Wykorzystanie technologii laserowej do usuwania odpadów kosmicznych
Istniejące systemy monitorujące odpady kosmiczne opierają się na katalogach zawierających dane pochodzące z radarów i pasywnej technologii optycznej. Usuwanie odpadów z niskiej orbity ziemskiej przy pomocy naświetlania laserem wymaga precyzyjnej wiedzy na temat położenia obiektu oraz jego trajektorii w trakcie i po modyfikacji orbity. Aktywne systemy optyczne umożliwiają wysoce precyzyjne śledzenie odpadów mierzonych w centymetrach. Opracowanie tej technologii umożliwi usuwanie odpadów przy pomocy laserów. W ramach finansowanego ze środków UE projektu CLEANSPACE (Small debris removal by laser illumination and complementary technologies) zbadano rolę, jaką technologia laserowa odgrywa w usuwaniu niewielkich odpadów. Zdefiniowano globalną architekturę monitorowania, identyfikacji i śledzenia, która będzie wykorzystywana z naziemnym systemem ochrony laserowej. Naukowcy zdefiniowali plany technologiczne systemu laserowego usuwającego odpady z orbity — głównej części koncepcji usuwania odpadów. Ogólna zasada działania lasera polega na lekkim popchnięciu odpadu kosmicznego w wyniku ablacji powierzchniowej. Dzięki temu odpad zmieni swój kierunek lotu, uniknie kolizji oraz jednocześnie rozpocznie proces ponownego wejścia do atmosfery (deorbitację). W ramach projektu CLEANSPACE wprowadzono innowacyjne koncepcje w zakresie techniki. Badacze zanalizowali interakcję między laserem a materią w próżni oraz zademonstrowali spójne sprzężenie wiązek lasera średniej mocy. Dodatkowo wykazali użyteczność technologii ceramicznej do wytwarzania próbek dużego rozmiaru o złożonym kształcie i z repartycją luminescencyjnej domieszki półprzewodnika. Zaproponowano utworzenie międzynarodowej organizacji mającej na celu zapewnienie trwałego międzynarodowego wsparcia i bezkonfliktowego procesu usuwania odpadów. Opracowano narzędzia do symulacji, aby umożliwić przewidywanie zmian w trajektorii pojedynczego okrążenia. W ramach projektu przeprowadzono cztery eksperymenty. Pierwszy z nich polegał na próbnym śledzeniu odpadu, drugi miał na celu wykazanie siły napędowej ablacji laserowej, trzeci wykorzystywał laser o cienkim dysku, a w ostatni zademonstrował spójne sprzężenie dziewięciu laserów. Plan projektu CLEANSPACE przewidujący opracowanie systemu usuwania odpadów kosmicznych przy pomocy lasera powinien pomóc w ochronie zasobów kosmicznych UE przed kolizjami. W dłuższej perspektywie projekt umożliwi kontynuowanie misji kosmicznych, które wkrótce stałyby się niemożliwe z powodu wzrastającej ilości odpadów.
Słowa kluczowe
Laser, odpady kosmiczne, śledzenie, ablacja powierzchniowa, interakcja między laserem a materią, symulacja