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Dieses Raumschiff ist dünner als ein menschliches Haar und kann Weltraummüll aufnehmen

2020

Im vergangenen Jahr kollidierte der Sentinel-1A-Satellit der Europäischen Weltraumorganisation mit einem winzigen Schuttbrocken. Glücklicherweise stellte sich heraus, dass das Solarpanel nur geringfügig beschädigt wurde. Aber es hat Glück gehabt. Wenn das Stück Weltraummüll etwas größer gewesen wäre, hätte es laut Holger Krag, Leiter des Weltraummüll-Büros der Agentur, das gesamte Gremium zerbrochen. Er sprach auf der 7. Europäischen Weltraummüll-Konferenz im vergangenen Frühjahr über den Vorfall.

Die Erdumlaufbahn ist übersät mit Bolzen, Farbflecken, toten Satelliten und anderen Resten vergangener Missionen. Mehr als 500.000 Weltraummüllteile rasen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 27.000 km / h um unseren Planeten. Weltraummüll sammelt sich an und Wissenschaftler befürchten, dass Kollisionen häufiger werden und noch mehr Trümmer verursachen. Dies könnte einen Dominoeffekt auslösen, bei dem Splitterstücke auf andere Objekte prallen und mehr und mehr Projektile entstehen, die die Erdumlaufbahn stören.

"Wenn dies jemals passiert, wird der Speicherplatz im Wesentlichen unbrauchbar, und dem sind wir ziemlich nahe", sagt Jason Derleth, Programmleiter des NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) -Programms.

Einige Forscher wollen jetzt Maßnahmen ergreifen, bevor das Problem zwangsläufig zunimmt. Im vergangenen Frühjahr hat das NIAC Forschern der Aerospace Corporation in El Segundo, Kalifornien, 500.000 US-Dollar für die weitere Entwicklung eines ungewöhnlich aussehenden Raumfahrzeugs zuerkannt, das kleine Stücke von Weltraummüll aufnehmen soll. fast wie ein Weltraumstaubsauger. Die kleinen Schiffe, die Brane Crafts genannt werden, haben einen Durchmesser von etwa einem Meter und sind dünner als ein menschliches Haar. Jeder von ihnen wickelte sich um ein Stück Trümmer und riss es in die Atmosphäre, wo es sich erhitzte und schließlich ungefähr 155 Meilen über der Erdoberfläche verbrannt wurde.

"Man kann es sich im Grunde genommen als ein riesiges Stück Saranhülle vorstellen, das mit Triebwerken bedeckt ist, und man kann es einrollen, wie man will", sagt Derleth.

Jeder Brane Craft, so hoffen die Macher, wird unglaublich leicht und kraftstoffsparend sein. Das bedeutet, dass es sich nicht nur zum Aufräumen von Weltraummüll eignet. Eines Tages könnten diese winzigen Schiffe geschickt werden, um Asteroiden, Monde und andere Planeten zu besuchen.

Auf der Lauer

Um Brane Craft zu entwickeln, mussten die Entwickler über herkömmliche Raumschiffe hinausdenken, da sie nicht wirklich dazu geeignet sind, Weltraummüll zu jagen. »Etwas zu fangen, das so schnell geht, ist wirklich sehr, sehr schwer«, sagt Derleth. »Wenn Sie mit einem Stück Trümmer andocken, müssen Sie genau zu dieser Umlaufbahn passen.«

Wenn Sie sich mit einem Stück Müll verabreden, der im wahrsten Sinne des Wortes schneller als eine fliegende Kugel ist, entsorgen Sie ihn und machen Sie sich auf die Suche nach dem nächsten Stück Müll. Dies würde ebenfalls enorme Mengen an Treibstoff erfordern, was ihn äußerst kostspielig macht.

"Die Idee von Brane Craft ist es, ein Raumschiff auf seine absolute Mindestmasse zu reduzieren", sagt Siegfried Janson, leitender Wissenschaftler bei The Aerospace Corporation. Gegenwärtig kann der Start eines CubeSat, einer Art miniaturisierten Satelliten, der ungefähr 11 Pfund wiegt, rund 250.000 US-Dollar kosten, sagt Janson. Sein Ziel ist es, Raumschiffe herzustellen, die so leicht sind, dass der Start nur 5.000 US-Dollar kostet.

Das derzeitige Design ist ein membranartiges Schiff, das drei Quadratmeter groß ist und weniger wiegt als eine Banane. Jedes Raumfahrzeug wird aus flexiblen Kunststoffbahnen mit einer Dicke von 10 Mikrometer (unsere Haare sind in der Regel bis zu 180 Mikrometer dick) hergestellt, die mit einem feinen Film aus Solarzellen und Elektronik bedruckt sind. Flüssiges Treibmittel wird in dem 15 bis 20 Mikron Spalt zwischen diesen Blättern gespeichert.

Die Solarzellen werden eine Art von Motor antreiben, die als Elektrospray-Triebwerk bezeichnet wird und sehr sparsam mit Treibmittel arbeitet, sagt Janson. Das ganze Schiff wird auch kurvenreich sein. »Grundsätzlich sind dünne Muskeln in die Struktur integriert«, sagt er. Diese „Muskeln“ bestehen aus einem Polymer, das zwischen zwei Metallplatten eingelegt ist und die Form ändern kann, wenn elektrischer Strom durch sie fließt, wodurch eine Spannungsdifferenz entsteht.

Diese schlanken Raumschiffe sollen leicht genug sein, um massenhaft ins All zu fliegen. Janson stellt sich eine Partie von 50 oder mehr Brane Crafts "wie ein Stapel Pizzen" vor, die zusammen in den Orbit gebracht werden. Sobald sie die Internationale Raumstation oder einen anderen Punkt in der Umlaufbahn der Erde erreicht haben, könnte jeder eine Wegbeschreibung zu seinem Zieltrümmerteil erhalten (Radarstationen verfolgen mehr als 18.000 Objekte in der Umlaufbahn, von denen die meisten Weltraummüll sind).

Es könnte fünf Tage dauern, bis das Brane-Fahrzeug auf die Trümmer zukommt und sie einhüllt. Das Brane Craft feuerte daraufhin seine Triebwerke ab, um sie in die entgegengesetzte Richtung wie die Trümmer zu drücken. Dies verlangsamte die Bewegung des Objekts und ließ es allmählich in die Atmosphäre absinken. Nach ungefähr 10 Tagen wären die Ablagerungen niedrig genug, um sich zu verbrennen.

In der Regel wird das Brane Craft zusammen mit seinem Steinbruch verbrannt. Die Raumschiffe sollen leicht und billig genug sein, um am Ende der Mission geopfert zu werden.

Es wird noch einige Zeit dauern, bis Brane Crafts auf die Horden von Weltraummüll losgeht, der unseren Planeten umkreist. Janson schätzt, dass die Schiffe in etwa 10 Jahren startbereit sein könnten. Er und sein Team planen, ihre jüngste NASA-Finanzierungsrunde zu nutzen, um ihr Design zu verfeinern und damit zu beginnen, ultradünne Elektronik zu testen.

Eine Herausforderung, die sie noch bewältigen müssen, ist der Schutz der Raumschiffe vor Strahlung. Die hauchdünnen Schiffe haben keine Abschirmung, um ihre empfindliche Elektronik vor Strahlung zu schützen. Janson und seine Crew entwerfen Kohlenstoff-Nanoröhren-Schaltkreise, die in der Nähe des äußeren Randes der Erdumlaufbahn einen Monat lang überleben können.

Und es gibt Nachteile, Raumschiffe so dünn zu bauen. Wenn sich Brane Craft einem Stück Trümmer nähert, wird es wahrscheinlich von anderen winzigen Trümmern befallen. „Die Mikrometeoritenumgebung in der erdnahen Umlaufbahn ist normalerweise nur ein Schmerz für das Raumschiff. Sie bekommen kleine Dellen in Ihren Solarzellen und Fenstern “, sagt Janson. Felsbrocken oder künstlicher Müll, die zu klein sind, um eine Rakete einzudellen, können ein Brane Craft beschädigen. "Wir müssen ... das Brane Craft so konstruieren, dass es kugelsicher gegen diese wirklich winzigen Kugeln ist."

Nach außen gebunden

Zunächst planen Janson und seine Crew, mit Brane Craft kleine Weltraummüllteile von etwa fünf bis zehn Zentimetern Größe zu bearbeiten. Die Schiffe werden nicht in der Lage sein, sperrigen Weltraummüll wie gebrauchte Oberbühnen loszuwerden. Wenn Wissenschaftler jedoch vorhersagen, dass eine Kollision unmittelbar bevorsteht, könnte eine Gruppe von Brane Crafts geschickt werden, um diese Trümmer von der Spur zu bringen.

Superdünne Schiffe wie Brane Craft sind nicht die einzigen, die im Bau sind, um Weltraummüll zu bekämpfen. Die Europäische Weltraumorganisation befasst sich auch mit Roboterarmgreifern, Netzen, Harpunen und Leinen. Ein weiteres europäisches Team plant, seine Mission RemoveDebris Ende 2017 oder Anfang 2018 zu starten, um CubeSats mit einem Netz und einer Harpune einzufangen. Aeroscale, ein in Singapur ansässiges Unternehmen für Satellitendienste, plant, Trümmer mithilfe von Magneten einzufangen. Forscher der Stanford University und des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, haben einen von Geckofüßen inspirierten Greifer entwickelt, der sich an Satelliten und anderen großen Trümmern festsetzen kann.

Forscher haben sogar erwogen, Trümmer mit einem bodengestützten Laser zu zappen. "Sie können Dinge verlangsamen, wie sie über den Horizont kommen, indem Sie diese sehr leistungsstarken Laser auf sie richten", sagt Derleth. Dies würde viel weniger Energie verschlingen, als ein Raumschiff zu starten und es nach einzelnen Trümmerteilen zu schicken. Ein solcher Laser könnte jedoch möglicherweise in eine Anti-Satelliten-Waffe verwandelt werden.

All diese Ansätze müssen sich bewähren. Ein Vorteil von Brane Crafts Design ist jedoch, dass es weit über die Erdumlaufbahn hinaus eingesetzt werden kann. Brane Craft wird so kraftstoffsparend sein, dass eines dieser winzigen Schiffe den gesamten Weg zum Mars und zurück zurück zurücklegen oder mehrere Fahrten zwischen dem Mond und der Erdumlaufbahn unternehmen kann. "Man kann fast [überall] im Sonnensystem besuchen", sagt Janson.

Mit Brane Craft könnten auch Asteroiden erforscht und abgebaut werden, sagt er. Es wäre lächerlich teuer, Tausende konventioneller Raumschiffe zu bauen und sie zu einzelnen Asteroiden zu schicken. Aber vielleicht könnten Schwärme von Brane Crafts den Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter besuchen und mit Proben zurückkehren.

Schließlich könnten diese winzigen Raumschiffe sogar dazu beitragen, die Erde zu schützen, sagt Janson. Wir könnten größere Versionen herstellen oder Tausende von Brane Crafts in Serie produzieren und sie aussenden, um ankommende Asteroiden abzulenken.

"Es ist eine neue Art von Raumfahrzeugen, die noch niemand gesehen hat, und ich hoffe, die Menschen können damit wirklich kreativ werden", sagt Derleth.

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