Flere satellitter i rummet kræver nye færdselsregler

Onsdag 29. januar 2020, 900 kilometer over byen Pittsburgh i USA, foregik et møde ude i rummet, som var ventet med spænding:

To gamle satellitter var på vej mod hinanden med en indbyrdes fart på ikke mindre end 53.000 kilometer i timen, og beregninger viste, at de ville passere hinanden i en afstand på under 100 meter.

Den ene satellit var udstyret med en 18 meter lang arm, som naturligvis øgede faren for et sammenstød.

Et sammenstød ville skabe tusinder af vragdele, som på grund af den forholdsvis store højde over Jorden kunne kredse om Jorden de næste par hundrede år og dermed udgøre en konstant fare for rumfarten.

De mange hundrede vragdele ville nemlig hurtigt sprede sig ud i et bælte omkring Jorden i stedet for at holde sig inden for det lille område, hvor sammenstødet var sket.

Der var derfor nerver på, da de to satellitter passerede hinanden i en afstand på under 50 meter, uden at der skete noget.

Det gik godt denne gang, men der har tidligere været sammenstød, som har skabt store mængder rumskrot.

Med de mange nye Internet-satellitter vil problemet kun blive værre de kommende år.

November 2019, Sevilla Spanien

Sevilla er måske ikke en by, man umiddelbart forbinder med rumfart, men her holdt det Europæiske rumagentur (ESA) i november et vigtigt møde, hvor deltagerlandene skulle fastlægge budgettet og planerne for de kommende år.

Det overfyldte rum med alt for mange satellitter er nu ved at blive så stort et problem, at ESA fik tilslutning til en plan om en satellit, der kan fjerne gamle og udtjente satellitter fra rummet. ESAs generaldirektør, tyskeren Jan Wörner gav satellitten ClearSpace-1 disse ord med på vejen:

»Tænk på, hvor farlig sejlads på verdenshavene ville være, hvis alle de skibe, der er forsvundet i historiens forløb, stadig drev rundt på overfladen. Det svarer til den situation, vi nu har ude i rummet og det kan ikke få lov til at fortsætte.«

Opgaven gik til det schweiziske firma Clear Space, som på deres hjemmeside skrev:

»Der er i dag mere end 34.000 menneskeskabte genstande ude i rummet med en diameter på over 10 cm. Vi vil fjerne den første.«

Derefter beskrev de så den ret simple strategi i fire punkter:

• Find satellitten
• Indfang satellitten
• Fjern satellitten
• Gentag processen med næste satellit

Det lyder meget lettere, end det er. For overhovedet at komme i gang, skal der først bygges en særlig renovationssatellit. Den skal have styremotorer, så den kan manøvrere hen til den døde satellit, og desuden skal satellitten udstyres med robotarme, så den kan indfange og fastholde den døde satellit.

Men det værste bliver at fjerne satellitten. Det kræver brændstof, som kun findes på renovationssatellitten. Det betyder, at når man tænder for raketmotorerne, så bremses både den døde satellit og renovationssatellitten så meget, at de begge brænder op i atmosfæren. Det vil bringe prisen så højt op, at man ikke bare 'kan gentage processen'.

Desværre ved hverken ESA eller andre, hvordan man løser problemet med at fjerne et meget stort antal døde satellitter fra rummet.

En ny rumfart

Problemet med, at rummet omkring Jorden er ved at blive overfyldt med satellitter, er hurtigt på vej til at blive rumfartens største problem.

Det skyldes især den udvikling, at der i det kommende årti vil blive opsendt over 10.000 satellitter, som skal være grundlaget for et ægte globalt internet.

Det er selvfølgelig en god nyhed for dem, der savner en god forbindelse til internettet, men antallet af satellitter er så stort, at det bliver nødvendigt med nye færdselsregler.

Ellers kan vi ende i den situation, at det bliver umuligt at opsende satellitter, fordi de hurtigt vil blive ødelagt ved sammenstød med rumskrot.

Det ved både rumagenturer og rummagter udmærket godt, men der er et stort problem:

Rummet mere end 100 kilometer oppe er internationalt område, og det er utrolig svært at skabe de juridisk bindende aftaler, der skal sikre, at også de kommende generationer kan have glæde af at udnytte rummet.

På dette punkt er der også en sammenhæng mellem klimaproblemerne og problemet om det overfyldte rum.

Det er klart, at klimaet tiltrækker den største opmærksomhed, men vi bliver også mere og mere afhængige af at kunne overvåge ændringerne af Jordens klima ude fra rummet.

Desuden er meget af Jordens økonomi bundet op på, at der er satellitter til brug for kommunikation, GPS og andre nødvendige tjenester.

Et gammelt problem er blevet aktuelt

Helt tilbage i 1978 beskrev en videnskabsmand fra NASA, Donald J. Kessler et problem, som dengang var ret teoretisk, men nu er blevet alt for aktuelt.

Kessler regnede simpelthen ud, hvad der ville ske, hvis der var alt for mange satellitter i rummet.

Kessler forudså et 'tipping point' hvor vragdele fra et sammenstød i rummet vil føre til en slags kædereaktion, hvor antallet af vragdele hele tiden vil vokse, også selv om vi holder op med at opsende nye satellitter.

Når 'tipping point' er nået, er der så mange satellitter ud i rummet, at vragdele fra et enkelt sammenstød ikke kan undgå at føre til mange nye sammenstød, med det resultat, at antallet af sammenstød – og dermed vragdele – i rummet hele tiden vokser.

Til sidst vil der være så meget rumskrot, at det slet ikke kan betale sig at opsende en ny satellit, fordi dens forventede levetid, før den bliver ødelagt ved et sammenstød, bliver alt for lille.

Denne udvikling kaldes nu for Kessler-syndromet. Det var i 1978 blot en teoretisk regneøvelse, men nu over 40 år senere er vi nødt til at tage Kessler syndromet ganske alvorligt.

Endnu er det ikke for sent med lidt rettidig omhu, men det må nok indrømmes, at den meget hurtige udvikling af internetsatellitter, der både ejes og opsendes af private firmaer, nok er kommet bag på rumforskerne.

Udviklingen er beskrevet ved, at vi er på vej mod en rumfart domineret af 'megakonstellationer' bestående af mange tusinde små satellitter.

Der vil naturligvis hele tiden være satellitter, som af den ene eller anden grund holder op med at fungere, og som derfor skal erstattes – men det giver et stort problem:

Hvad gør man med en defekt satellit, som man måske også har mistet kontrollen over?

En sådan satellit kan jo ikke overholde færdselsreglerne i rummet, og den kan hurtigt komme til at udgøre en fare for andre satellitter, især hvis den ikke fjernes hurtigt – hvilket er lettere sagt end gjort.

NASA har beregnet, at det bliver nødvendigt med en meget effektiv oprydning for at undgå kaos i rummet. Det kræver, at 99 procent af de satellitter, som får problemer, omgående skal fjernes.

Det er ikke noget tilfælde, at Kesslers navn nævnes stadig hyppigere på konferencer, hvor man taler om disse problemer.

Rummets kirkegårde

Nu har vi haft rumfart i mere end 60 år, hvor der er opsendt tusinder af satellitter. Det er derfor naturligt at spørge om, hvad der egentlig sker med gamle satellitter.

For satellitter i lave baner hjælper naturen med at rydde op i rummet. Det skyldes Jordens atmosfære, som rækker mange hundrede kilometer ud i rummet.

Satellitterne møder derfor en luftmodstand, der efterhånden får dem til at tabe højde, så de ender med at brænde op i atmosfæren.

For satellitter i lave cirkulære baner kan nedenstående tabel give en ide om den levetid, der kan forventes, før luftmodstanden har bragt dem så langt ned, at de brænder op i atmosfæren.

Tabellen er dog kun vejledende, for banens højde over Jorden er ikke den eneste faktor, der bestemmer, hvor længe satellitten kan kredse om Jorden.

Satellittens konstruktion er også meget vigtig. En satellit med store solpaneler, der yder stor luftmodstand, lever naturligvis kortere tid end en lille strømlinet satellit.

Denne lille tabel rummer forklaringen på mange af de problemer, vi står overfor i fremtidens rumfart. Det er kun de laveste baner om Jorden der er ’selvrensende’. Kommer vi op over 1.000 kilometer bliver satellitterne bare deroppe i næsten ubegrænset tid og forsvinder kun, hvis vi selv fjerner dem.

Rumstationen ISS kredser i en højde på 400 kilometer og skal derfor med jævne mellemrum hæve banen for ikke at falde ned. Men ISS har allerede flere gange været nødt til at ændre banen en smule for at undgå sammenstød med rumskrot. Selv om banerne er 'selvrensende', så er der også i de lave baner temmelig meget rumskrot.

Internet-satellitter skal anbringes i lave baner

Det fører os så til fremtidens store udfordring, nemlig internet-satellitterne. For at virke efter hensigten, skal de anbringes i lave baner, da det ellers tager for lang tid for et signal at komme fra computeren på Jorden op til satellitten og tilbage igen.

SpaceX har følgende retningslinjer:

Satellitterne opsendes i en meget lav bane 290 kilometer over Jorden, og hæver så med en ionmotor banen til cirka 550 kilometer.

Når de så ikke skal bruges længere, tændes ionmotoren igen for at sænke banen, så den hurtigt brænder op.

Hvis man har mistet kontrollen, siger SpaceX, at de alligevel vil brænde op i løbet af godt fem år, da de har nogle ret store solpaneler som yder stor luftmodstand.

For de høje baner fra 1.000 – 36.000 kilometer er der kun en udvej, nemlig selv at fjerne satellitterne. For store satellitter kan det gøres, selv om det både er dyrt og besværligt.

Desværre løser det ikke problemet med de utallige små vragdele af centimeterstørrelse, der også kredser om Jorden, og som kan anrette stor skade på grund af de meget store sammenstødshastigheder på 20-40.000 kilometer i timen.

Der findes en 'kirkegårdsbane'

Der er kun et sted ude i rummet, hvor vi har en kirkegård for udtjente satellitter. Det er nær den geostationære bane 36.000 kilometer over ækvator, hvor de fleste af verdens kommunikationssatellitter befinder sig – sammen med vejrsatellitter, spionsatellitter og mange andre typer.

Der er i denne bane over 500 satellitter, så det kræver en god trafikkontrol at undgå sammenstød.

Derfor har man en aftale om, at udtjente satellitter sendes op i en 'kirkegårdsbane' godt 300 kilometer over den geostationære bane. Her kan de ikke gøre skade, og det kræver meget mindre brændstof at sende dem et par hundrede kilometer højere op, end at vælge den 36.000 kilometer lange vej tilbage til Jorden.

Det er netop, hvad man gør nu med satellitten Spaceway-1, hvis batterier lige nu er i fare for at eksplodere. Der er givet en eksprestilladelse til at sende satellitten op til kirkegårdsbanen, hvor den så kan få lov til at eksplodere i fred.

En bæredygtig rumfart

Et af de centrale begreber i den politiske debat er den grønne omstilling til et bæredygtigt samfund. Men satellitterne er så vigtig en forudsætning for det moderne samfund, at vi i høj grad også her har brug for en omstilling til en bæredygtig rumfart.

For rumfartens historie har bestemt ikke været båret af bæredygtighed. Indtil for bare et par år siden var rumfart baseret på raketter, som kun kunne anvendes en gang, og hvis en satellit gik i stykker ude i rummet, så opsendte man bare en ny uden tanke for at rydde op efter sig.

Som det er nu, ser situationen bestemt ikke lys ud, men det er dog endnu muligt at opbygge en bæredygtig rumfart – det kræver bare lidt rettidig omhu.

Der findes flere veje til en bæredygtig rumfart, som ikke bremses af Kessler-syndromet:

Genbrugs satellitter ved at optanke dem, når de løber tør for styrebrændstof eller skal have udskiftet et defekt modul. Derved undgår man hele tiden at skulle opsende nye satellitter, og på længere sigt kan antallet af satellitter bringes ned. Der er ved at blive udviklet satellitter, som kan løse disse opgaver.

Byg nye typer satellitter på en måde, så de selv sørger for at vende tilbage til Jordens atmosfære for at brænde op, når de har løst deres opgave. Det kan ske ved, at satellitten ruller et langt, elektrisk ledende kabel ud. Når kablet bevæger sig gennem Jordens magnetfelt induceres en strøm, der modarbejder bevægelsen, så satellitten bremses ned. Man kan naturligvis også bruge en raketmotor, som kan sende satellitten ned i atmosfæren. Begge metoder kan dog kun anvendes i forholdsvis lave baner.

Opret en renovations service, hvor man indfanger døde satellitter for at fjerne dem fra rummet. Hvis det kan gøres billigt, så kan det måske blive en vigtig ny gren af rumfarten, Der er mange forslag, men endnu mangler vi en metode, som er både billig og nem at arbejde med.

Nye lovkrav. I lave baner skal det være et lovkrav, at sidste rakettrin altid medfører så meget ekstra brændstof, at de kan sendes ned i atmosfæren for at brænde op. Allerede nu kredser der alt for mange døde rakettrin ude i rummet, og der er bestemt ingen grund til at få flere.

I høje baner, hvor det ikke er muligt at sende raketten ned i atmosfæren, skal det være et lovkrav, at man altid tømmer rakettens brændstoftanke fuldstændigt, så man ikke risikerer, at de eksploderer ude i rummet og skaber tusinder af vragdele. Det er desværre sket flere gange.

Kommerciel rumfart og bæredygtighed

Men det er også vigtigt at overveje, om klassiske forretningsmodeller baseret på konkurrence altid er en god ide ude i rummet.

Grunden til, at vi måske inden 2030 vil ende med over 10.000 internet-satellitter ude i rummet, er jo at SpaceX er i konkurrence med andre firmaer som OneWeb, Amazon og Facebook, som også vil opsende et stort antal satellitter. Her er et eksempel på, at den frie konkurrence i høj grad vil påvirke miljøet i rummet.

Der er klart en konkurrence om at give den hurtigste og bedste service, og det kræver masser af satellitter i lave baner.

Men man kunne også spørge, om det er en menneskeret for alle at have en lynhurtig forbindelse, hvor man kan overføre Gigabyte af data på ingen tid.

Hvis man i stedet for tusinder af satellitter valgte at bruge et meget mindre antal i baner måske 10.000 kilometer oppe, så ville forbindelsen nok ikke blive helt så god eller hurtig, men der ville i hvert fald være en netforbindelse på steder, hvor man ikke tidligere har haft adgang til nettet – og vi ville undgå at fylde rummet med tusinder af nye satellitter.

Rumfartens udvikling bør diskuteres i FN

Og så kommer endelig spørgsmålet om markedet. Det bliver jo nødvendigt at tilslutte computeren en særlig modtager med antenne, som skal købes.

Der har været nævnt priser ned til 200 dollar for en sådan modtager, men det er da en del penge for mange mennesker. Og hvad kommer et 5G jordbaseret netværk til at betyde?

Nogle lande ønsker at begrænse adgangen til internettet, og de vil nok opfatte tusinder af satellitter, der flyver hen over deres territorier, som en provokation.

På et tidspunkt kan det tænkes, at internet-satellitterne bliver enten uøkonomiske eller forældede. Kan vi så være sikre på, at de firmaer, der har opsendt satellitterne, også vil rydde pænt op efter sig?

Rumfartens udvikling er så global, at det er et område, der bør diskuteres i FN.

Skal miljøet i rummet bevares og Kessler syndromet undgås, så er der brug for klare og juridisk bindende beslutninger og ikke bare nogle hensigtserklæringer om, at man skal opføre sig ordentligt og passe godt på miljøet i rummet.