Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Εγγύς Διαστημικό ΠεριβάλλονΕγγύς Διαστημικό ΠεριβάλλονΜάθημα 5Μάθημα 5οο
• Διαστημικά Κατάλοιπα (space debris)Διαστημικά Κατάλοιπα (space debris)• ΠροέλευσηΠροέλευση• ΚίνδυνοιΚίνδυνοι• Τροχιακή κατανομήΤροχιακή κατανομή• ΑντιμετώπισηΑντιμετώπιση
• μμ-μετεωρίτες (micro-meteorites)-μετεωρίτες (micro-meteorites)
μικρομετρικές διαστάσειςμικρομετρικές διαστάσεις
• θραύσματα συγκρούσεων στη ζώνη των αστεροειδών, ουρές κομητών θραύσματα συγκρούσεων στη ζώνη των αστεροειδών, ουρές κομητών διαπλανητικό νέφος σκόνης (interplanetary dust cloud)→ διαπλανητικό νέφος σκόνης (interplanetary dust cloud)→
• Εκτιμώμενος ρυθμός εισόδου μάζας στην ανώτερη ατμόσφαιρα ~ Εκτιμώμενος ρυθμός εισόδου μάζας στην ανώτερη ατμόσφαιρα ~ 20.000 tn/έτος20.000 tn/έτος
• Αντιμετώπιση: Ασπίδα WhippleΑντιμετώπιση: Ασπίδα Whipple
• Αντί για “παχύ” τοίχωμα (μεγάλο βάρος) χρήση μιας λεπτής ασπίδας →Αντί για “παχύ” τοίχωμα (μεγάλο βάρος) χρήση μιας λεπτής ασπίδας →(π.χ. αλουμινίου) σε απόσταση από το σώμα του σκάφους(π.χ. αλουμινίου) σε απόσταση από το σώμα του σκάφους
• Σύγκρουση (Σύγκρουση (vv ~ 5 km/s) λιώσιμο του μετεωρίτη (μετατροπή σε → ~ 5 km/s) λιώσιμο του μετεωρίτη (μετατροπή σε →διάχυτο θερμό πλάσμα) ανίκανο να εισχωρήσει στα τοιχώματα του →διάχυτο θερμό πλάσμα) ανίκανο να εισχωρήσει στα τοιχώματα του →σκάφουςσκάφους
• Νέα υλικά (κεραμικά, πολυστρωματικά “υφάσματα”, κ.λ.π.)Νέα υλικά (κεραμικά, πολυστρωματικά “υφάσματα”, κ.λ.π.)
• Ανθρωπογενούς προέλευσηςΑνθρωπογενούς προέλευσης
• Τμήματα δορυφόρων, εκτοξευτήρων, δεξαμενών, θραύσματα Τμήματα δορυφόρων, εκτοξευτήρων, δεξαμενών, θραύσματα συγκρούσεων, εργαλεία, καύσιμα, βαφή, κ.λ.π από προηγούμενες συγκρούσεων, εργαλεία, καύσιμα, βαφή, κ.λ.π από προηγούμενες αποστολέςαποστολές
• Μεγάλη συγκέντρωση σε ύψη GEO και LEOΜεγάλη συγκέντρωση σε ύψη GEO και LEO
GEO
LEO
• ΚατηγοριοποίησηΚατηγοριοποίηση
Μέγεθος: Μέγεθος: μικρά ( D< 1 cm , N~ 10μικρά ( D< 1 cm , N~ 1077 , m 0) → , m 0) → “ “μεσαία” ( D< 1-10 cm , N~ 5x10μεσαία” ( D< 1-10 cm , N~ 5x1055 , m ~ 10-100 gr) , m ~ 10-100 gr) μεγάλα ( D< 1 cm , N~ 20.000 , m ~ 1 kgr )μεγάλα ( D< 1 cm , N~ 20.000 , m ~ 1 kgr )
→ → 98% της μάζας είναι μεγάλα αντικείμενα (αλλά λίγα...)98% της μάζας είναι μεγάλα αντικείμενα (αλλά λίγα...)
• Ρυθμός αύξησηςΡυθμός αύξησης1980 5.000→1980 5.000→1991 8.500 (από 28.000)→1991 8.500 (από 28.000)→2005 13.000→2005 13.000→ αύξηση ακρίβειαςαύξηση ακρίβειας
2006 19.000→2006 19.000→2011 22.000→2011 22.000→
• Τμήματα δορυφόρων, εκτοξευτήρων, δεξαμενών, θραύσματα Τμήματα δορυφόρων, εκτοξευτήρων, δεξαμενών, θραύσματα συγκρούσεων, εργαλεία, καύσιμα, βαφή, κ.λ.π από προηγούμενες συγκρούσεων, εργαλεία, καύσιμα, βαφή, κ.λ.π από προηγούμενες αποστολέςαποστολές
• Μεγάλη συγκέντρωση σε ύψη GEO και LEOΜεγάλη συγκέντρωση σε ύψη GEO και LEO
• Κατανομή τροχιώνΚατανομή τροχιών
Σύγκρουση με αντικείμενο 1 cm
→ ενέργεια έκρηξης 1 kg δυναμίτιδας!
• Σύνδρομο Kesslerμε δεδομένες τις πιθανές ζημιές → είναι δυνατή μια αλυσσιδωτή αντίδρασή
(τα θραύσματα να προκαλούν νέες συγκρούσεις;
Δεν είμαστε βέβαιοι ότι έχουμε φτάσει στην απαιτούμενη τιμή της κρίσιμης πυκνότητας ...
• ΑντιμετώπισηΑντιμετώπιση
• Σχεδιασμός!Σχεδιασμός!
• Σε LEO: σημαντική βοήθεια από Σε LEO: σημαντική βοήθεια από
α) την κατανομή σε ειδικές τροχιές με αρκετά μεγάλη γωνιώδη α) την κατανομή σε ειδικές τροχιές με αρκετά μεγάλη γωνιώδη απόσταση απόσταση
β) χαμηλό ύψος ατμοσφαιρική τριβή→β) χαμηλό ύψος ατμοσφαιρική τριβή→
• Σε GEO πιθανό να χρειαστούν επιπλέον ειδικά μέτρα, όπως: Σε GEO πιθανό να χρειαστούν επιπλέον ειδικά μέτρα, όπως:
α) laser ablation (μικρά) αύξηση →α) laser ablation (μικρά) αύξηση → ee είσοδος στην ατμόσφαιρα → είσοδος στην ατμόσφαιρα →β) προγραμματισμένες τροχιές επανόδου στην ατμόσφαιρα β) προγραμματισμένες τροχιές επανόδου στην ατμόσφαιρα
γ) graveyard orbitsγ) graveyard orbits
• Άλλες ιδέες: διατημικές σκούπες, κ.α.Άλλες ιδέες: διατημικές σκούπες, κ.α.
• Διεθνής Διαστημικός Σταθμός (ISS)Διεθνής Διαστημικός Σταθμός (ISS)
Ένα διεθνές διαστημικό πολυ-εργαστήριο (NASA, ESA, JAXA, Ένα διεθνές διαστημικό πολυ-εργαστήριο (NASA, ESA, JAXA, RosCosmos (RKA), Canadian CSA)RosCosmos (RKA), Canadian CSA)
• Σταθμός “3ης Γενιάς” - σε αντικατάσταση παλαιότερων “μοντέλων” (Salyut, Cosmos, SkyLab, MIR...)
• Διεθνής συντονισμένη δράση για το σχεδιασμό, το χτίσιμο, την παρακολούθηση και την εκμετάλευση του ISS
• Χαρακτηριστικά Τροχιάς (LEO):
Ύψος: 376 km < H < 398 km → σχεδόν κυκλική τροχιά→ μη αμελητέα ατμοσφαιρική τριβή→ απώλεια ύψους: ~ 2 km / month
Περίοδος: T = 91 min → 15.7 περιφορές/day
Κλίση: i = 51.6 deg → για να είναι εφικτή/οικονομική η πρόσβαση και η παρακολούθηση από τη Ρωσία (Kazakstan)
Σκοπός / Χρήσεις:
“... a laboratory, observatory and factory in space … to provide transportation, provide servicing and act as a staging base for possible future missions to the Moon, Mars and asteroids … (2010) … serving commercial, diplomatic, and educational purposes”
Κύριες Ερευνητικές Περιοχές: διαστημικός καιρός, φυσικές επιστήμες, διαστημική ιατρική, φυσιολογία, αστρονομία, μετεωρολογία...
Κύρια Εργαστήρια: Kibo (JAXA), Columbus (ESA), Nauka (RKA), Destiny (NASA)
Μικροβαρύτητα: το κύριο πεδίο έρευνας στον ISS
• Ο ISS προσφέρει ένα μοναδικό περιβάλλον μακροχρόνιας μελέτης της συμπεριφοράς της ύλης (και των ανθρώπινων ιστών) σε συνθήκες μικροβαρύτητας!
Μερικά χαρακτηριστικά πειράματα:• Ανάπτυξη φυτών και ιστών – τριχοειδή φαινόμενα, 3-D ανάπτυξη ιστών και πρωτεινικών κρυστάλλων • Χημικές ενώσεις - μίξη ρευστών και κοκκώδων υλικών• Υπεραγωγιμότητα – ειδικά υλικά (aerozols κλπ) – αλληλεπίδραση με την κοσμική ακτινοβολία
Το πιο πολύπλοκο μηχάνημα που έχει χτιστεί (εν μέρει) στο διάστημα!
“Τεράστιο” project αρχιτεκτονικού, στατικού, ηλεκτρονικού και μηχανολογικού σχεδιασμού!
Περιλαμβάνει:- πολλαπλά σημεία πρόσδεσης- πολλαπλά εργαστήρια- ηλιακούς συλλέκτες- κεραίες / συστήματα επικοινωνίας- σύστημα τηλεπισκόπησης- πολλαπλούς προωθητήρες (σύστημα orbital manoeuvering)- ανιχνευτές…
Κύριες Διαταραχές που επηρεάζουν το σχεδιασμό:
• Ατμοσφαιρική τριβή → orbital decay
• Παλιρροιογόνες δυνάμεις → κάθε module απέχει από το ΚΜ
• Επιβεβλημένες μεταβολές τροχιάς
• Μηχανικές ταλαντώσεις από τα modules και το πλήρωμα!
Εξαιρετικά πολύπλοκο σύστημα διατήρησης “ζωής” στο Σταθμό!
Παραγωγή Ενέργειας (ηλιακή)
Σύστημα Ψύξης με τη χρήση (κυκλοφορία) αμμωνίας:
Συστήματα Επικοινωνιών / docking
Ζητήματα Ασφάλειας
- Κοσμική ακτινοβολία και ηλιακές εκλάμψεις/ CMEs … - Debris → ασπίδες, επιδιορθώσεις - υγεία των αστροναυτών(μυική ατροφία, οστεοπενία) → άσκηση
Μελλοντικά Σχέδια:
- Νέα εργαστήρια / πειράματα
- Χρήση για “εμπορικούς” σκοπούς (?)
Εκτιμώμενο τέλος(;) αποστολής: ~ 2020