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