de-orbiting om opprydding i verdensrommet · 2019. 11. 5. · de-orbiting om opprydding i...

DE-ORBITING

om opprydding i verdensrommet

Onno Verberne

VP Technology and Business DevelopmentNammo Raufoss AS

[email protected]

© Nammo Raufoss AS 2015

De-orbitingOm opprydding i verdensrommet

Onno Verberne, VP Technology and Business Development, Nammo Raufoss AS

Teknologi- & Polymerdagene, Gjøvik 20152


Hvis vi ikke snart gjør noe, kan vi ikke dra ut til verdensrommet om 25-50 år


Risk of an ESA satellite encountering a catastrophic collision in the next 50 years between ~7.5% and ~11%


Har noen av dere sett filmen GRAVITY?



Hva er nå egentlig problemet?

• Hva som går opp, kommer ikke automatisk ned

• Det er så mye (skrot?) der oppe at det begynner å bli trangt

• I 2009 kolliderte 2 satellitter, Iridium 33 og Cosmos 2251, noe som skapte nye 10.000 objekter

• I 2007 skjøt kineserne ned en av sine egne satellitter og skapte en tilsvarende antall nye objekter

• Stadig oftere må den internasjonale romstasjonen forlate sin bane for å unngå en mulig kollisjon

• En ukontrollert re-entry av Cosmos 954 i 1978 spredte radioaktiv materiale over et stort området i nord Canada



International Space Station

• 108.5m lang, 450 tonnes, 6-9 mennesker om bord

• Banehastighet 7,66 km/sec

• Banehøyde 410km, høydetap 2km/måned



Antall registrerte franske objekter i rommet

• Situasjon i januar 2009– Aktive satellitter i LEO: 15– Uvirksomme satellitter i LEO: 20– Aktive satellitter in GEO: 25– Uvirksomme satellitter i GEO : 18– Øvre trinn og strukturer : 154

• Totalt 232

Ariane 5 - Har ikke et deorbiteringssystem

ATV - Automatic Transfer Vehiclehar et deorbiteringsystem



Men, det holder på å skje ting…

• Frankrike har vedtatt en lov som krever at ved framtidige oppskytninger alle rakettdeler skal komme ned igjen, og alle nyttelast som skytes opp fra 'fransk jord' skal ha et aktivt eller passivt system om bord som sikrer at de automatisk kommer ned etter 25 år (gjelder lav jordbane)

• Clean Space - ESA har tatt et initiativ til å lage hele romfartsvirksomheten bærekraftig. Initiativet har fire hovedelementer:1. Bruke Eco-Design prinsipper i hele 'kretsløpet'2. Å utvikle grønne teknologier3. Å unngå å kreere ny 'søppel'4. Å fjerne eksisterende 'søppel'

"De-orbiting" er et begrep knyttet til områdene 3 og 4



De-orbiting står sentralt i disse initiativ"alle skal rydde opp etter seg"

3 hovedområder:

• Deorbitering av utrangerte eller ikke-fungerende satellitter

– Automatisk deorbitering innen 25 år krever ingen tiltak– Deorbitering ved å bruke resterende drivstoff fra

posisjonskontrollsystemene - krever MYE ekstra drivstoff– Montere et ekstra 'kit' som er autonom og får ned satellitten

• Deorbitering av øvre-trinn og hjelpe-strukturer fra oppskytningen

– Tror det eller ei - men det finnes ikke i dag

• Hente ned eksisterende skrot som ikke kan komme ned for egen maskin

– Meget kostbar ettersom det krever en dedikert oppskytning– Krever en prioritering av de største objektene (5 stk./år)



Kraftig økning av antall objekter



Mange utrangerte satellitter må deorbitereskontrollert - hvorfor?• Det tar for lang tid å vente på

at de ramler ned av seg selv

• Satelliter som ramler nedukontrollert kan rammemennesker direkte hvis de ikkebrenner opp i atmosfæren

• Mange satellitter har et drivstoffsystem ombord som ersvært giftig. Man er bekymret for at tanker med rester avdrivstoff skal forurense landingsområdet

• Satellitter som har sluttet å fungere tar opp plass til nye og måderfor fjernes for å kunne bli erstattet. Ellers blir risikoen for kollisjon for stor



"Re-entry" siste fasen av "de-orbiting"

• Kontrollert "Re-entry" skal skje i et området i Stille Havet. Området kalles: SPOUA (South Pacific Ocean Uninhabited Area)

• Området er rektangulært,7000 km "bredt" og 3000km "langt", og det gjelderå treffe riktig

• På grunn av at omløps-hastigheten til satelliten eravhengig av banehøydenog det ikke finnes enkobling til jordens egenrotasjon, kan dette væreganske "tricky"



Deorbitering styres av banehastigheten

For hver høyde over bakken finnes det en sirkulærhastighet Vc som er nødvendig for å holde satellitten i en sirkulær bane i den aktuelle høyden.

Vb

Ved oppskytningen skal vi økebanehastigheten slik at satellittenkommer i rett bane, ved deorbitering senker vi banehastigheten slik at satellitten kommer ned

Vc=7.79

Va=1.59

Vp=10.24



Gjør romfartsorganisasjonene noe?

• Yes!



Active Debris Removal (ADR)



Forfølge, fange og endre banen

• Kun de største objekter der ute vil bli hentet ned

• Studier er gjennomført for å kartlegge hva som kreves av nye teknologier

• Det er ikke bestemt ennå om man skal hente flere objekter samtidig eller en-og-en

• Kostnadene vil bli høye!



Aktiv fjerning med faststoffmotorer



Aktiv fjerning med væskemotorer



Hvor kommer vi inn i dette bildet

• Fra 2003 har Nammo satset på grønn rakettmotor teknologi

• Det startet med behovet for motorer til sonderaketter, men arbeidet med grønt drivstoff har ført med seg mange nyemuligheter

• Grunnen for å starte arbeidet var 3-fold:– Rimelige og sikre motorer til sonderaketter (Andøya)– Miljøvennlig, "green" rakettmotor teknologi– Skyvkraftsregulering

• Valget falt på hybride raketter basert på hydrogenperoksid og gummi, som er helt sikre under produksjon, håndtering og transport, samt at den grønne oksidanten vi bruker, ertilgjengelig i industriell skala og produseres i bærekraftigeproduksjonslinjer


Clean Space aktiviteter hos Nammo

Sounding rockets and Nano-Launcher based on Clean propellants

• North Star Hybrid Rockets

• North Star Micro-Launcher

Green in-space propulsion

• HGRS – Mono-propellant RCS for Ariane 5ME 2. stage

• SPARTAN - Hybrid Rocket with throttle capabilities

De-orbiting of decommissioned satellites

• Development contract on ESA’s SPADES system for autonomous de-orbiting based on solid propellants

• GSP with ESA on debris remediation based on hybrid technology

Development and testing of Green propulsion solutions

• New test facilities and equipment dedicated to Green Propulsion

Cre

dits

: CN

ES/D

. D

ucro

s

Cre

dits

: And

øya

Spa

ce C

ente

r

Cre

dits

: N

ASA



Green propulsion systemfor de-orbiting av andre trinnet Ariane 5ME/6

• Nammo har utviklet et nytt mono-propellant truster system for det nyeandre trinnet av Ariane 5ME

• Etter kanselleringen av Ariane 5ME erdet forventet at systemet videreførestil Ariane 6

• Systemet erstatter dagens megetgiftige system, som bruker et drivstoff som står på REACH-lista og som forventes til å bli forbudt i nærframtid

• Systemet er blitt testet i vakuumkammer i Tysland. Nå gjenståregentlig kun testing i rommet - "In-Orbit Demonstration"

Ariane 5ME



Nammo's trustere på andre trinnet

• Små trustere, store systemer



Technology maturation of ORCS• Thruster design (200N) completed

• Functional testing under vacuum performed spring 2015– At DLR Lampholdshausen

• Tank development on-going– Demisable aluminium tank design

• Environmetal testing of H2O2 and system components– Pyro Shock, Heat Soak, etc.



Flere deorbiterings aktiviteter hos Nammo

• Basert på faststoff rakettmotor teknologi

• Basert på en kombinasjon av hybrid ogmono-propellant motorer



ESA støttede aktiviteter - Clean Space

• Hybrid rakettmotorer basert på grønn teknologi

• Mono-propellant trustere, basert på den samme grønne teknologien som vil kunne deorbitere øvre trinn av Ariane 5/6 og Vega

• Utvikle faststoff rakettmotorer for de-orbiting etter endt levetid av nye satellitter

• Strategisk studie for ESA for å bruke vår hydrogen peroksid rakettmotorteknologi til aktiv fjerning av debris



EU supported projectsFP7• SPARTAN (Finished)

– Throttleable hybrid engine for Lunar Lander– Coordinator: Thales Alenia Space

H2020• HYPROGEO (Started 1.2.2015)

– Ceramic nozzle for orbital transfer hybrid rocket– Coordinator: Airbus

• ALTAIR (Planned start 1.2.2016)– Air Launched Hybrid Rocket– Coordinator: Onera

• SMILE (Planned start 1.2.2016)– Launch Vehicle design for small launcher based on

our hybrid rocket and other innovative technologies– Coordinator: NLR



Og så er vi involvert i dette prosjektet…


(…som helst skal holde seg på landjorda!)


Er dette framtida?


Nammo motor

de-orbiting om opprydding i verdensrommet · 2019. 11. 5. · de-orbiting om opprydding i...

Documents