Escritório do Programa de Detritos Orbitais da NASA - NASA Orbital Debris Program Office
O escritório do programa de detritos orbitais da NASA está localizado no Johnson Space Center e é o principal centro da NASA para pesquisas de detritos orbitais . É reconhecida mundialmente por sua liderança no tratamento de questões de detritos orbitais. O Escritório do Programa de Detritos Orbitais da NASA assumiu a liderança internacional na realização de medições do meio ambiente e no desenvolvimento de consenso técnico para a adoção de medidas de mitigação para proteger os usuários do ambiente orbital. O trabalho no centro continua com o desenvolvimento de uma melhor compreensão do ambiente de detritos orbitais e medidas que podem ser tomadas para controlar seu crescimento.
A pesquisa de detritos orbitais na NASA é dividida em vários esforços amplos de pesquisa, envolvendo modelagem, medições, proteção, mitigação e reentrada de detritos orbitais.
Modelagem
Os cientistas da NASA continuam a desenvolver e atualizar modelos de detritos orbitais para descrever e caracterizar o ambiente atual e futuro de detritos. Modelos de engenharia, como ORDEM2000 , podem ser usados para avaliações de risco de impacto de detritos para espaçonaves e satélites, incluindo a Estação Espacial Internacional e o Ônibus Espacial . Modelos evolutivos, como EVOLVE e LEGEND , são projetados para prever o futuro ambiente de destroços. Eles são ferramentas confiáveis para estudar como o futuro ambiente de detritos reage a várias práticas de mitigação.
ORDEM2000 foi substituído em 2010 por ORDEM2010 . Esta versão representa uma melhoria significativa no programa de modelagem de avaliação de detritos com base empírica da NASA ODPO. Esta versão da série de longa duração inclui dez anos de dados adicionais, novos modelos de ambiente de alta fidelidade validados, novos processos estatísticos para dados e análise de modelo, a extensão da modelagem por meio de GEO, a inclusão de densidade de material de detritos e um novo pacote de análise de iglu abrangendo naves espaciais, com uma GUI companheira avançada.
Medidas
As medições de detritos orbitais próximos à Terra são realizadas através da realização de observações baseadas no solo e no espaço do ambiente de detritos orbitais. Os dados são adquiridos usando radares terrestres e telescópios ópticos [1] , telescópios espaciais e análise de superfícies de espaçonaves retornadas do espaço. Algumas fontes de dados importantes são a Rede de Vigilância Espacial dos EUA , o Radar Haystack X-Band e as superfícies retornadas do Solar Max, a Instalação de Exposição de Longa Duração (LDEF) e a espaçonave do Ônibus Espacial. Os dados fornecem validação dos modelos de ambiente e identificam a presença de novas fontes.
Proteção
A proteção de detritos orbitais envolve a realização de medições de impacto de hipervelocidade para avaliar o risco apresentado por detritos orbitais à espaçonave em operação e o desenvolvimento de novos materiais e novos projetos para fornecer melhor proteção do meio ambiente com menos penalidade de peso. Os dados deste trabalho fornecem a ligação entre o ambiente definido pelos modelos e o risco apresentado por aquele ambiente para a nave espacial em operação e fornece recomendações sobre procedimentos de projeto e operações para reduzir o risco conforme necessário. Esses dados também ajudam na análise e interpretação das características de impacto em superfícies de espaçonaves devolvidas. A principal instalação para esta pesquisa é o Hypervelocity Impact Technology Facility (HIT-F) na NASA JSC em Houston, embora haja outras instalações no JSC, Novo México e vários laboratórios do DoD.
Mitigação
Controlar o crescimento da população de detritos orbitais é uma alta prioridade para a NASA, os Estados Unidos e as principais nações espaciais do mundo para preservar o espaço próximo à Terra para as gerações futuras. As medidas de mitigação podem assumir a forma de reduzir ou prevenir a criação de novos destroços, projetar satélites para resistir aos impactos de pequenos destroços e implementar procedimentos operacionais que vão desde a utilização de regimes orbitais com menos detritos, adoção de atitudes específicas de espaçonaves e até mesmo manobras para evitar colisões com destroços.
Em 1995, a NASA foi a primeira agência espacial do mundo a emitir um conjunto abrangente de diretrizes de mitigação de detritos orbitais. Dois anos depois, o governo dos Estados Unidos desenvolveu um conjunto de Práticas Padrão de Mitigação de Detritos Orbitais , com base nas diretrizes da NASA. Outros países e organizações, incluindo Japão , França , Rússia e a Agência Espacial Europeia (ESA), seguiram o exemplo com suas próprias diretrizes de mitigação de detritos orbitais. Em 2002, após um esforço de vários anos, o Comitê de Coordenação de Detritos Espaciais (IADC), que compreende as agências espaciais de 10 países e também a ESA, adotou um conjunto consensual de diretrizes destinadas a mitigar o crescimento da população de detritos orbitais. Essas diretrizes foram apresentadas formalmente ao Subcomitê Científico e Técnico do Comitê das Nações Unidas para o Uso Pacífico do Espaço Exterior em fevereiro de 2003.
Reentrada
Por causa do número crescente de objetos no espaço, a NASA adotou diretrizes e procedimentos de avaliação para reduzir o número de espaçonaves não operacionais e estágios superiores de foguetes gastos orbitando a Terra. Um método de eliminação pós-missão é permitir a reentrada dessas espaçonaves, seja por decadência orbital (entrada não controlada) ou com uma entrada controlada. A decadência orbital pode ser alcançada disparando motores para diminuir a altitude do perigeu, de modo que o arrasto atmosférico eventualmente fará com que a espaçonave entre. No entanto, a pegada de impacto de detritos sobreviventes não pode ser garantida para evitar massas de terra habitadas. A entrada controlada normalmente ocorre usando uma quantidade maior de propelente com um sistema de propulsão maior para conduzir a espaçonave a entrar na atmosfera em um ângulo de trajetória de vôo mais íngreme. Em seguida, ele entrará em uma latitude, longitude e pegada mais precisas em uma região de impacto quase desabitada, geralmente localizada no oceano.
As naves espaciais que reentram por decadência orbital ou entrada controlada geralmente se separam em altitudes entre 84-72 km devido a forças aerodinâmicas que fazem com que as cargas estruturais permitidas sejam excedidas. A altitude nominal de ruptura para espaçonaves é considerada 78 km. Satélites maiores, mais resistentes e mais densos geralmente se separam em altitudes mais baixas. As matrizes solares freqüentemente quebram o corpo original da espaçonave em torno de 90-95 km por causa das forças aerodinâmicas que fazem com que o momento de flexão permitido seja excedido no ponto de fixação da matriz / espaçonave.
Após o rompimento da espaçonave (ou corpo original), componentes individuais ou fragmentos continuarão a perder altitude e receber aquecimento aeroaquecido até que morram ou sobrevivam ao impacto na Terra. Muitos componentes da espaçonave são feitos de alumínio, que tem um baixo ponto de fusão. Como resultado, esses componentes geralmente morrem em altitudes mais elevadas. Por outro lado, se um objeto for feito de um material com um alto ponto de fusão (por exemplo, titânio, aço inoxidável, berílio, carbono-carbono), o objeto morrerá em uma altitude mais baixa e, em muitos casos, sobreviverá. Além disso, se um objeto estiver contido dentro de um invólucro, o invólucro deve se extinguir antes que o objeto interno receba um aeroaquecimento significativo. Alguns objetos podem ter uma temperatura de ponto de fusão muito alta, de modo que nunca podem desaparecer, mas são tão leves (por exemplo, calços de tungstênio) que impactam com uma velocidade muito baixa. Como resultado, a energia cinética no impacto às vezes fica abaixo de 15 J, um limite abaixo do qual a probabilidade de morte humana é muito baixa. Assim, as áreas de vítimas de destroços calculadas para esses objetos não figuram na área total de vítimas de destroços em uma análise de sobrevivência de reentrada.
A capacidade de sobrevivência de reentrada dos componentes da espaçonave é calculada por um dos dois métodos da NASA. Um é o Debris Assessment Software (DAS), uma ferramenta de software conservadora e de baixa fidelidade encontrada na seção "Mitigação" e a segunda é uma ferramenta de software mais precisa e de alta fidelidade chamada Object Reentry Survival Analysis Tool (ORSAT).