¿Cómo recolectar y reciclar efectivamente la basura espacial?

La pregunta

¿Cuál sería una solución eficiente y de costo relativamente bajo para recolectar y reciclar basura espacial?

El criterio de eficacia más importante es la capacidad de eliminar incluso pequeños trozos de basura de la órbita y luego darles un buen uso. Pequeño está en la escala de milímetros.

Debe evitarse la salida de órbita ya que es 1) potencialmente peligrosa para las instalaciones de superficie, especialmente sin la protección de una atmósfera, 2) un desperdicio (daño innecesario por impacto y quema en la atmósfera una vez que la terraformación avanza a etapas avanzadas).

Contexto

Un pequeño grupo de colonos llega a la luna de un gigante gaseoso con el plan de terraformarla y construir una nueva vida para las generaciones venideras. Aspiran a construir una civilización sostenible y respetuosa con el medio ambiente que en el futuro se extenderá por todo el sistema estelar y tal vez incluso extienda su alcance a las estrellas cercanas.

Comienzan una operación minera a gran escala en el cinturón de asteroides cercano y otras lunas gigantes gaseosas. Otros proyectos en curso son el desarrollo y la construcción de escudos magnéticos artificiales y una red de satélites para monitorear la luna y coordinar operaciones. La nave colonial nunca estuvo destinada a aterrizar, por lo que permanece en la órbita. Se utilizan embarcaciones más pequeñas para transportar personas y materiales a una pequeña instalación abovedada (y parcialmente subterránea) en la superficie. El tráfico espacial no es abrumador, todavía. Los accidentes son muy raros pero aún ocurren.

La luna originalmente no tiene escombros u otra basura cerca. Los colonos tienen la intención de mantener las cosas limpias y ordenadas para siempre. Por ello, quieren poner en marcha un sistema de recogida y reciclaje de la basura espacial. Creen que efectivamente reduciría los riesgos de accidentes en el futuro cuando se proyecta que el tráfico aumente sustancialmente. Tampoco quieren repetir los errores de su propia Tierra y tomar una ruta de 'mal manejo irresponsable de los recursos' que casi acaba con el planeta.

Sacar de órbita y quemar en la atmósfera piezas más grandes de escombros no es una opción válida ya que todavía no hay atmósfera. Además, los colonos quieren reutilizar los materiales y la tecnología. El ingeniero jefe es un fanático del orden, por lo que insiste en recolectar y procesar hasta los escombros más pequeños. Su equipo no está seguro de que sea posible lograr sus estándares de espacio limpio y reluciente, pero prometen hacer todo lo posible.

Nivel tecnológico

Los colonos tienen acceso a las siguientes tecnologías:

  • minería de asteroides totalmente automatizada y robotizada;
  • viajes espaciales a 1/10 de la velocidad de la luz;
  • tecnologías de terraformación (sin embargo, solo un proyecto se ha completado con éxito en el momento de su partida);
  • Ingeniería genética;
  • animación suspendida.

Las tecnologías imaginadas por los científicos de hoy, pero que no pueden construirse debido a dificultades técnicas (materiales, dinero, voluntad política) están bien. Sin embargo, algo así como una aspiradora espacial mágica no es posible a menos que pueda ser explicado por la ciencia existente.

Propuestas de la vida real

Hay algunas propuestas reales para mi problema. Sin embargo, no estoy satisfecho con ellos porque principalmente sugieren limpiar la órbita quemando los escombros.

Proyecto Pac-Man

Un sistema de aproximación y captura: la llamada solución Pac-Man.  Crédito\: 2015 EPFL\/Jamani Caillet

Un sistema de aproximación y captura: una solución llamada "Pac-Man". Crédito: 2015 EPFL/Jamani Caillet.
Publicado originalmente en Space.com

Este sistema utiliza un cono de red para capturar desechos tan pequeños como 10x10 cm (4x4 in). Se puede lanzar desde la órbita y se basa en escáneres ópticos para encontrar y capturar basura.

La desventaja es que está destinado a desorbitar basura y quemarse con ella en la atmósfera. Es muy derrochador. Además, no estoy seguro de si todos los escombros se pueden ver fácilmente. Además, el diseño de la red no permite la captura de piezas más pequeñas.

Reciclaje de satélites DARPA

Este programa fue desarrollado por el Departamento de Defensa de los EE. UU. para recuperar partes de los satélites (como platos) y reutilizarlos. Nuevamente, esto no ayuda con las piezas pequeñas y la chatarra 'inútil' que no se puede usar como piezas para equipos nuevos. Sigue siendo una idea mucho mejor que quemar cosas.

Otros enfoques incluyen remolcar basura a otros planetas (como Marte) a algún tipo de instalación de reciclaje, usar redes y arpones para capturar los desechos, o simplemente vaporizarlos con láser.


Esta pregunta no es un duplicado de preguntas anteriores relacionadas con el síndrome de Kessler o los desechos espaciales . Mi atención se centra en el reciclaje en lugar de limpiar la órbita. También es importante para mí evitar salir de órbita.

Si este es un sistema previamente deshabitado, ¿de dónde viene la basura espacial? Podrían limpiar inmediatamente después de perder naves o satélites y luego la cuestión de la basura espacial se resolvería de forma individual. Si no dejan la basura espacial en órbita por mucho tiempo, tampoco debería degradarse a pedazos muy pequeños. ¿O este sistema estuvo habitado anteriormente por una especie alienígena cuya tecnología está empeñado en recuperar?
@RealSubtle, no hay escombros preexistentes. Y el objetivo es mantener las cosas ordenadas y limpias como el día en que llegaron.

Respuestas (13)

A menos que todo en órbita sea magnético, las únicas formas de ser eficientes son:

  • Usa el método pac-man. Es la única forma de recolectar desechos no magnéticos de la órbita porque no hay atmósfera para empujar las cosas con un soplador. Sin embargo, en lugar de usar la solución de boca única que se muestra en la imagen, creo que un arrastrero de red de tres motores proporcionaría una mejor cobertura. Es un problema 3D, después de todo, y lo que quiere es la red de bocinazos más grande que pueda encontrar.

  • Use drones totalmente automatizados en una ruta de vuelo controlada de modo que todos (especialmente los pilotos incluidos) sepan dónde están. A medida que esas redes se llenan, los equipos de arrastre se convierten en catapultas llenas de balas. Cuando las redes están "llenas" (medido por el arrastre de los zánganos), los zánganos se juntan al frente para encerrar el desorden y formar un tirón.

  • Colección de estaciones espaciales. Ni siquiera intentes llevar estas cosas al suelo sin procesarlas primero. Sus drones querrán aprovechar su impulso orbital para alcanzar el objetivo, lo que usaría eficientemente ganchos y cabrestantes para enganchar y arrastrar el material. Vacíe la red y envíe los drones de regreso a su ruta preestablecida.

Y recuerda que esto lleva tiempo. Limpiar una órbita alta desordenada podría llevar meses o años. Recuerde, es un problema 3D. Redes. Grandes redes de bocinazos.

Planeaba hacer la mayor parte de la construcción y el reciclaje en órbita. Pero esta es precisamente la razón por la que quiero asegurarme de que no haya contaminación industrial del espacio. Me pregunto si los drones podrían interferir con la caída del material de terraformación. ¿O deberían suspenderse temporalmente?
La belleza del software es que los drones se pueden programar para hacer casi cualquier cosa. En un momento específico pueden borrar un canal. Con un comando de transmisión específico, pueden hacer lo mismo. Etc. Cualquier cosa que hagas en el espacio requiere planificación porque la gravedad y la masa no se llevan bien entre sí (o se llevan demasiado bien, depende de tu punto de vista), por lo que hay mucho tiempo para que los drones se quiten del camino.
Estoy de acuerdo en que el software es hermoso, pero no el software que escribimos. Definitivamente no es el hardware que construimos, incluso si ese hardware no estuviera sujeto a radiación ionizante, como lo serán estos drones. ¿Cómo los parches, cuando se encuentran los errores inevitables? Si enladrillas uno, entonces es precisamente la basura para la que fue hecho. Esto no es ingeniería trivial, incluso los calentadores de espacio no se fabrican sin unidades defectuosas, diablos, quemaron a mucha gente antes de que se solucionaran todos los problemas...
@chiggsy, lo siento, pero ¿cuál es tu punto? Incluso el objeto construido con la mayor precisión y perfección tiene una vida útil que se puede planificar. Cuando no lo es (o se ignora), hay una razón primordial (como no poder recuperar las sondas Voyager o recuperar el contenedor de envío del mar no vale la pena). Tenga en cuenta que soy un EE y he diseñado chips para satélites. Estoy familiarizado con las necesidades de evitar comportamientos innecesarios e impredecibles. Y sé lo poco trivial que es.

Encontrará varios problemas significativos cuando intente imaginar un recolector de basura como "Pac-man": los pedazos de basura se mueven con velocidades relativas tan altas que pueden convertir a "Pac-man" en más basura al contacto, y si desea igualar la diferencia de velocidades, necesita cantidades ridículas de combustible.

El uso de láseres para controlar las órbitas de basura puede ser una opción viable. No necesita acercamientos cercanos, todo lo que necesita es un láser basado en tierra (hay acuerdos que prohíben lanzar armas al espacio, téngalo en cuenta), que puede golpear una pieza de basura de 10 cm desde ~ 500 km (las órbitas inferiores se limpian rápidamente con residuos la resistencia del aire). Luego, desacelera y saca de órbita la basura (las piezas pequeñas no pueden dañar nada, se evaporarán al volver a entrar) o la guía a una órbita diferente para encontrarse con un satélite de procesamiento de basura.

¡Bienvenido a la construcción de mundos! ¿Sería suficiente un láser que golpea un trozo de basura de 10 cm desde ~ 500 km de distancia para causar un movimiento tan grande de la basura?
Hmm... estamos hablando de una futura colonia en 'una galaxia lejana'... así que no hay acuerdos que prohíban nada. Tampoco hay ambiente. Además, las condiciones establecen específicamente que me gustaría evitar quemar nada. Reciclar es el objetivo. No obstante, creo que la tuya es una idea interesante. ¿Te importaría desarrollarlo un poco?
@ Mithrandir24601, la cantidad de movimiento dependerá de la potencia del láser a la distancia de la órbita. Si puede regularlo, puede evaporar parcialmente el objeto, probablemente recibiendo un gran delta-V en un corto período de tiempo, o usar un enfoque de vela ligera para mover lentamente, en el transcurso de semanas, esta basura. Pensándolo bien, dado que no puede controlar con precisión el empuje (la basura puede tener cualquier forma, color/acabado de la superficie, rotación, etc.), es posible que tenga más suerte al usar microsatélites de vela ligera activa, que seguirán dependiendo del láser terrestre para moverse , pero controlará la dirección del empuje utilizando los sistemas de navegación a bordo.
@Olga, la principal preocupación es el tiempo humano. Incluso si esta comunidad tiene acceso a vuelos interestelares, no significa que tengan propulsión efectiva, redes magnéticas y que puedan limpiar en cuestión de días. Por lo tanto, probablemente prefieran sistemas automáticos simples y confiables (los láseres pueden funcionar durante largos períodos de tiempo, las velas ligeras no pueden dañarse fácilmente hasta el punto de dejar de funcionar). Si programan algunas de sus computadoras para manejar basura, no tienen que preocuparse por eso ellos mismos y pueden concentrarse en otras cosas (son una comunidad pequeña con cosas más importantes en la lista).
Cuando tenga la oportunidad, publicaré un enlace a una pregunta en la que profundizaré en la cuestión del control de órbitas con láser. El resultado final es que es totalmente factible aunque

Reúnelos
Si tu civilización tiene la tecnología para crear una unidad de propulsión 0.1c, entonces una unidad de propulsión 0.01c debería ser fácilmente alcanzable. Con un cohete tan poderoso, una pequeña flota de naves robóticas podría hacer coincidir las órbitas con todas las piezas de chatarra más grandes y simplemente cargarlas a bordo.

Absorberlos
Las piezas más finas requerirían un enfoque diferente si desea que la tarea se realice en un marco de tiempo razonable. Una opción sería una esfera de doble piel muy grande que estuviera muy ligeramente presurizada. El espacio entre las pieles se está llenando con algún tipo de sustancia pegajosa autosellante. En el interior hay algo que puede generar un gran campo electromagnético y estratégicamente colocados alrededor de la superficie hay algún tipo de proyectores de haz de electrones.

Este objeto se colocaría en órbita y apuntaría los proyectores de haz a cualquier objeto en órbitas cercanas, estos luego se cargarían electrostáticamente y serían atraídos por la esfera y se pegarían a ella, se incrustarían en ella o se vaporizarían y capturarían dentro de ella.

Se necesitaría una esfera ya que los objetos podrían acercarse desde casi cualquier dirección, excepto directamente desde abajo y en una amplia gama de velocidades según el tipo de órbita.

Olvídalos
Tal vez un mejor plan (no estrictamente permitido pero...) sería hacer arreglos para que el Jefe de Ingenieros se encuentre con alguien a quien admire mucho y que le pueda decir: “Tenemos mucho desorden en la superficie y necesitamos arreglarlo. Realmente nos vendría bien toda esta gente que tienes trabajando en tu proyecto como Olga, AC, JBH y Slarty. Tal vez la limpieza orbital pueda retrasarse hasta que hayamos despejado un poco la superficie. Déjame invitarte a una cerveza y podemos discutirlo”.

El Ingeniero Jefe envía sus más cordiales saludos y un firme 'no' (incluso después de un par [o más] de cervezas) a la idea de dejar chatarra en órbita. Su TOC no le deja dormir. ¡Y no lo queremos gruñón por falta de sueño! Pero también estaba muy interesado en tu idea de absorción de basura. ¿Hay algún artículo o video que pueda brindar más información sobre esos proyectores de haz?
ooh, está bien, supongo que él es el jefe... Voy a echar un vistazo a ver qué puedo encontrar
No he hecho ningún cálculo sobre qué tan grande debería ser la nave esférica o qué tan grandes deberían ser las fuerzas electrostáticas, pero imagino que tendrían que ser considerables. Incluso entonces, la esfera orbital tendría que moverse en muchas órbitas diferentes en muchas orientaciones diferentes y en muchas altitudes diferentes para que sea efectiva, por lo que llevaría mucho tiempo, pero estas ideas ayudarían. wired.com/2013/10/electrostatic-space-junk aquí hay algunas ideas más, no todas buenas, pero... treehugger.com/clean-technology/…

Una pequeña flota de "receptores de doble red" podría ser la solución.

Necesitas un satélite alargado con dos receptores de Pac-Man en los extremos. Las fuerzas de Mareal orientarán el satélite en órbita "de pie" con un extremo apuntando al centro del planeta.

El extremo inferior se movería un poco más lento que los desechos en órbita, mientras que el extremo superior se movería un poco más rápido.

Este arreglo en realidad barrería las órbitas mientras mantendría la velocidad diferencial en un valor manejable; esto suponiendo que los escombros sigan un patrón regular, muy parecido a los anillos.

Los desechos recolectados por las velas de barrido se acumularían en los extremos donde los contenedores apropiados pueden contenerlos hasta la próxima inspección.

Esta idea está modelada a lo largo de los "árboles integrales" de Niven.

Hay disponible una respuesta que satisfará los requisitos de los ingenieros de OCD, pero COSTOSA.

Y requerirá un trabajo de mapeo significativo de los puntos de Lagrange del gigante gaseoso y todas sus lunas. (No indicó cuántas lunas tiene el gigante gaseoso. Me sorprendería si tiene menos de cuatro).

La opinión de las mil millas es que, con el tiempo, la pérdida de delta-v dará como resultado que la mayor parte del material quede atrapado en los puntos de Lagrange de todos modos, pero esta no es una respuesta lo suficientemente buena. Por lo tanto, el proceso debe acelerarse. Esto significa que se debe construir una red de telescopios ópticos y de radio que escanee a una resolución lo suficientemente fina para establecer datos de trayectoria para la basura espacial. Y debe haber una infraestructura de procesamiento de datos bastante fuerte para hacer los cálculos en datos de imágenes y radar.

Una vez que tenga una base de datos que catalogue la trayectoria orbital y la descomposición proyectada de toda la basura espacial, puede usar una combinación de dos tipos de vehículos espaciales para implementar una solución. El vehículo Pac-man ya se ha descrito en otras respuestas.

Otro vehículo que puede hacer coincidir las órbitas con una partícula y disparar una ráfaga de láser o plasma dará como resultado un efecto EDM (mecanizado por descarga eléctrica). Esto tiene el efecto neto de acercarse sigilosamente a una partícula y vaporizarla parcialmente. La repentina conversión de sólido a gas o plasma acelera la partícula a una nueva órbita. Los valores delta-v más grandes podrían incluso usarse para estrellar intencionalmente la partícula en un destino donde se producirá una futura construcción en la luna sin aire. Aplazar el problema de la recogida de chatarra hasta que la construcción se lleve a cabo y los residuos se conviertan en un recurso.

Quiero trabajar para este ingeniero si tiene experiencia en gestión de proyectos para organizar este tipo de recursos.

La forma más efectiva y eficiente de lidiar con la basura espacial es la misma para cualquier ciclo de desechos: mantener todo limpio y ordenado de principio a fin. Limpiar después del hecho siempre es mucho, mucho más difícil. Así que evita hacerlo.

Cualquier civilización técnica capaz de vuelos espaciales de 0,1 c y minería robótica debería ser capaz de producir y operar enjambres de mini-naves espaciales robóticas. Estos se congregarían alrededor de cualquier sitio orbital de fabricación o actividad industrial, incluidas las operaciones espaciales normales. Los sensores de estos vehículos colectores serán extremadamente avanzados para nuestros estándares, ya que son el producto de una civilización interestelar.

Por lo tanto, incluso la pieza más pequeña de material que se extravía será detectada, perseguida y recolectada. De hecho, cualquier civilización tecnológica interestelar razonablemente organizada debería ser bastante capaz de fabricar naves colectoras para cumplir con sus requisitos de recolección de chatarra a pedido.

Una llave inglesa whizomatic se aleja flotando de donde los robots de mantenimiento estaban haciendo reparaciones y un dron recolector funcional y de tamaño adecuado emerge de los fabricantes que parten en una persecución. Las llaves Whizomatic son demasiado grandes para que los drones colectores habituales las recuperen. Las manchas de pintura y material del casco desalojados por esos mismos robots de mantenimiento (realmente necesitan volver al taller para un servicio atrasado) y los habituales micro-drones se concentran en ellos para su recolección.

Los drones recolectores colocarán todos los artículos y materiales recuperados en contenedores móviles para entregarlos a las unidades de reciclaje.

No equivocarse en primer lugar es siempre la mejor política. Si ocurre un desastre y se produce basura espacial, asegúrese de que haya enjambres de drones colectores a mano para limpiar. Además, asegúrese de que haya capacidad adicional para fabricar drones colectores adicionales para manejar cualquier basura de tamaños no estándar (tanto grandes como pequeños). Siga estas reglas sensatas y el ingeniero jefe dormirá tranquilo. Tal vez, un libro a la hora de dormir y un vaso de leche caliente tampoco le vendrían mal para ayudarlo a descansar.

Eso es mucho ∆v que estos pequeños robots deben tener. Y una gran cantidad de poder de cómputo, estarán disparando escombros a velocidades orbitales, "Estos se congregarían alrededor de cualquier sitio orbital de fabricación o actividad industrial, incluidas las operaciones espaciales normales". ¿Sería más probable que estas operaciones generaran escombros que una miríada de pequeños robots, agrupados cerca de los centros de fabricación? ¿Sobre qué corren? ¿Cómo repostan? Parece que gastarían mucho combustible, ¿verdad?
@chiggsy Gracias por el comentario. Se trata de velocidades relativas. Los drones y los escombros estarán inicialmente en reposo con sus fábricas orbitales. Un dron que persiga una llave inglesa deshonesta solo necesitará viajar a unos centímetros por segundo más rápido para finalmente atraparlo. En cuanto a otras cuestiones técnicas, esta es una civilización con capacidad interestelar. Las otras respuestas están llenas de ingeniosas soluciones alternativas.

Imán de vaca espacial.

imán de vaca, nuevo y usado

Esto no atraería vacas espaciales (probablemente), pero sería una versión en órbita de un imán de vaca. Estos son imanes lisos que los ganaderos alimentan a las vacas. Atraen el metal que la vaca come accidentalmente y lo mantienen en el rumen, por lo que no puede bajar a las tripas y causar daño.

Imagino electroimanes en órbita. Habría muchos, cada uno responsable de su propia franja de órbita. Serían baratos: un panel solar, una batería, una gran bobina y un detector.

A medida que cada uno orbita, mantiene un pequeño campo. Si detecta una perturbación de este campo (debido a un objeto metálico cercano), puede aumentar el campo. Con suerte, esto atraerá el objeto hacia el imán en órbita o, si no, lo ralentizará para que pueda ser recogido por un satélite diferente más tarde. Por supuesto, los objetos ferrosos serían atraídos, pero debido al movimiento del objeto a través del campo, inducirían una corriente y un campo magnético consecuente en cualquier cosa conductora, y así también podrían atrapar o al menos ralentizar el aluminio, el níquel y otros metales.

El imán de vaca es un imán permanente, pero el electroimán necesitará alguna forma estructural para colgarse de las cosas no ferrosas que atrae; ya no serán atraídos una vez todavía. cerdas?

Los objetos metálicos que tienen la forma incorrecta para producir un campo adecuado u objetos que tienen solo pequeñas cantidades de metal (el resto es caucho, supongo) aún se detectarían y el satélite magnético de la vaca espacial podría transmitir una estimación de la dirección y velocidad de este objeto. . Una operación separada (¿recogedor de basura geoestacionario?) podría alterar su órbita para interceptarlos.


ANEXO de los comentarios a continuación:

Esto suena como una buena idea para capturar pernos y engranajes faltantes. Pero, ¿qué pasa con el plástico, los grandes trozos de hielo y otras cosas no metálicas? – Olga ayer

No me gustó que no supiera del hielo. Entonces me topé con esto:

hielo repelido por un imánde https://www.youtube.com/watch?v=I2pmV_jjC7c

El agua es diamagnética y es repelida débilmente por un imán. ¡No sabía esto en absoluto! Muy genial. Sin embargo, no es tan bueno para las perspectivas de que el imán de la vaca espacial arrastre trozos de hielo.

Esto suena como una buena idea para capturar pernos y engranajes faltantes. Pero, ¿qué pasa con el plástico, los grandes trozos de hielo y otras cosas no metálicas?
Gran pedazo de hielo es una pregunta interesante. ¿El hielo sucio es adecuadamente conductivo para producir una corriente inducida cuando se mueve a través de un campo magnético? No se recogerán huesos, plástico, caucho y similares. Las cosas carbonáceas generalmente no durarán demasiado en la radiación ultravioleta de la órbita, al menos en la Tierra.
El dispositivo me sorprende, pero la pregunta de Olga dice: The most important criterion of effectiveness is the ability to remove even small pieces of junk from the orbit and then put them to good use. Small is on the scale of millimetres.Creo que esto no funcionaría para eso.
@JBH: Desempaqueta esa idea. ¿Una pieza de tamaño milimétrico no podría ser atraída por un imán? ¿O una pieza milimétrica no perturbaría un campo magnético por el que pasara? Recuerde que estos imanes de vacas espaciales pueden golpear cada pieza que pasa cada vez que pasa. Puede llevar años conseguirlos todos.
@Will, solo estoy pensando que una pieza de plástico del tamaño de un milímetro no se atraería, no se perturbaría y no se podría "etiquetar" (por así decirlo) para que así sea. ... a menos que "rocíe" todo con algo pegajoso que se adhiera y lo haga magnético. En realidad, esa podría ser una forma práctica de resolver el problema, ya que los imanes que pasan podrían barrer el "spray" no utilizado.

Primero, antes de responder la pregunta, primero debemos considerar algunas cosas sobre la basura espacial.

Primero vamos a definirlo:

  • Los desechos espaciales serían cualquier objeto artificial en órbita planetaria que no tenga un propósito.

A continuación, pensemos en la fuente de esto:

  1. Satélites que han llegado al final de sus vidas.
  2. etapas de cohetes gastados
  3. escombros de las separaciones del escenario (pernos, pintura y otros pedazos pequeños)
  4. fragmentos de la ruptura de objetos grandes (como colisiones, accidentes)
  5. destrucción intencional de satélites, como misiles antisatélite o sabotaje.

Puede haber otras fuentes de basura espacial, ¡no dudes en dejar un comentario!

Ahora hago estas preguntas basándome en las condiciones que estableciste originalmente

  • La luna originalmente no tiene escombros u otra basura cerca.
  • Creen que efectivamente reduciría los riesgos de accidentes en el futuro cuando se prevé que el tráfico aumente sustancialmente.
  • Los accidentes son muy raros pero aún ocurren.
  • minería de asteroides totalmente automatizada y robotizada;
  • viajes espaciales a 1/10 de la velocidad de la luz;

Ahora:

Como esta parece ser una situación pacífica, podemos eliminar casi por completo el n. ° 5, incluso si no podemos, estos serían eventos bastante raros.

Es una suposición razonable si son capaces de viajar interestelar, que ya no están usando naves espaciales de múltiples etapas para orbitar. Esto eliminaría 2 fuentes muy grandes de basura espacial, #2 y #3.

Estas son consideraciones muy importantes porque la solución del problema depende del alcance del problema. Aquí podemos ver que el problema real (en este caso) es relativamente pequeño y si se maneja temprano debería ser trivial. Veamos las últimas 2 fuentes.

  1. Satélites que han llegado al final de sus vidas.

Este es un evento predecible, un satélite ha sido reemplazado con un sistema actualizado y ahora está obsoleto. O bien, es un evento causado por algún tipo de mal funcionamiento/accidente/sabotaje que hace que el satélite deje de funcionar. En cada caso, las "Autoridades" lo sabrían bastante rápido y podrían enviar una sonda robótica para ir a recogerlo.

  1. fragmentos de la ruptura de objetos grandes (como colisiones, accidentes)

Nuevamente, esto no sería un gran misterio cuando suceda. El desafío aquí es que cuanto más se tarde en limpiar el desorden, más se dispersará la nube de escombros. Por lo tanto, se podría agregar interés aquí resaltando el sentido de urgencia en la ventana de limpieza. Pero, aún así, sería una cuestión de relatividad simple recolectar las "piezas más grandes", incluso las partes más pequeñas si se atrapan lo suficientemente pronto serían bastante triviales de limpiar (para una civilización con este nivel de tecnología). El DeltaV (o el esfuerzo suponiendo que el combustible real no sea un problema) se reduce considerablemente antes de que los desechos tengan la oportunidad de esparcirse a lo largo de órbitas individuales. No estoy seguro de cuánto tiempo tomaría la dispersión, probablemente sea una función de la energía involucrada en la ruptura. Incluso en rupturas poderosas modernas, los bits continuarían en su mayoría en su órbita original. Incluso si una nave se rompiera en su camino hacia el planeta, la mayoría de los fragmentos seguirían su camino original y eventualmente golpearían la atmósfera. Es posible que pueda ignorar la mecánica orbital para cosas como transferencias a otras lunas o cuerpos planetarios, pero la mecánica orbital debe desempeñar un papel importante aquí, porque estos objetos están a la deriva sin energía.

Para fragmentos dispersos más pequeños (o incluso una nube de fragmentos pequeños), creo que es completamente razonable sacarlos de órbita y permitir que se quemen. No sería económico recolectar estos bits, y debido a que están dispersos, necesitarías cubrir una parte mucho más grande de las órbitas. Así que querrías algo muy barato y producible en masa. El impacto ambiental sería muy pequeño ya que se vaporizarían en la atmósfera superior.

La idea que tuve para sacar de órbita este tipo de escombros sería una nave espacial muy pequeña y bien blindada, unida a una hoja muy grande. Piense en algo como las ideas de velas solares. Ahora, la hoja tendría que estar hecha de un material que permita muchos pinchazos sin afectar su resistencia general. No queremos que se desprendan trozos grandes o incluso piezas diminutas. Básicamente podrías pincharlo pero no se rasgará. Tal vez algo con una sensación celular o de panal.

Ahora puede pensar cómo se usará una hoja grande (tal vez del tamaño de un campo de fútbol o más grande) que se puede perforar pero no rasgar para desorbitar pequeños desechos. Así es como lo lanzas retrógrado. La mayoría, si no todas, las órbitas estarán a lo largo del eje de rotación del planeta y no lejos del plano del ecuador. Incluso con tecnología superior, esto es más una cuestión de dinámica orbital (piense en la órbita geoestacionaria) que cualquier otra cosa. Entonces, cuando estos pequeños fragmentos perforan la membrana de la nave que se mueve en una órbita retrógrada, atravesarán la membrana a una velocidad increíble, pero al hacerlo perderán una gran cantidad de su propia velocidad. Posiblemente incluso lo suficiente como para hacer que salgan de órbita.

Existe cierto riesgo con la "pantalla" a falta de un nombre mejor, sufriría algún tipo de falla en sí misma. En el caso de que golpee algún pedazo extraño de chatarra grande (fácil de predecir con su tecnología), ambas partes probablemente saldrán de órbita. Debido a la naturaleza liviana (baja masa) de la pantalla, naturalmente se desorientaría con el tiempo a medida que choca con los pedazos de chatarra y pierde velocidad. También podría construirse específicamente teniendo en cuenta su eventual salida de órbita, de modo que también se quemaría en la atmósfera superior. Esto se haría colocándolo en una órbita más excéntrica que roza la atmósfera superior en el perigeo de la órbita (el punto más bajo), este arrastre con el tiempo decaería la órbita de forma natural.

Otra idea sería usar una órbita polar elíptica para barrer las órbitas normales de los escombros, pero en este caso una hoja plana probablemente no sea la mejor geometría para la pantalla. Una órbita polar sería buena porque cruzaría muchas otras órbitas con el tiempo, y cada intersección tendría una pequeña posibilidad de colisionar con un poco de basura. El efecto sería menor por la colisión, porque es perpendicular, no inversa, pero ciertamente se perdería algo de energía orbital. Una consideración es que esto podría empeorar las cosas al cambiar el plano de los derbis y extenderlos más. Pero dejaré que te preocupes por los detalles finos como ese.

El único desafío real en esto sería mantener la pantalla perpendicular a su órbita. Sin embargo, también se podría usar una forma 3D (como una esfera) en lugar de una superficie plana. Para mí, esto es en gran medida un detalle menor, dada la tecnología avanzada que tienen y la simplicidad del arte de la "pantalla".

De todos modos, esos son mis pensamientos.

  • Para pedazos grandes, límpielos rápidamente con robots. Unidades de reciclaje, etc.
  • Para nubes de pequeños bits, golpéalos con la pantalla moviéndose en una órbita retrógrada, lo que hará que su órbita decaiga.

Algo que también se me ocurre, es que si la principal preocupación es el tráfico. Debería dedicar algún tiempo a integrar cómo funcionan sus "vías de envío" y el control del tráfico. Esto puede inspirarse en muchos lugares, como aeropuertos, etc.

Podrías trabajar en algunas escenas en las que los "actores" están atascados esperando una ventana de lanzamiento, o tienen que esperar a que algún barco grande despeje el carril de envío/tráfico. Podrías hacer escenas que incorporen activamente la "torre/sala de control" del sistema de tráfico. Podría ser un elemento de la trama en el que alguien sabotea el sistema de tráfico, etc., etc.

Básicamente, la prevención debe ser una parte igual, si no mayor, de este esfuerzo, siendo principalmente los "accidentes" los que representan la mayoría, si no todos, los "problemas". Y luego el extraño mal funcionamiento o sabotaje aquí o allá para darle vida a las cosas.

Un último pensamiento es que las naves que viajan incluso a 0.1c deberían tener algún tipo de protección. Piense en "deflector", pero no en el sentido de Trek. Básicamente, un campo para empujar el polvo espacial fuera del camino, esto incluso podría ser un subproducto de un motor avanzado que deforma el espacio. Entonces, la idea aquí es limpiar las partes grandes e ignorar las partes pequeñas. Como estos, serían empujados fuera del camino de las naves por sus unidades de deformación espacial (o deflectores).

De todos modos, espero que eso te dé algunas ideas.

El criterio de eficacia más importante es la capacidad de eliminar incluso pequeños trozos de basura de la órbita y luego darles un buen uso. Pequeño está en la escala de milímetros.

Piezas de escombros de diferentes tamaños requerirán diferentes tipos de "receptor". Para piezas grandes, deberás hacer coincidir las órbitas y usar algún tipo de garfio o brazo robótico. Y necesitará algún medio para controlar su rotación/volteo. Para objetos metálicos puede utilizar frenos de Foucault . De lo contrario, puede intentar cargar eléctricamente la superficie y usar pulsos electrostáticos, o disparar adhesivo, una sustancia pegajosa metálica sobre los objetos y luego usar los frenos de Foucault.

Para el siguiente paso, necesitamos una condición importante: todos los escombros están orbitando en la misma dirección, ya sea en la misma dirección que la luna o en dirección opuesta . Si tiene ambos , esto no funcionará y corre un riesgo considerable para las operaciones.

Si todos los objetos están orbitando en la misma dirección, los objetos en la misma órbita siguen estando uno respecto del otro (de lo contrario, se lanzan uno contra el otro a una velocidad igual al cuadrado de 4GM/r, siendo M la masa del luna y r el radio orbital, y realmente no quieres estar allí).

Pero en nuestro escenario, todo lo que necesita hacer es entrar en una órbita unos cientos de metros por encima o por debajo de la(s) que desea barrer. Los objetos de arriba parecerán ir a la deriva hacia ti, los objetos de abajo parecerán ganar terreno y acercarse por detrás, todo a velocidades manejables. Dejas caer un par de grandes redes para mariposas que se despliegan hechas de alambre conductor, una arriba y otra abajo, con puntales livianos para mantenerlas en su posición. Ahora comienzas a rociar electrones hacia cualquier cosa que se acerque. Esto conduce a la acumulación de una gran carga positiva en las superficies de las redes, y las partículas entrantes, que tienen carga negativa, quedarán atrapadas.

Las trampas electrostáticas son capaces de filtrar partículas más pequeñas que el polvo y, a esas velocidades, las partículas más grandes no presentan problemas. Así que estás bastante preparado para un barrido limpio.

Habrá una fuerza de marea apreciable tratando de empujar ambas redes hasta que la nave haya girado 90 grados y esté completamente contenida en la órbita media; necesitará algo de ACS, posiblemente basado en un disco que gira en sentido contrario, para mantener el eje de la nave dirigido hacia la luna.

Cuando la red está llena, simplemente tráigala para reciclarla. Pero dado que no hay consideraciones de resistencia del aire, etc., es posible que la red nunca se "llene", y podría estar feliz cosechándola una vez al año más o menos.

Proyecto Rho tiene esta imagen:ingrese la descripción de la imagen aquí

La idea era aspirar los desechos espaciales, aplastarlos y dispararlos por la espalda. No se especificó cómo se alimentó, pero si puede ir a .1 C, probablemente podrá encenderlo. Sin embargo, esta máquina no está diseñada para reciclar desechos y es solo para objetos pequeños que los láseres no pueden derribar fácilmente.

EDITAR:

En Project Rho: Atomic Rockets, la página donde encontré esto fue http://www.projectrho.com/public_html/rocket/civmilitary.php

Y la página sobre esto es https://www.technologyreview.com/s/544156/junk-eating-rocket-engine-could-clear-space-debris/

Voy a votar esta respuesta para que puedas comentarla. ¿Hay un enlace a este proyecto? ¿Podrías añadir un poco más de información? ¿Y qué hay de la parte de reciclaje?

Propongo una telaraña de luz doble y una rejilla robótica "receptora" (bastante distante).

Las cosas en órbita se mueven en órbitas agradables y predecibles, al menos a corto plazo, y solo se ven afectadas levemente por la gravitación de otros objetos en órbita.

Una red de luz:

Lo que queremos es un par de láseres brillantes (no potentes, no queremos que dañen nada) con algunas cámaras de video de alta resolución. Barren un plano de un área grande. Si golpean algo, la cámara de video capta el reflejo como un flash. Con unas pocas cámaras, podemos triangular dónde exactamente apareció el objeto en el plano.

Otra red de Luz.

Este hace exactamente lo mismo, en otro plano a unos metros del primero, y paralelo al mismo. La línea del Plano 1 al Plano 2 te da la trayectoria de la basura espacial que pasa a través de los planos. El tiempo entre la penetración del Plano 1 y el Plano 2 te da la velocidad del objeto en esa trayectoria. A la velocidad de la luz, esto se puede comunicar a 1000 millas de distancia a una cuadrícula de botes de basura, separados quizás por decenas de metros. Se puede calcular exactamente cuándo y dónde la basura espacial llegará a la cuadrícula de botes de basura, y el bote de basura más cercano a donde estará la basura espacial utiliza cohetes retro para ponerse en el camino, atraparlo y volver a su posición original.

Todo eso se puede robotizar.

¿Por qué es necesario recolectar y reciclar? No puede ser rentable cuando intenta atrapar objetos que tienen un tamaño milimétrico. Simplemente no hay suficiente material allí para justificar el esfuerzo.

Debe eliminar el material de la órbita, pero atraparlo y reciclarlo realmente no es rentable para nada más allá de los objetos más grandes. Es más rentable extraer otro asteroide que recolectar partículas de pintura y polvo.

Ahora, suponiendo que tuviera que atrapar y reciclar por cualquier motivo, construiría una trampa que sería como una vela solar que orbitaría la luna. Tendría que ser lo suficientemente fuerte para no rasgarse y pegajoso para que los objetos pequeños se adhieran después de golpearlo, como un papel gigante para moscas. Entonces tendría pequeños robots con forma de araña que deambulan por la superficie recolectando los bits y devolviéndolos a un depósito central para su recolección.

Las arañas robot también podrían mantener la trampa en caso de que se dañe.

Puede ser demasiado difícil para la civilización de destino o llevar demasiado tiempo, pero este es el enfoque definitivo.

Coloca las lunas a la derecha

La idea es colocar satélites adicionales más grandes, ni siquiera del tamaño de un asteroide, pero más grandes, del tamaño de la Luna o Ceres, en la órbita. Básicamente, barrerán toda la basura espacial pequeña hacia la atmósfera, o fuera de la órbita terrestre, o hacia los pocos puntos de Lagrange, en realidad puntos de Troya, si mal no recuerdo.

Más o menos, Júpiter hace un trabajo similar para el sistema solar.

Y esta configuración mantendrá limpia la órbita. El inconveniente es, por supuesto, el costo y la viabilidad de la configuración inicial.

Es una sugerencia interesante. Sin embargo, 1) no estamos en la Tierra; 2) no hay atmósfera; 3) queremos recolectar y reciclar basura espacial; 4) no querríamos arriesgar la estabilidad de nuestro sistema, que es una luna de un gigante gaseoso a 16 años luz de la Tierra.