낮은 지구 궤도, 대부분의 위성이 작동하는 곳은 금속 파편과 죽어서 굴러다니는 잔해의 회오리바람이 되었습니다.
궤도에 하드웨어나 인력이 있는 사람이라면 누구나 이 훈련을 알고 있습니다. 궤도 충돌 경고는 끊임없이 발생할 수 있습니다. 그 물체가 사라진 위성이든, 오래 전에 부서진 태양 전지판에서 떨어진 유리 덩어리든, 지구를 돌고 있는 모든 물체는 잠재적인 발사체이기도 합니다. 그리고 거의 모든 쓰레기는 적어도 여행 중입니다. 8배 빠르다 로서 소총 총알충돌 시 손상을 입을 수 있습니다. SpaceX의 스타링크 위성 가능한 잔해 충격을 중심으로 조종 144,404회 이는 6개월 연속 밤낮으로 2분마다 충돌 경고가 울리는 것입니다. 이는 이전 6개월에 비해 3배나 높은 수치입니다. 또한, 위성의 재난 회피 능력을 압도하는 궤도 쓰레기의 위협도 곧 다가오고 있습니다. 각 충돌은 낮은 지구 궤도를 위험 구역으로 바꾸는 폭주 폭포에서 더 많은 조각을 생성합니다.
위성 운영자에게는 갑작스러운 침묵이 첫 번째 경고 신호일 수 있습니다. 오늘날 스러스터 연소의 우아한 시퀀스를 조정하는 지상국 승무원은 더 혼란스러운 장애물 코스와 디스플레이 모니터 전체에 피어나는 더 큰 잔해 필드에 직면하게 될 것입니다. 통신 회선과 데이터 트래픽도 때때로 중단되어 지상에 혼란을 야기하고 전 세계적으로 비행을 위협할 수 있습니다. 그리고 느린 재앙이 쌓이면서 위성 별자리의 연료 비축량은 수많은 광범위한 궤도 기동으로 인해 적자로 흘러 나올 것입니다. 오늘 바짝 마른 우주선은 내일 초고속 파편이 쏟아져 나올 수 있는 씨앗이 될 것입니다.
이 최후의 심판 시나리오는 다음과 같이 알려져 있습니다. 케슬러 증후군, 미국 천체물리학자의 이름을 따서 명명 도널드 케슬러WHO 1976년 NASA에서 궤도 이탈 가능성이 있는 잔해에 대한 첫 번째 통지를 배포하기 시작했습니다. 이제 그 규모만큼 우주 쓰레기 문제 규모가 급속히 커지고, 기술적 대응도 빨라지고 있다. 곧 출시될 솔루션에는 고해상도 궤도 추적, AI 기반 별자리 관리, ”라는 새로운 로봇 기술이 포함됩니다.활성 잔해 제거.” 이 마지막 항목에는 궤도에 있는 물체를 목표로 삼아 잡을 수 있는 그리퍼 또는 기타 위성 조정 기술로 무장한 특수 우주선을 궤도로 끌어올리는 작업이 포함됩니다. 그런 다음 제거 선박은 우주 쓰레기를 재진입 및 재진입에서 살아남은 모든 것을 바다 한가운데로 궁극적으로 스플래시하는 과정을 통해 안내합니다.
그러나 기술만으로는 앞으로 과제의 규모를 감당하기에 충분하지 않을 수 있습니다. 잔해 문제가 너무 빨리 커지고 있을 수도 있습니다. 궤도를 다음과 같이 분류하려면 국제 조약 및 정부 규정이 필요할 수 있습니다. 라디오 스펙트럼과 같이 전 세계적으로 관리되는 리소스. 왜냐하면 Kessler 자신이 지적했듯이 우주는 복잡하다-때때로 답답할 정도로.
케슬러 증후군이란 무엇입니까?
초기에는 이러한 좌절감은 단순히 우주 커뮤니티가 앞으로 직면할 문제를 인식하도록 하는 것과 관련이 있었습니다. 1970년대 초반, 그 시절 낮은 지구 궤도 케슬러는 NASA의 중견 과학자였으며 이미 우주 과학 분야에 중요한 공헌을 했습니다. 아폴로 그리고 스카이랩 프로그램. 그의 동료이자 NASA의 고(故) 행정관으로서 버튼 쿠르 팔레2004년에 언급됨 구술 역사Kessler는 “이 궤도 잔해에 대해 이야기하고 있었고 고위층은 그것에 대해 전혀 알고 싶어하지 않았습니다.”
Cour-Palais는 또한 Kessler에게 “문제보다는 해결책을 생각해내라”고 촉구하라는 말을 들었다고 회상했습니다. 다행히도 둘 다 지나치게 조심스러운 길을 택하지 않았습니다.
1978년 6월, 지구물리학 연구 저널 출판하다 종이 케슬러(Kessler)와 쿠르팔레(Cour-Palais)는 급속히 증가하는 없어진 위성, 충돌 파편, 기타 잔해물이 “다음 세기 동안 심각한 문제가 될 수 있다”고 주장했습니다. 예측이 이루어진 셈입니다. 올해 4월 케슬러와 휴 루이스우주 비행 교수 버밍엄 대학교영국에서는 그들의 최신 모델대부분의 저지구 위성이 작동하는 400~1,000km 사이를 공전하는 우주 쓰레기는 이미 불안정하다는 결론을 내렸습니다. 연구원들은 520km에서 1,000km 사이에서 잔해 농도가 폭주 성장을 유지할 수 있는 수준 또는 그 근처에 있다는 사실을 발견했습니다.
최근 내부 보고서가 공유됨 IEEE 스펙트럼, 캘리포니아 주 멘로 파크의 분석가가 작성함 레오랩스,는 문제를 “케슬러 증후군의 네 가지 물결”이라고 부르는 것으로 나누었습니다. 처음 세 개의 물결은 이미 시작되었을 수도 있다고 말합니다. 작동하지 않는 추적 가능한 물체와 충돌하는 작은 강철 조각 및 유리 파편과 같은 추적 불가능한 물질입니다. 작동하는 위성에 영향을 미치고 오작동을 일으키는 추적 불가능한 물질; 추적 가능한 개체가 다른 추적 가능한 개체와 충돌하여 조각 구름을 생성합니다. 두 개의 큰 파편 조각이 다른 충돌의 연쇄 반응을 일으키는 네 번째 물결은 아직 발생하지 않았습니다. LeoLabs의 관측 및 모델에는 국제 우주 정거장을 포함한 위성 및 운영 우주선과 중국의 티엔공 우주 정거장은 현재로서는 관리 가능한 수준의 충돌 회피 기동에 계속 직면하고 있습니다.
“이러한 작동 위성은 추적 가능한 물체와의 치명적인 충돌을 피할 것으로 추정됩니다.”라고 보고서는 결론지었습니다.
그러나 따르면 뤽 피게스위스 로잔에 본사를 둔 스타트업의 CEO이자 공동 창업자 클리어스페이스운영 위성에 대한 과제는 현실적이고 증가하고 있습니다. “케슬러 증후군은 느리고 기어가는 효과입니다. 가속되기 시작하면 이미 너무 늦습니다.”라고 그는 말합니다. “케슬러 증후군이 일어나고 있습니다.”
문제는 다음과 같이 특정 문제 궤도로 더 세분화될 수 있습니다. 대런 맥나이트선임 기술 펠로우 레오랩스개인 고객 및 정부 기관을 위해 고해상도 잔해 추적을 수행합니다.
McKnight는 “케슬러 증후군의 한계점을 이미 통과한 특정 고도가 있습니다.”라고 말합니다. 예를 들어 고도 775km뿐 아니라 840km, 975km에서도 충돌 위험이 급격히 증가하고 있습니다. (“저지구궤도에서 가장 위험이 높은 장소” 그래프 참조)
“우리는 특정 인기 궤도가 운영하기에 너무 위험한 지점에 도달하여 그곳에서 운영함으로써 얻을 수 있는 이점이 비용과 위험보다 더 크다는 점에 도달할 것입니다.”라고 말합니다. 다니엘 우드책임자 MIT 미디어랩‘에스 우주활용연구그룹.
케슬러 증후군은 왜 복잡합니까?
유럽우주국에 따르면1,450만 킬로그램의 인공 물질이 오늘날 지구를 돌고 있습니다. 그것을 비교해보세요 1,100만 kg 2년 전과 890만 2020년에는 kg으로 지난 5년간 63% 증가했습니다.
McKnight는 주어진 궤도의 질량을 궤도가 차지하는 공간의 부피로 나눌 때 케슬러 문제가 더 명확하게 초점을 맞춘다고 말합니다. 그만큼 질량 밀도 입방 킬로미터당 질량으로도 알려진 궤도상의 정보는 궤도 충돌 가능성뿐 아니라 충돌 결과에 대한 단서를 제공합니다. 두 개의 작은 궤도 항목이 충돌하면 두 개의 큰 항목만큼 새로운 잔해가 생성되지 않습니다. 즉, 궤도가 더 촘촘할수록 위성을 해당 궤도에 유지하는 것이 더 위험한 것입니다. McKnight는 “입방 킬로미터당 질량은 잔해를 생성할 수 있는 잠재력입니다.”라고 말합니다. 이는 낮은 지구 궤도의 모든 다른 지역에서 자신있게 알 수 있는 좋은 일입니다.
2002년에 우주 왕복선 우주비행사들은 허블 우주 망원경에서 이 태양 전지판을 회수하여 낮은 지구 궤도 속도로 이동할 때 작은 발사체라도 얼마나 파괴적인지 보여주었습니다. ESA
그러나 말한다 캐서린 코트니의자 우주의 지속가능성에 관한 글로벌 네트워크오늘날 궤도에 있는 모든 물체가 어디에 있는지 아는 것은 어려운 일이 되었습니다. “소형 우주 쓰레기의 상당 부분은 귀환된 우주선과 역사적 기록에서 수집된 데이터를 통해서만 추정할 수 있습니다. 대다수는 지상에서 추적할 수 없습니다.”라고 Courtney는 덧붙입니다.
게다가 말한다 조나단 맥도웰, 천체 물리학자이자 우주 역사가 하버드 & 스미소니언 박물관에서 천체 물리학 센터매사추세츠 주 케임브리지에서는 궤도에 있는 물질이 사라지면 더 많은 합병증이 발생합니다. 사라진 물질과 다른 잔해 사이의 충돌은 충돌 부산물을 완전히 다른 궤도로 떨어뜨릴 수 있습니다.
McDowell은 “작동 위성은 멋진 원형 궤도에 있는 반면, 충돌 잔해는 여러 궤도를 교차하며 더 많은 영향을 미치고 있습니다.”라고 말합니다.
문제가 커짐에 따라 이제 필요한 것은 완전한 재고라고 말합니다. 모리바 자교수 항공 우주 공학 및 공학 역학 텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스에서.
“저는 케슬러 증후군에 동의하지 않습니다.”라고 Jah는 말합니다. “계단식 충돌이 일어날 수 없다는 것이 아닙니다. 프레임워크가 문제를 지나치게 단순화하고 시스템을 관리하거나 발전시킬 수 있는 방법을 제공하지 않는다는 것입니다.”
대신 Jah는 그가 “궤도 운반 능력”이라고 부르는 매개변수를 고려한다고 말했습니다. “끝부터 시작하면 피해를 방지하기 위한 결정을 내리는 능력이 더 이상 작동하지 않을 때 운반 능력이 소모된다고 말할 수 있습니다.”라고 그는 계속합니다. “그래서 나에게 있어서 그것은 반드시 물건에 부딪히는 것처럼 보이지는 않습니다. 또한 물건을 이리저리 이동하는 데 너무 많은 연료를 소비하여 처음부터 하고 싶었던 일을 할 수 없는 것처럼 보입니다.”
위성 충돌을 피하는 방법
SpaceX가 2024년 12월부터 올해 5월까지 144,404번의 검증을 거쳤기 때문에 우주 쓰레기 주위에서 하드웨어를 조종하는 Starlink 별자리의 능력은 인상적입니다.
“스타링크 McKnight는 이렇게 말합니다. “고속도로를 운전하는 할머니와 같습니다. 그들은 브레이크를 밟습니다. 그들은 모든 것을 피합니다.”
그러나 Starlink의 자체 공개 기록은 궤도 충돌 위험이 얼마나 빠르게 진화하고 있는지도 보여줍니다. 회사의 공개된 데이터 궤도에 있는 다른 물질과의 충돌을 피하기 위해 수행해야 하는 별자리의 더킹 및 회피 양이 2020년 이후 22배 증가한 것으로 나타났습니다.
요즘도 다들 피하고 피하고 있어요.
“충돌 회피는 이제 모든 운영자의 표준 관행입니다.”라고 말합니다. 팀 플로러유럽 우주국 국장 우주쓰레기 사무실.
“당신은 당신의 운영을 합리적으로 유지하고 다른 모든 사람들과 소통하기를 원합니다.”라고 말합니다. 말론 소르게버지니아주 Chantilly의 기술 펠로우 항공우주공사“그리고 의사소통할 수 없는 것들을 더 이상 만들지 마세요.”
하지만 우주 쓰레기만이 의사소통이 불가능한 유일한 종류의 것은 아닙니다. 우주 지속 가능성에 관한 글로벌 네트워크(Global Network on Sustainability in Space)의 Courtney는 “미확인 물체의 절반 이상이 중국 위성입니다.”라고 말합니다. “그러니까 그들은 활동적인 위성이지만 식별 가능한 물체로 등록되지 않은 것뿐입니다.”
추적된 잔해, 추적할 수 없는 작은 잔해, 통신이 불가능한 더 큰 잔해 등 이 모든 것이 결합되어 점점 더 큰 골칫거리를 만듭니다.
“모든 충돌 회피 기동은 Uisance,”Holger Power, ESA의 우주 안전 사무소 책임자,,, 말했다. “연료 소비로 인해뿐만 아니라 준비가되어 있기 때문에 우리는 돈 비용이 들기 때문에 지상 스테이션 패스를 예약해야합니다. 때로는 과학 데이터의 획득을 꺼야합니다. 우리는 24 시간 내내 전문가 팀을 이용할 수 있어야합니다.”
그렇다면 누가 또는 무엇을 Kessler 문제의 빠르게 확장하는 특성을 따라 잡을 수 있습니까? 인공 지능은 거의 만장일치의 대답입니다.
저 지구 궤도에있는 세계의 많은 주요 선수들 ( 작은 위성 스타트 업 그리고 큰 국가 우주 프로그램현재 AI 별자리 관리 시스템을 테스트하고 개발하고 있습니다. 기계 학습 알고리즘은 점점 더 능숙 해지고 있습니다 보다 정확한 충돌 경고 및 자동화 된 의사 결정 수행-게다가 작은 물체 감지의 해상도를 선명하게합니다 이력이 아닌 추적 기술이 볼 수있는 것보다 작은 궤도를 찾으려면. 일부 회사 그리고 연구팀 또한 AI를 사용하여 연료 사용량을 최적화하고 이상적인 위성 구성을 유지하는 AI 도구를 개발하고 있습니다. 배터리 사용량이 낮고 단순화 된 신호 트래픽 또한.
그러나 모든 똑똑한 사람들에게 AI는 여전히 가장 어려운 궤도 위험을 사라질 수 없습니다. 그렇기 때문에 일부 회사는 피하는 것이 아니라 처분하는 것의 하나로 Kessler 문제에 접근하는 이유입니다.
에이 스타트 업 수 가장 위험한 궤도 대상을 추출하는 방법을 적극적으로 추구하고 있습니다.소멸 된 로켓 단계죽은 위성, 우주 충돌 조각 구름그리고 우주 레이스 유물.
“오늘날 잔해물을 제거하는 데 사용할 수있는 기술은 실제로 더 큰 잔해물을 향한 것입니다. 앤드류 스케일도쿄에 본사를 둔 회사의 상업 이사 천체. “우리는 큰 파편 조각을 효과적으로 안전하고 안전하게하고 안전하게 제거 할 수있는 능력을 성숙하고 있습니다.”
Astroscale과 Clearspace는 우주선을 시작하는 것을 목표로합니다 앞으로 몇 년 동안 그것은 각각 노화 위성을 목표로 할 것이다 (a Eutelsat Oneweb 위성 그리고 ESA의 proba-1, 프로토 타입 제거 임무의 경우 각각).
유럽 레이더 이미징 위성 Sentinel-1A는 태양 전지판 중 하나에 영향을 미치는 밀리미터 크기의 입자를 잡아 40 센티미터의 넓은 손상을 남겼습니다. ESA
ClearSpace의 Piguet은“통제 된 입장을해야합니다. “이것은이 위성을 밀어야한다는 것을 의미합니다 포인트 니모 남태평양, 항공사, 지상 교통량, 거주지가없는 남태평양.”
이상적으로는 스마트 별자리 관리, 활성 충돌 회피 및 활성 청소 사이에서 낮은 지구 궤도는 오늘날 주요 메트로 지역 주변의 공역과 같은 규제 및 중재 공간에 더 가깝게 될 것입니다.
Faiola는“이것은 공기 교통 통제와 거의 동일합니다. “기술이 좋아지면 항공기가 더 밀접하게 쌓이는 것을보기 시작합니다. 같은 양의 부동산이 있지만, 모든 것이 어디에 있는지에 대한 가시성과 상황 인식이 더 좋을 때 더 많은 물체를 더 안전하게 넣을 수 있습니다. 우주에서 동일합니다.”
Kessler 문제에 대한 해결책은 무엇입니까?
우주 기술 및 우주 기술만으로도 언젠가 Kessler 증후군을 해결할 수 있습니다.
그러나 기술 혁신에 대한 보완으로서 국제 우주 협약 및 법률도 재고되고 있습니다. 기존 우주법 표준의 대부분은 수십 년 전에 저 지구 궤도에서 완전히 다른 시대에 합의 되었기 때문입니다.
예를 들어, 1967 년 우주 조약 그리고 1972 우주 책임 협약, 우주에서 추적 할 수없는 금속 조각조차도 그것을 발사 한 국가가 효과적으로 소유하고 있습니다. 이것은 아마도 그 국가가 궤도에서 조각을 제거 할 수있는 다른 사람이 허가를 받아야 할 수도 있음을 의미합니다.
Faiola는“국경은 없다”고 말했다. “그러나 카탈로그 된 모든 물체는 또한 누군가, 주가 소유하고 있으며, 당신은 그들의 허가없이 다른 사람의 물건을 만질 수 없습니다.”
8 월, 일본 발표 궤도에서 공간 쓰레기를 제거하기위한 자체 법적 프레임 워크를 개발하고 있습니다. 그리고 11 월 비엔나에서 유엔 우주 업무국은 우주 법률 회의를 주최합니다 이러한 문제를 해결합니다.
국제 협약은 다른 방식으로 재고가 필요합니다. 일부 우주 전문가 스펙트럼 궤도가 더 막히지 않도록 추가 규정에 대한 논쟁과의 대화.
Smithsonian의 McDowell은“누가 어떤 궤도를 얻는 지, 궤도에 몇 개의 위성을 가질 수 있는지에 대한 국제적으로 조정 된 계약이 필요합니다.
Courtney는 전 세계 우주 명령 네트워크와 같은 것을 구상합니다. “우리는 성장을 계속할 수있는 솔루션을 설계해야합니다.”라고 그녀는 말합니다. “우리가 필요로하는 것은 오늘날 항공 트래픽과 마찬가지로 글로벌 우주 교통 제어 솔루션입니다.”
오스틴에있는 텍사스 대학교 (University of Texas)의 자 (Jah)는 궁극적으로“실행 가능한 커먼즈”라고 말한 것처럼 궤도 공간을 원래 상태에 더 가깝게 가져 오겠다고 주장한다. 회사 나 국가 우주 기관이든 새로운 플레이어가 주어진 궤도에 무언가를 넣고 자 할 때, 새로운 궤도 자산은 마스터 스프레드 시트에 추가되어야한다고 말합니다.
“다른 나라가 그 궤도에 들어가기를 원한다면, 그 궤도의 운반 능력을 공유 할 수있는 공평한 방법이 있어야한다”고 그는 말했다.
로켓, 위성 및 발사 시스템은 오늘날에도 여전히 궤도 공간을 무한한 폐차장처럼 취급하는 우주 경주 – 레거시 디자인을 따릅니다. Jah는“현재 우리가 궤도에 발사하는 모든 단일 객체는 단일 사용 플라스틱과 같습니다. “우리는 재사용 가능하고 재활용 가능한 위성에 투자해야합니다.”
Courtney는 가정 행성의 Kessler 문제를 해결할 수 있다고해도 다른 행성과 달에서도 같은 일이 일어날 수 있다고 말합니다. “우리는 낮은 지구 궤도에 대해 매우 걱정하지만 [there’s also] 달과 화성에 물건을 착륙시키기위한 모든 상업적 활동과 모든 대력 경쟁.”라고 그녀는 말합니다.
“우리는 우주 교통 조정 솔루션이 없습니다 시스 슬루나 공간그녀는“지금은 지금 막 시작한 경주입니다.”라고 그녀는 말합니다.“우리는 태양계로 바깥쪽으로 확장하고 있으며, 우리와 함께 이러한 문제를 해결하고 있습니다.”