die Wände eines Raumfahrzeugs durchdringen kann. Diese Abschirmung schützt kritische Komponenten wie Wohnräume und Hochdrucktanks vor der nominellen Bedrohung durch Partikel mit einem Durchmesser von ca. 1 cm. Die ISS kann auch manövrieren, um größeren verfolgten Objekten auszuweichen.

Das ursprüngliche Radarsystem wurde für die Messung von Winden in der oberen Erdatmosphäre entwickelt und wurde seitdem von Brown und seinen Kollegen modifiziert, um für die Arten von astronomischen Messungen zu optimieren, die derzeit von der NASA verwendet werden.

Wenn das Radar Meteore erkennt, analysiert die Software die Daten, fasst sie zusammen und sendet sie elektronisch an die NASA. Browns Rolle besteht darin, den Prozess am Laufen zu halten und die Techniken weiterzuentwickeln, die verwendet werden, um die Informationen im Laufe der Zeit zu erhalten.

Western arbeitet seit 15 Jahren mit der NASA zusammen und ist seit seiner Gründung im Jahr 2004 an seinem Meteor Environment Office (MEO) beteiligt. Die Rolle des MEO besteht hauptsächlich darin, Risiken zu bewerten. „Jeder weiß, dass Steine ​​durch den Weltraum fliegen“, sagt MEO-Chef Bill Cooke. „Unsere Aufgabe ist es, NASA-Programmen wie der Raumstation dabei zu helfen, das Risiko für ihre Ausrüstung herauszufinden, sie über die Umwelt aufzuklären und ihnen Modelle zur Verfügung zu stellen, um die Risiken für Raumschiffe und Astronauten zu bewerten.“


Sky News This Week: Ein neuer Bericht kanadischer Wissenschaftler warnt davor, dass wir aus wissenschaftlichen und kulturellen Gründen daran arbeiten müssen, unseren Himmel zu erhalten.

SpaceX. OneWeb. Amazonas. Telesat.

Dies sind eine Handvoll Unternehmen, die in den kommenden Jahren Konstellationen von Minisatelliten aufstellen wollen, um unterversorgte Gebiete mit Breitbandzugang zu versorgen. Es gibt sicherlich diejenigen in Kanadas ländlichen oder nördlichen Gebieten, die von einem besseren Internet profitieren könnten, nicht zuletzt indigene Völker, aber ein neuer Bericht kanadischer Wissenschaftler warnt davor, dass wir unseren Himmel aus wissenschaftlichen und kulturellen Gründen weiterhin schützen müssen.

Die Einreichung bei der kanadischen Regierung und der Canadian Space Agency wurde von Aaron Boley, Canada Research Chair in Planetary Astronomy an einer für ihre Astronomieforschung bekannten Institution der University of British Columbia geleitet.

&bdquoMega-Konstellationen versprechen viele großartige Dinge, und das muss erkannt werden, wenn wir vorankommen&rdquo Boley sagte in einem Interview. &bdquoDie Verbesserung der Such- und Rettungsfähigkeiten und der Konnektivität auf der ganzen Welt sind nicht triviale Dinge, die wir einfach abwerten können. Gleichzeitig müssen wir dafür sorgen, dass alles, was dort ausgestrahlt wird, so gemacht wird, dass es uns nicht daran hindert, den Weltraum weiterzuentwickeln und den Nachthimmel nicht ernsthaft beschädigt.&rdquo

Verteilung von Satelliten über der Erde, wie auf Breiten- und Längenkoordinaten projiziert, auf einer Lambert-konformen Kartenprojektion. (Aaron Boley, Samantha Lawler, Pauline Barmby, James Di Francesco, Andrew Falle, Jennifer Howse, JJ Kavelaars)

Boley sagte, der erste Schritt sei die Erkenntnis, dass die erdnahe Umlaufbahn – die Region des Weltraums, die heutzutage die Internationale Raumstation und viele kleine Satelliten umfasst – eine Umgebung für sich ist, die Schutz verdient.

Die Auswirkungen des Startens und Landens von Raketen können die Integrität der Ozonschicht beeinträchtigen, und ein kürzlich veröffentlichter Bericht von CBC News stellte fest, dass sich diese Auswirkungen mit zunehmenden Starts beschleunigen. Die zunehmende Anzahl erdnaher Satelliten birgt auch ein erhöhtes Kollisionsrisiko, da einzelne Satelliten mit hoher Geschwindigkeit reisen, jeder Absturz könnte eine große Anzahl von Teilen produzieren, die den sicheren Start für Monate oder Jahre verhindern.

Natürlich sind Weltraumverträge international und wurden eher auf Vereinbarungen zwischen Nationen geschlossen, die in den 1960er und 1970er Jahren abgeschlossen wurden, wie zum Beispiel der Weltraumvertrag. Sie tragen weitgehend die Verantwortung für Markteinführungen mit dem startenden Staat (oder Land), der die Gerichtsbarkeit über alle Unternehmen ausüben würde, die Teil dieses Staates sind.

Letztendlich bedeutet dieses Rechtssystem jedoch, dass der Weltraum eine gemeinsame Umgebung zwischen der Welt ist und dass der Schutz nicht nur von Kanada, sondern auch von Kanadas Abkommen mit anderen Nationen erfolgen sollte, sagte Boley. Kanada ist glücklicherweise geschickt in der internationalen Zusammenarbeit. Schließlich haben wir unser menschliches Explorationsprogramm auf fliegenden Astronauten auf amerikanischen Raumfahrzeugen aufgebaut, dank der Bereitstellung praktischer kanadischer Robotik wie Canadarm und Dextre.

Unternehmen testen einige Ideen, um die Auswirkungen von Streifen oder Blitzen zu reduzieren, die Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn erzeugen können. Solche Effekte erschweren es indigenen Völkern, einen sauberen Himmel für Rituale zu sehen, Astronomen astronomische Weitfeldmessungen durchzuführen oder damit Beamte der planetaren Verteidigung leicht nach Asteroiden suchen können. SpaceX hat beispielsweise damit experimentiert, seine Starlink-Satelliten mit Beschichtungen zu versehen. &bdquoAber es hat sekundäre Anwendungen wie das Heizen des Satelliten, und es könnte ihn stärker heizen als das, was der Satellit aufnehmen soll&ldquo, sagte Boley.

Andere Ideen könnten das Hinzufügen von mehr Materialien oder dem Hinzufügen von Visieren zum Satelliten beinhalten, aber dies erhöht die Startmasse, die Kosten und die Komplikation für angeblich einfache Satelliten, fügte Boley hinzu. Vor allem die Visiere machen die Satelliten-Streak-Helligkeit variabel, die aus professionellen Bildern noch schwerer herauszufiltern ist als ein einzelner, konsistenter Streak. Eine solche Bearbeitung astronomischer Bilder erhöht daher die Kosten für astronomische Beobachtungen, die aufgrund der Wartungskosten professioneller Observatorien und der hohen technischen Fähigkeiten der Personen, die die Observatorien betreiben oder die Beobachtungen durchführen, bereits teuer sind, sagte Boley.

Trotzdem forderte Boley, dass die Gespräche zwischen Kanada und seinen internationalen Partnern fortgesetzt werden. Der Bericht fordert Kanada auf, sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene an einem Bericht zu „dunkler und ruhiger Himmel&rdquo zu arbeiten. Es schlägt auch vor, dass Kanada seine Sendelizenzen für jedes Unternehmen aktualisiert, das Internet-, Fernseh- oder ähnliche Satellitendienste in Kanada anbieten möchte, selbst wenn das Unternehmen aus den Vereinigten Staaten oder Europa stammt. Kanada könnte beispielsweise festlegen, dass es solche Dienste nur akzeptiert, wenn der Satellit, der das Signal ausstrahlt, ist zufällig Dark-Sky-konform.

&bdquoWir haben viel Unterstützung bekommen, und ich bin sehr froh, Ihnen mitteilen zu können, dass wir diesbezüglich Kontakt mit der Canadian Space Agency sowie mit Global Affairs Canada hatten, um es weiter zu besprechen&rdquo sagte Boley über den Bericht, der online gestellt wurde im Pre-Publikations-Format vor etwa einem Monat.

&bdquoDie Leute hören gerne zu &hellip, weil ich denke, die Leute erkennen, dass die Art und Weise, wie wir den Raum nutzen, viel Potenzial hat, aber es gibt auch viele Probleme. Es kommt auf so viele unglückliche [historische] Beispiele zurück, die wir haben, wie zum Beispiel &lsquoOh, die Ozeane sind so groß, dass wir sie auf keinen Fall verschmutzen können.&rsquo Ja, da ist es. &lsquoDie Atmosphäre ist so groß. Es ist unmöglich, seine Zusammensetzung zu ändern.&rsquo Nun, das sind wir.&rdquo

Diese zweiwöchentliche Kolumne der kanadischen Wissenschafts- und Weltraumjournalistin Elizabeth Howell konzentriert sich auf ein aktuelles Nachrichtenthema der kanadischen Astronomie und des Weltraums.


Satellitenabstürze, Asteroideneinschläge und Weltraumwetter stellen laut US-Gesetzgebern große Risiken dar

Eines der dringendsten Probleme, wenn es darum geht, unseren Planeten vor Bedrohungen aus dem Weltraum zu schützen, sind Daten, die so einfach zu lösen klingen.

Es ist nicht. Aus diesem Grund hat der Ausschuss für Handel, Wissenschaft und Verkehr des US-Senats am Mittwoch (12. Februar) eine 90-minütige Anhörung durchgeführt, in der Experten gefragt wurden, was die Prioritäten bei Bedrohungen wie sein sollten Weltraumwetter, Schurke Asteroiden und Weltraummüll.

"Es klingt wie ein Filmdrehbuch", scherzte der Vorsitzende Roger Wicker, R-Miss., in der Livestream-Anhörung aus Washington, D.C., über das Thema, das seine Gruppe behandelte. "Aber es ist Realität", fügte er hinzu, "und wo wir sind."

Es gibt natürlich viele Möglichkeiten, Daten über all diese Bedrohungen zu sammeln. Die NASA hat Satelliten im Orbit, obwohl viele von ihnen (wie der 24-jährige Sonnen- und Heliosphären-Observatorium dass Uhren von der Sonne aufflackern) altern und müssen bald ersetzt werden. Es gibt Teleskope am Boden, obwohl es manchmal schwierig ist, genug Teleskopzeit zu finden, um den Himmel zu beobachten.

Anschließend müssen die Daten analysiert werden. Wissenschaftler verlassen sich auf Computersimulationen und neue Formen des maschinellen Lernens, um vorherzusagen, auf welche Bedrohungen wir uns zuerst konzentrieren sollten. Diese Modelle sind nur so gut wie die Daten, die ihnen zugrunde liegen. Genauere Daten führen also zu besseren Modellen für Wissenschaftler und Ingenieure, um Entscheidungen zu treffen.

Die Zukunft der Datenerhebung in den USA erfordert auch eine Zusammenarbeit von Regierungsstellen und der Privatwirtschaft, über die sie gerade erst zu diskutieren beginnen. Aber sobald ein Modell etabliert ist, würde es "einen wirklich offenen Austausch zwischen kommerziellen Anbietern, [US-] Verbündeten und anderen ermöglichen", sagte Kevin O'Connell, Direktor der Büro für Weltraumhandel des Handelsministeriums, sagte der Ausschuss. Diese Abteilung ist aufgrund ihrer Erfahrung in der Verwaltung anderer aufstrebender Branchen wie dem Internet in den 1990er Jahren ein wichtiger Akteur bei diesen Bemühungen.

Die Anhörung konzentrierte sich auf drei Bedrohungen für Erdlinge. Einer ist die Sonne. Während die Sonne unseren Planeten lebenslang bewohnbar hält, verursacht sie von Zeit zu Zeit Wutanfälle in Form von Flares oder Explosionen von Partikeln, die als koronale Massenauswürfe bekannt sind. Wenn diese Partikel in Richtung Erde kommen, können sie Satelliten braten und das Stromnetz beeinträchtigen. Die NASA und andere Behörden überwachen die Sonne mit Hilfe von Solarüberwachungssatelliten und letzte Sonnenmissionen wie die Parker Solar Probe der NASA und der Solar Orbiter. Letzteres ist eine Zusammenarbeit zwischen der Europäischen Weltraumorganisation und der NASA und wird der Sonne sehr nahe fliegen, um noch mehr Informationen zu sammeln.

Ein weiteres Problem sind Weltraummüll und "Weltraumsituationsbewusstsein", dh zu wissen, wo sich Weltraumschrott befindet und ob er eine Bedrohung für funktionierende Satelliten darstellt. Noch vor zwei Wochen, zwei ausgefallene Satelliten sind nur wenige Dutzend Fuß voneinander entfernt, und es wird erwartet, dass sich die Bedrohung mit OneWeb, SpaceX und anderen Unternehmen verschlimmert Starte Konstellationen von Satelliten, die in die Tausende gehen könnten.

Das Verteidigungsministerium unterhält einen Katalog von Weltraumobjekten, aber kleinere Objekte können der Aufmerksamkeit entgehen und ignoriert klassifizierte Objekte. Und die Verfolgung von Objekten ist kompliziert, weil ihre Bahnen durch die Aktivitäten der Sonne verschoben werden.

Schließlich gibt es noch das ewige Problem von Asteroiden und anderen Weltraumgesteinen, die regelmäßig auf die Erde prallen. Asteroiden wurden für das Aussterben der Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren verantwortlich gemacht und kleinere Objekte verursachten Schäden in Sibirien 1908 19 und in Tscheljabinsk, Russland, im Jahr 2013. Die NASA hat ein Planetary Defense Coordination Office, das die Wege potenziell bedrohlicher Objekte mit Hilfe von Teleskopen auf der ganzen Welt überwacht, wenn eine Gefahr entdeckt wird. Das Büro würde sich mit Katastrophenhilfsorganisationen und anderen Gruppen koordinieren, um den Menschen zu helfen, aus dem Weg zu gehen und fertig zu werden mit den Folgen.

Die Überwachung jeder dieser Bedrohungen erzeugt eine Menge Daten, und Wissenschaftler hoffen auf mehr Teleskope, Satelliten und andere Maschinen, um mehr Daten zu produzieren. Die Verwaltung und Weitergabe all dieser Informationen ist der Schlüssel. Aber auch das ist kompliziert, da der Weltraum die Domäne aller Länder auf der Erde ist und Regeln noch in den Kinderschuhen stecken, insbesondere für Situationen wie die Vermeidung von Kollisionen zwischen Satelliten.

"Nichts garantiert den Schutz dieser Dinge", sagte der Zeuge Moriba Jah, ein Weltraumwissenschaftler und Luft- und Raumfahrtingenieur an der University of Texas in Austin. Um die . zu erstellen möglichst umfassendes Bild von Satelliten, die die Erde umkreisen, Jah leitete die Schaffung von a Crowdsourcing-System zur Überwachung des Weltraumverkehrs die Echtzeitdaten von Regierungen, Hochschulen und Industrie kombiniert.

Und was Lösungen angeht, sind Satellitenkollisionen die einfachste der drei Bedrohungen, die es zu bekämpfen gilt. Vergleichen Sie das mit einer Testmission, die die NASA plant, genannt Doppelter Asteroiden-Umleitungstest (DART), die 2021 starten und in den Mond des Asteroiden Didymos einschlagen wird. Es wird Jahre dauern, den Test durchzuführen und zu bewerten, wie gut er funktioniert hat, bevor wir zukünftige planetare Verteidigungssysteme entwickeln können, um einen abtrünnigen Asteroiden aus dem Weg zu räumen.

Als Thomas Zurbuchen, stellvertretender Administrator der NASA für das Direktorat für Wissenschaftsmissionen, gefragt wurde, was seine Agentur im Falle einer Bedrohung tun würde, sagte er die Antwort würde sich darauf konzentrieren, Populationen zu bewegen, anstatt den Asteroiden zu bewegen. "In vielen Fällen", sagte er, "die richtige Antwort auf 'Wie reagieren wir darauf?' läuft tatsächlich, denn je nachdem, aus welchem ​​Winkel [der Asteroid sich der Erde nähert], besteht die Idee darin, dem Schaden aus dem Weg zu gehen - so wie wir unsere Bevölkerung mit einem Hurrikan evakuieren."

Ebenso gibt es keine bekannte Möglichkeit, einen plötzlichen Sonnensturm in Richtung Erde abzulenken, daher würde sich die National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) darauf konzentrieren, die Auswirkungen auf die Infrastruktur für die betroffenen Bevölkerungsgruppen zu mildern, sagte ihr Vertreter dem Ausschuss.

„Wir warnen insbesondere das Stromnetz [Beamte], informieren sie so früh wie möglich, und sie ergreifen die erforderlichen Maßnahmen, um den induzierten Strom abzuschwächen“, der durch Partikel erzeugt wird, die auf Stromleitungen treffen, sagte William Murtagh, Direktor von NOAA’s Space Weather Vorhersagezentrum.


Das passiert mit Raumfahrzeugen, wenn sie wieder in die Erdatmosphäre eintreten

Bildnachweis: JAXA

Wenn eines der russischen Progress-Nachschubschiffe von der Internationalen Raumstation ISS ablegt, ist das Timing alles. Die Progress muss ihre Triebwerke genau zum richtigen Zeitpunkt zünden, um den Deorbit-Burn einzuleiten, damit das Schiff genau an der richtigen Stelle in die Atmosphäre eintreten kann, damit es über dem Pazifischen Ozean wieder zerstörerisch eintritt. Auf diese Weise werden alle möglichen überlebenden Teile, die die Erde erreichen könnten, weit weg von allen Landmassen treffen, die Menschen, Gebäude und andere Dinge beherbergen, die wir nicht verknallen wollen.

Letzte Woche war der Zeitpunkt für das Frachtschiff Progress MS-15 genau richtig, damit die Astronauten/Kosmonauten an Bord der ISS das Schiff beim Auseinanderbrechen und Verbrennen in der Erdatmosphäre sehen konnten. JAXA-Astronautin Soichi Noguchi teilte die Ansicht in den sozialen Medien.

„Lebe wohl, Progress 76P MS-15! #russisches Frachtraumschiff von der #ISS abgedockt und erfolgreich verbrannt“, twitterte Noguchi und teilte ein Foto vom feurigen Untergang der Progress.

Auf Wiedersehen, Fortschritt 76P MS-15! #Russisches Frachtraumschiff von der #ISS abgedockt und erfolgreich verbrannt. #ロシア プログレス宇宙船、役目を終えて大気圏突入時の夜空に燃え尽きる瞬間を見事に捉えました!#はやぶさ 思い出すと泣けます。。。 pic.twitter.com/2OLMrlmAKO

— NOGUCHI, Soichi 野口 聡-(のぐち そういち) (@Astro_Soichi) 9. Februar 2021

Seit 1978 fliegen unbemannte Progress-Frachtschiffe und unterstützen frühere Raumstationen aus der Sowjetzeit wie Saljut 6, Saljut 7 und Mir. Sie versorgen die ISS seit Beginn des Betriebs mit Nachschub.

Aber jetzt gibt es mehrere automatisierte Roboter-Versorgungsschiffe für die Raumstation: das Automated Transfer Vehicle (ATV) der Europäischen Weltraumorganisation, das HTV-Versorgungsschiff der JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), das Cygnus-Frachtschiff von Northrop Grumman (ehemals Orbital ATK) und Cargo Dragon von SpaceX.

Das Frachtschiff ISS Progress 60 ist am 5. Juli 2015 nur wenige Minuten vom Andocken an der Internationalen Raumstation ISS entfernt. Bildnachweis: NASA TV

Diese Schiffe bringen der Besatzung Vorräte wie Nahrung, Wasser, Ersatz-/Ersatzteile und Experimente sowie Treibstoffe und Sauerstoff. Nachdem alles entladen ist, werden Schiffe wie Progress zu einem Mülleimer – ein Ort, um Müll und andere nicht benötigte Gegenstände zu verstauen. Die Schiffe bleiben etwa sechs Monate an der ISS angedockt, und nachdem sie mit Müll und Abfall beladen wurden, wird die Luke zum Fahrzeug geschlossen und die Progress dockt von der Station ab. Dann beginnen die Verfahren zur Wiedereinreise.

Fortschritt soll in der Atmosphäre verbrennen, aber nicht alles ist vollständig brennbar. In einer Pressemitteilung sagte Roskosmos, die nicht brennbaren Komponenten des Raumschiffs landen und sinken in eine „nicht schiffbare Region des Südpazifiks. Nicht brennbare Strukturelemente werden im berechneten Bereich der nicht schiffbaren Region des Pazifiks fallen“. Ozean. Das geschätzte Abwurfgebiet der Fragmente liegt etwa 1.680 km östlich von Wellington (Neuseeland). Roscosmos hat alle erforderlichen Verfahren abgeschlossen, um dieses Gebiet als vorübergehend gefährlich für die Seeschifffahrt und Flugzeugflüge zu kennzeichnen."

Aber außer den von der ISS zurückkehrenden Frachtschiffen sterben regelmäßig andere von Menschenhand geschaffene Objekte, indem sie die Erdatmosphäre durchstreifen und verbrennen. Dinge wie alte, inaktive Satelliten, Raketenstufen und andere weggeworfene Hardware sowie kleinere Weltraumschrottstücke – wie Fragmente von explodierten oder kollidierten Fahrzeugen und sogar kleine Farbreste, die sich von Raumfahrzeugen gelöst haben – verbrennen regelmäßig in der Erdatmosphäre.

In diesem Bild vom 23. Oktober 2016 fängt der Roboterarm Canadarm2 der Internationalen Raumstation ISS die Frachtraumsonde Cygnus von Orbital ATK bei ihrer sechsten Mission zur Station ein. Bildnachweis: NASA

All diese großen und kleinen Gegenstände werden vom Space Surveillance Network (SSN) per Radar verfolgt, das Radar- und optische Sensoren an verschiedenen Standorten auf der ganzen Welt überwacht. Es gibt das Joint Combined Space Operations Center (CSpOC) auf der Vandenberg Air Force Base, das Teil des U.S. Strategic Command und des Space Debris Teams der ESA ist. Sie erkennen, verfolgen und identifizieren alle Objekte in der Erdumlaufbahn und überwachen die Internationale Raumstation (ISS) und andere NASA-Satelliten auf mögliche Kollisionen.

Interessanterweise stürzt im Durchschnitt jede Woche etwa ein Satellit zur Erde zurück. Die meisten sind unkontrollierte Einträge, und es ist eine Art Mist-Shooting, wo irgendwelche Teile, die überlebende Teile fallen könnten, fallen könnten. Aber diese feurigen Wiedereintritte sind selten zu sehen, vor allem, weil die Erde ein großer Ort ist, der hauptsächlich von Wasser bedeckt ist, und vieles von dem, was fällt, landet in den Ozeanen. Eine andere Sache ist, dass die meisten von uns nicht allzu oft in den Nachthimmel blicken.

Aber diese Wiedereintritte werden manchmal gesehen – manchmal von Videoüberwachungskameras oder Dashcams. Wenn der Satellit oder das alte Raketenstück groß genug ist, kann man sehen, wie sich Teile ablösen, wenn das wieder eintretende Fahrzeug in einem überhitzten Mantel aus glühendem Plasma absinkt. Der Ablationsprozess beginnt etwa in einer Höhe von 100 km und ist normalerweise abgeschlossen, wenn das Objekt auf etwa 20 km abgesenkt ist. (Hier sind zusätzliche Informationen zu Weltraummüll).

  • Verfolgbare Objekte in niedriger Erdumlaufbahn. Bildnachweis: ESA
  • Die Raumsonde Hayabusa verglühte 2010 beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre, aber die Kapsel mit den Proben überlebte. Das leuchtende Stück an der unteren Vorderseite des Trümmerstroms ist die Probenkapsel. Bildnachweis: NASA Ames

Natürlich fallen auch "natürlich vorkommende" Objekte durch unsere Atmosphäre, Weltraumgesteine, deren Größe von Staubkörnern bis hin zu kleinen Asteroiden reicht. Wenn Sie am Nachthimmel etwas Steak sehen, ist es oft schwer, den Unterschied zwischen einem Meteor und einem zerfallenden Weltraumschrott zu erkennen.

And of course, for the spacecraft we DON'T want to have break up in the atmosphere—such as crewed spacecraft, or even small things like the return capsule for the Hayabusa 2 spacecraft—there are heat shields to protect them. But that's another story for another day.


Why Are Earth-Orbiting Satellites Fundamentally Unstable?

Image credit: NASA, of the ISS in orbit around Earth.

It might seem like making a satellite orbit the Earth is the simplest, most natural thing in the world. After all, the Moon has been doing it without fail for over four billion years, and there's no trickery or chicanery to its motion. Yet if we left the Earth-orbiting satellites we've put up in space alone for just a few years or decades, they'd re-enter the atmosphere, either burning up or crashing through to the ground and ocean, as so many satellites and spacecraft have famously (or infamously) done before.

Image credit: NASA, of the atmospheric re-entry of the ATV-1 satellite.

Moreover, if we look at the natural satellites of all the other planets, they're all considerably farther away than the human-made satellites that orbit the Earth. The International Space Station (ISS), for example, orbits the Earth every 90 minutes, while our Moon takes nearly a month to go around us. Even Moons that have a reputation for being close to their planet -- like Io around Jupiter, where the tidal forces heat and rip the world apart in volcanic catastrophes -- are stable in their orbits.

Io is expected to remain in orbit around Jupiter for the remaining lifetime of our Solar System, while without any further measures taken, the ISS would de-orbit all on its own in the span of less than 20 years! The same fate is true for practically all the satellites presently in low-Earth orbit: by time the next century rolls around, practically all of our current satellites will have re-entered Earth's atmosphere, either burning up completely or, for the larger ones (the ISS is 431 tonnes!), breaking up into large chunks which will strike the ground and ocean.

Why is this the case? Why wouldn't these satellites simply follow Einstein's, Newton's and Kepler's laws, and keep on making a stable orbit for all eternity? As it turns out, there are a combination of factors that cause this orbital decay.

Image credit: E. Doornbos, TU Delft, of how atmospheric density changes with altitude. Note that the . [+] density does NOT drop to zero, even past the definition of where space begins.

1.) Atmospheric drag. This is by far the biggest effect, and this is the reason that niedrig-Earth orbits are so unstable. Other satellites -- like geosynchronous satellites -- will decay as well, but not on such short timescales. We normally define "space" as being anything more than 100 kilometers (62 miles) up: the Kármán Line. But any definition like this, of where space begins and a planet's atmosphere ends, is truly artificial. In reality, atmospheric particles continue to extend arbitrarily far to high altitudes, just with the density becoming less and less the farther away you move. Eventually, the density drops so low -- below a microgram per cubic centimeter, or a nanogram, or a picogram -- that you say "we're effectively in space." But atoms persist from the atmosphere for thousands of kilometers (or miles), and when a satellite collides with those atoms, they lose momentum and slow down. This is why low-Earth orbit satellites are so unstable.

Image credit: NASA / GSFC, of how the solar wind interacts with the upper atmosphere of Mars, but is . [+] deflected past Earth by a global magnetic field.

2.) Solar wind particles. The Sun constantly emits a stream of high-energy particles, mostly protons but also electrons and helium nuclei, that collide with anything it encounters. These collisions, too, alter the momentum of the satellites they collide with, and on average slow them down. Over long enough timescales, these cause the decay of orbits as well. While this isn't the major cause of decay for low-Earth orbit satellites, it plays a crucial role in satellites farther out, bringing them inwards until the atmospheric drag takes over.

Gravity anomaly maps of the Earth. Image credit: NASA / Gravity Recovery And Climate Experiment . [+] (GRACE).

3.) The imperfect gravitational field of the Earth. If Earth didn't have an atmosphere, like Mercury or the Moon, could our satellites stay in orbit forever? Nope, not even if you took the solar wind away. That's because the Earth -- like all planets -- isn't a point-like mass, but has a structure with an irregular gravitational field. That field, and the changes in it as a satellite orbits the planet, results in tidal forces on it. Extended objects feel a stronger gravitational force when they're closer to the attracting object and a weaker one when they're farther away, and those differences are what causes the tides on Earth. They also cause things like Io to rip apart around Jupiter, and satellites to lose momentum and de-orbit eventually. Although the timescales would be much longer than from atmospheric drag, the closer a satellite is to Earth, the greater these forces are.

4.) The gravitational influence of the rest of the Solar System. It's not like the Earth is just a totally isolated system, where the only gravitational force on a satellite comes from the Earth itself. No the Moon, the Sun, and all the other planets, comets, asteroids and more contribute a perturbing gravitational force that causes orbits to not only shift, but to decay (on average) over time. Even if the Earth were a perfect point -- say it shrunk down to a non-rotating black hole -- with no atmosphere, and the satellites were all 100% shielded from the solar wind, these satellites would still eventually decay, spiraling into the central Earth. They'd survive in orbit for longer than the Sun will survive, but it's still not a perfectly stable system the satellites would still have their orbits collapse.

Image credit: T. Pyle/Caltech/MIT/LIGO Lab.

5.) Relativistic effects. Newton's laws -- and the traditional close, Keplerian orbits -- simply don't cut it in the end. The same force that causes Mercury's orbit to precess by an extra 43"-per-century also causes orbits to decay ever-so-slowly, emitting gravitational waves when they do. Decay rates are incredibly slow for weak gravitational fields (like what we find in the Solar System) are for large distances: it will take

10^150 years for the Earth to spiral into the Sun, and the low-Earth-orbit satellite decay rate is hundreds of thousands of times less than that. Nevertheless, this decaying force is present, and is an inevitable consequence of General Relativity that's weit more effective on satellites near a planet than ones farther away.

Image credit: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona, of Phobos from Mars Reconnaissance . [+] Orbiter, in enhanced color.

These decay features don't simply affect our human-made satellites, but also some of the natural satellites we find in orbit around other worlds! Mars' innermost moon, Phobos, for example, is fated to break up due to the tidal forces and spiral into the red planet's atmosphere. Despite having just 1/140th the atmosphere of Earth, the Martian atmosphere is still large and diffuse, and in addition Mars has no shield from the solar wind (unlike Earth, which has a magnetic field), resulting in a timescale-of-doom for Phobos of tens of millions of years. That might seem like a long time, but in the lifespan of the Solar System, that's just

1% of how long we've been around!

Images credit: NASA/Cornell University, from the Galileo spacecraft, of Metis, Jupiter's innermost . [+] moon.

Jupiter's closest moon isn't Io, either: it's Metis, whom mythology buffs will recognize as Zeus' first wife. There are four small moons interior to Io, with Metis being the closest, just

0.8 Jupiter radii away from the planet's atmosphere itself. In the case of Jupiter, neither atmospheric nor solar wind forces are primarily responsible for the decay with an orbital semimajor axis of just 128,000 km, Metis experiences tremendous tidal forces that will primarily be responsible for this moon's inspiral into Jupiter.

As a spectacular example of how sometimes tidal forces truly dominate, we can point to Comet Shoemaker-Levy 9, and its collision with Jupiter back in 1994, after being completely torn apart by its tidal forces! This is an important factor for any large satellite orbiting close to a massive object, and is the eventual fate of all moons that spiral into their parent world.

Image credit: H.A. Weaver, T. E. Smith (Space Telescope Science Institute), and NASA, of comet . [+] Shoemaker-Levy 9 fragmenting on its approach towards its collision with Jupiter.

Each of these factors combine to make any satellite fundamentally unstable. Given enough time and the lack of other, stabilizing effects, absolutely everything will decay. It's only that in low-Earth orbit, the atmospheric drag is such a large effect that the decays happen on timescales of less than a human lifespan! All the orbits are unstable after all, but some are more unstable than others.


Thousands more satellites will soon orbit Earth—we need better rules to prevent space crashes

Congestion in the sky. Credit: Shutterstock/OSORIOartist

In recent years, satellites have become smaller, cheaper, and easier to make with commercial off the shelf parts. Some even weigh as little as one gram. This means more people can afford to send them into orbit. Now, satellite operators have started launching mega-constellations—groups of hundreds or even thousands of small satellites working together—into orbit around Earth.

Instead of one large satellite, groups of small satellites can provide coverage of the entire planet at once. Civil, military and private operators are increasingly using constellations to create global and continuous coverage of the Earth. Constellations can provide a variety of functions, including climate monitoring, disaster management or digital connectivity, like satellite broadband.

But to provide coverage of the entire planet with small satellites requires a lot of them. On top of this, they have to orbit close to Earth's surface to reduce interruption of coverage and communication delays. This means they take up an already busy area of space called low Earth orbit, the space 100 to 2,000km above the Earth's surface.

There are many issues associated with introducing this many satellites into orbit, from the dangers of space junk to obstructing our view of the night sky. But the shift toward mega-constellations is also a challenge for global space governance.

There are almost 3,000 active satellites in orbit around Earth today, and this is set to sky rocket in the coming years. The European Commission, for example, recently announced plans to launch thousands of satellites into orbit around Earth, adding to a growing list of planned mega-constellation launches.

As companies and governments around the world continue to pursue mega-constellations, it is critical that the governance framework is able to support the rise in activity. There are a number of important problems that need to be considered.

Satellites are regulated at the national level and through licensing, guided by the principles of the Outer Space Treaty of 1967. Though the terms constellation or mega-constellation are not found in the treaty, they are considered space objects, like all other satellites.

As procedures and regulations vary from country to country, the challenge is how to govern mega-constellations without creating legal fragmentation. It is imperative that the topic is discussed at the international level.

Yet currently, there is no legally binding definition for a satellite constellation, nor for the newer term mega-constellation. Exactly how many satellites make up a mega-constellation is unknown, and each country could consider the term to mean something different. Clarity at the international level could pave the way for creating guidelines specifically for mega-constellations, which could aid the safe and sustainable use of low Earth orbit.

Most satellites in low Earth orbit are operating between 600 and 800km above sea level. This is considered a congested area, as there are lots of satellites there already. Small satellites have shorter lifespans than the larger satellites, which typically orbit above low Earth orbit.

Starlink is the biggest mega-constellation so far. Credit: Starlink Mission, CC BY

However, it can still take up to about 150 years for satellites to be removed, by re-entering the atmosphere and burning up, if they are about 750km above sea level. Some are removed purposefully, through controlled re-entry, and others are designed to fall in an uncontrolled way. Satellite and mega-constellation operators must consider ways of reducing the debris caused by these satellites above and beyond the usual procedure, in order to maintain a sustainable use of low Earth orbit.

Given the amount of future mega-constellations currently planned, the space around Earth termed low Earth orbit could easily become a limited resource.

This is not only true when it comes to physical space, but also radio use. To communicate, satellites use the radio spectrum. With the increase in mega-constellations, there is a danger of operators "warehousing" radio frequencies, stockpiling them before they actually need them.

To prevent this, a United Nations specialized agency for satellite radio spectrum use has recently updated its regulatory framework, dealing with the issue separately from other space regulation. Mega-constellations will be put on a flexible timeline, only being granted use of the frequencies they need at the time.

4. Collision avoidance and tracking

If low Earth orbit becomes overcrowded with satellite and mega-constellations, avoiding collisions will become more difficult. In September 2019, the European Space Agency had to fire the boosters on one of its satellites to get it out of the way of another satellite, otherwise the two would've collided.

As the orbit becomes more congested, there may be need for more collision avoidance maneuvers and better communication between satellite operators.

There are national endeavors, predominately in the United States, for satellite tracking and collision avoidance maneuvering. A system alerts satellite operators to potential collision paths and allows for course corrections where possible.

Hopefully, mega-constellations will be discussed by member states at the UN as soon as they are able to do so. Though work in the committee can be slow and highly political, international guidelines along with national licensing procedures need to add considerations for mega-constellations.

The benefits of constellations and mega-constellations in low Earth orbit for socio-economic and environmental purposes are great. Because of this, it looks likely that the numbers of constellations will increase in the near future. To make sure we avoid problems arising, the rules and definitions surrounding mega-constellations should be made clear, on an international scale.

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Medium-sized projectiles are difficult to predict

But the "smaller" rocks with only several hundreds of meters in diameter can already cause devastating regional damage. The cases of the two asteroids mentioned above also show that we cannot possibly know them all.

For this reason, 300 astronomers, space engineers and other experts from the US, Russia, China, Germany, France and Israel are discussing the "space situation" this week.

At the 6th IAA Planetary Defense Conference in Maryland, USA, the main focus will be on possible defense strategies. The North American Space Agency NASA is organizing the conference together with researchers from the Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL).

The scientists have devised a hypothetical asteroid up to 300 meters in size, which races towards the Earth at a speed of 14 kilometers (8.6 miles) per second, i.e. around 50,000 kilometers per hour, from a distance of 57 million kilometers. The probability that it will hit us is estimated at one percent. One way to deal with this would be to evacuate the threatened regions on Earth.

Astronaut Alexander Gerst took a picture of this meteorite crater in Arizona

Evacuate or deflect?

At the conference, however, the participants will also demonstrate various methods by which mankind can deflect the asteroid from its dangerous path, such as NASA's Double Asteroid Redirection Test (DART)developed by NASA's Planetary Defense Coordination Office in Washington, together with APL. In 2022, a real 150-meter-diameter asteroid, which is not posing a current danger for Earth, is to be deflected from its orbit by a collision. The researchers want to find out whether such a method promises success.

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Meteoroids Hit Atmosphere In Atomic-Size Blasts

SECRET data from military satellites in orbit thousands of miles above Earth show that the planet is continually bombarded by big meteoroids that explode in blasts the size of atomic detonations. The data, from spacecraft meant to watch for rocket firings and nuclear explosions, were declassified recently by the Defense Department and are to appear later this year in a book.

From 1975 to 1992, the satellites detected 136 explosions high in the atmosphere, an average of eight a year. The blasts are calculated to have intensities roughly equal to 500 to 15,000 tons of high explosive, or the power of small atomic bombs. Experts who have analyzed the data are publishing it in the book, "Hazards Due to Comets and Asteroids," say that the detection rate is probably low and that the actual bombardment rate might be 10 times higher, with 80 or so blasts occurring each year.

The disclosure of a new class of large meteoric impacts is seen as bolstering the idea that Earth is subjected to strikes from space in a wide range of severities, including an occasional doomsday rock perhaps once every 10 million years or so that causes mayhem and death on a planetary scale.

The new data are also being praised as a cold-war spinoff that can aid the cause of world peace by preventing false warnings of nuclear attack. Indeed, it turns out that Federal analysts on several occasions have struggled quietly for months to determine if such explosions were natural or manmade.

Finally, impact specialists hope the release of formerly secret data will be repeated and promote a new alliance between astronomers and the keepers of military reconnaissance.

"It's important," Dr. Eugene M. Shoemaker, an astronomer at the Lowell Observatory in Flagstaff, Ariz., who helped found the field of Earth-impact studies, said of the new data in an interview. "It's a unique source of scientific information."

Sky and Telescope magazine, based in Cambridge, Mass., which discusses the data in its February issue, lauded the once-secret sightings as "an unprecedented body of spaceborne observations."

Sighted for ages but understood in detail only recently, meteoroids are rubble left over from the creation of the solar system. They are composed of ice, rock, iron and nickel in a variety of shapes and sizes.

Meteor showers and individual streaks of light that flash across the sky every night are generated when tiny flecks of celestial detritus, often no larger than grains of sand or pebbles, burn up while speeding through the atmosphere.

In contrast, the blasts seen by the military satellites are produced when speeding objects up to the size of large houses are heated to incandescence and then explode about 17 to 20 miles above Earth. They create vast fireballs and powerful shock waves that nonetheless leave few or no discernible traces on the ground, since they begin so high up. If made of dense metal, meteoroids of this size have a good chance of punching through the atmosphere to hit the ground.

Scientists have suggested that once every 10 million years or so a truly colossal object from space cuts through the atmosphere and slams into Earth, sending up a global pall of dust that blots out the Sun, alters the climate and changes the course of evolution by killing off many plant and animal species. Such a menacing rock is thought to have carved out a 185-mile-wide crater 65 million years ago that now lies buried in the Yucatan Peninsula of Mexico. Its cataclysmic impact is believed by some scientists to have caused or assisted in the extinction of dinosaurs.

In general, the new observations are of a class of meteoroids too big to burn up harmlessly in the sky as shooting stars but too small to slice through Earth's atmosphere and strike the ground. They are middle children in the meteoroid family. Previous Lack of Reporting

By definition, meteoroids are small bodies speeding through space that strike Earth's atmosphere. They can be comets made of ice or asteroids made of stone or metal. Meteors are streaks of light seen when meteoroids are heated while traveling through the atmosphere. Meteorites are the parts of relatively large meteoroids that survive passage through the atmosphere and fall to Earth as chunks of metal and stone.

The scientists who are publishing the new observations say the explosions of large meteoroids previously went largely unreported for many reasons. The vast majority occurred over the oceans or desolate parts of the continents. Many were obscured by clouds. And even when occurring in broad daylight and rivaling the Sun in brightness, the explosions lasted only a second or so, limiting the opportunities for observation.

"There's many more of these objects impacting the Earth than we previously thought," said Dr. Edward Tagliaferri, a physicist who was the lead author of the satellite report. "Their discovery is a fascinating story." Dr. Tagliaferri is a consultant for the Aerospace Corporation, a nonprofit engineering firm in El Segundo, Calif., that helps the Air Force run its numerous satellites.

The data were declassified by the Government last fall and are to be published this July or August as a chapter in the new book on meteoroid hazards, which is being published by the University of Arizona Press. The book grew out of four symposiums on meteoroid hazards and is being edited by Dr. Tom Gehrels, a planetary astronomer at the university who organized one of the meetings.

Dr. Gehrels heads a small team of astronomers who use a 36-inch telescope on Kitt Peak, west of Tucson, to search the sky for asteroids in orbit around the Sun that occasionally intersect Earth's orbit and one day might strike the planet. The effort is known as Spacewatch. Such research has so far identified a total of 185 potential interlopers. Generally these are larger than the objects that set off the satellite-observed explosions. Yet the mere existence of the big ones, and other clues like the heavy cratering on the Moon, have long implied that space is filled with swarms of smaller objects, which went largely unreported until now. Findings Are Consistent

"It's a very interesting situation," Dr. Gehrels said in an interview. "Spacewatch is finding a certain number of objects in space that agrees with the things Tagliaferri is finding. The picture is consistent."

From such data, scientists have constructed a curve showing how often meteoroids of a given size might be expected to hit Earth. The curve predicted swarms of mid-size objects in about the numbers now being inferred from the military satellite records. The new data, in turn, support the validity of the curve that predicted them and increase confidence that the other end of the curve can help estimate the frequency of truly catastrophic events.

Dr. Clark R. Chapman, a senior scientist at the Planetary Science Institute, based in Tucson, cautioned that new disclosures and the raw data on which they are based had to be carefully analyzed before their soundness could be ascertained.

"I and most of my colleagues would like to see the data, not just the conclusions," he said. "So far it's more than we've seen before, but I'm not going to give it too much weight until I know more about it."

In the 20th century, the most celebrated collision between Earth and an object from space occurred in 1908 in the Tunguska region of Siberia. The object exploded in the atmosphere with a force of some 20 hydrogen bombs, its shock waves flattening hundreds of square miles of forest and registering on scientific instruments around the globe.

Reports of similar encounters over the decades have been rare. A near miss occurred in 1972 when a large asteroid, estimated at up to 260 feet in diameter, or nearly the length of a football field, sped through the upper atmosphere over the northern United States and Canada, blazing across the sky in a daylight fireball witnessed by thousands of people before it re-entered space.

Unknown to the public, military satellites in space for decades have been seeing large numbers of atmospheric blasts. The main witnesses have been early-warning craft known as D.S.P., for Defense Support Program, which perch in orbits some 23,300 miles above Earth, their telescopes searching the globe for signs of rocket attack. The sensors are said to mainly work in the infrared part of the electromagnetic spectrum, which is the domain in which heat is registered.

"D.S.P. has been seeing these for a long time and ignoring them," said Dr. Gregory H. Canavan, a physicist at the Los Alamos National Laboratory in New Mexico who works and publishes in the Earth-impact field. Effort to Gather Data

The first effort to collect such data systematically began in 1975, Dr. Tagliaferri said. One motivation was to help the Defense Department distinguish between natural explosions and those caused by humans. The collection process was systematic but informal. Magnetic tapes on which raw data existed were usually recycled, so that the preservation of information depended largely on the skills and interests of individual Defense Support Program watch officers, who scanned the sky for trouble.

The importance of the analytical effort was driven home within the Pentagon bureaucracy in 1979, when a mysterious flash occurred over the Indian Ocean. Its geographical proximity to South Africa raised questions about whether it was a clandestine nuclear test, with the issue being hotly debated for years. Another flash near South Africa in December 1980 prompted another round of debate, with Pentagon analysts concluding two months later that the flash was evidently from a meteor.

The new report on the 136 atmospheric explosions is the first overview of this informational treasure trove. The report identifies no satellite system by name, but says at least two types were involved: an infrared system to search for rocket launchings, and a visible-light system to detect nuclear bursts. The former system is apparently operated by the Air Force and the latter one by the Energy Department.

The co-authors of chapter, in addition to Dr. Tagliaferri, are Dr. Richard Spalding and Dr. Cliff Jacobs of the Energy Department's Sandia National Laboratories in Albuquerque, N.M., Col. Simon P. Worden of the Air Force and Dr. Adam Erlich of Comprehensive Technologies International in Arlington, Va., a military contractor.

Colonel Worden, who also holds a doctorate in astronomy, is credited as being the main force behind the declassification of the secret data.

In an interview, Dr. Tagliaferri said the satellite systems, which he declined to name, were built and operated so they had about a 20 percent chance of seeing the one- or two-second flash of a meteoroid explosion anywhere around the globe. That uncertainty in trying to understand the overall rate of planetary bombardment was compounded, he said, by that fact that recording the data was usually an on-again, off-again affair. Estimate on Incidents

"My sense is that there are about 10 times as many events" as were recorded, he said. "But there is no way to know."

He said calculations showed that the 136 blasts ranged from the equivalent of roughly 500 tons of high explosives up to 15,000 tons, the latter amountbeing the force of the nuclear bomb that leveled Hiroshima. The most accurately measured blasts were viewed by multiple satellite sensors. Of these, according to the book chapter, the brightest occurred on April 15, 1988, high above Indonesia. Its power was calculated to be equal to 5,000 tons of high explosives.

An observer on the ground 20 miles away would have seen a flash of light the brightness of the sun, the chapter says. Dr. Tagliaferri added that he knew of no reports of the explosion from Indonesia. It occurred at 11:20 A.M.

Another large explosion viewed by more than one satellite occurred on Oct. 1, 1990, over the Pacific Ocean and had a force larger than 1,000 tons of high explosives. A subsequent analysis concluded that the exploding object had been a stony, 100-ton asteroid.

"The Central Pacific asteroid detonation was originally collected as a potential nuclear event, and it took several months, using the most sophisticated sensors and algorithms available, to determine the detonation's true source," a manuscript of the book chapter states. "This suggests that developing nations and potential combatants worldwide, with considerably less sophisticated equipment, might potentially misidentify one of these detonations as a nuclear attack and 'retaliate' against the country's most likely aggressor."

In an interview, Dr. Tagliaferri noted that some widely reported events have been missed by the military satellites. On Oct. 9, 1992, for instance, a bright streak across the East Coast sky ended in Peekskill, N.Y., coming to Earth to slam through a 1980 red Chevrolet Malibu. The resulting hole went though the trunk and the gas tank. Found beneath the car was a smoking, football-size rock in a crater six inches deep.

"By accident," Dr. Tagliaferri said, "we didn't get anything on that."