Asteroider - strålning - skrot

Rymden är miljövänligast på håll. Militär teknik kan användas för att upptäcka och rätta till en del av problemen

Av Ulf Ekblad

Här nere på jorden lever vi under atmosfärens skyddande täcke. Det hindrar inte bara den farliga ultravioletta strålningen från solen utan också en stor del av partikelstrålningen från solen och kosmos att tränga ner till jordytan. Detta skydd finns inte i rymden.

I flygplan som går på 10 000 meters höjd är partikelstrålningen cirka fem gånger högre än på jordytan (se grafik). Detta innebär en hög risk för piloter som tillbringar lång tid på dessa höjder. Ute i rymden är strålningen 150 gånger högre än v id marken, vilket inte bara utgör en risk för astronauterna utan också för elektroniken som kan skadas. Prover som tagits på den ryska rymdstationen MIRs besättning visar på e n dubblering av antalet missbildningar av kromosomerna i blod cellerna.

James van Allen upptäckte 1958 genom sensorer på den amerikanska satelliten Explorer I områden runt jorden med energirika laddade partiklar. Dessa strålningsbälten, van Allen-bältena, finns koncentrerade dels på ett avstånd av 3000 km ovanför ekvatorn och dels mellan 12000 och 20000 km. Bemannade färder runt jorden går vanligen på låga höjder, 300-500 km, men på färder till andra himlakroppar som månen eller Mars måste farkosten passera igenom van Allenbältena.

Under perioder av hög solaktivitet, med bl a många solfläckar och soleruptioner, ökar problemen för satelliter. Den ökande partikelstrålningen från solen värmer upp atmosfären, varvid den expanderar. Därmed ökar luftmotståndet och satelliten bromsas ner. Banhöjden minskar och mer bränsle går åt för att hålla satelliten i samma bana. Detta minskar satellitens operativa livslängd. Om satelliten inte kan göra banjusteringar minskar satellitens tid i omlopp runt jorden.

Den ökade partikelstrålningen innebär också en ökad risk att satellitens datorer och annan elektronik ska störas eller förstöras. Ytterligare en effekt av ökad solaktivitet är att jordens jonosfär påverkas. Signaler för t ex kommunikation och navigering som passerar mellan satellit och mark störs då.

Rymdskrot hotar satelliter
Alltsedan den första satelliten sköts upp 1957 har det i banor runt jorden samlats uttjänta satelliter och annat som härrör från människans rymdaktiviteter, s k rymdskrot. Det rör sig om det sista steget hos bärraketen, bitar från separeringen av satelliten från bärraketen, delar av satelliter, färgflagor, molekyler från överblivet bränsle och sådant som astronauter har tappat under sina rymdpromenader. Till exempel snurrar en Hasselbladskamera omkring där ute.

USA gör från marken observationer av rymden för att upptäcka och mäta in interkontinentala ballistiska robotar. För att inte missta ett rymdobjekt för en ballistisk robot måste man hålla reda på alla rymdobjekt och deras banor. På så sätt utnyttjas e tt militärt system för övervakning av rymden. Antalet rymdobjekt som kontrolleras är för närvarande cirka 8500. Detta antal ökar med cirka 250 per år. Objekten, som är cirka en decimeter eller större, ut gör bara toppen av ett isberg. Antalet objekt med en storlek på ner mot en millimeter kan vara upp mot 100 000 och det totala antalet uppskattas till 35miljoner (”ju mindre ju fler”).

Dessa objekt utgör en fara för satelliter, rymdstationer och astronauter på rymdpromenader. Även ett litet objekt kan orsaka stor skada eftersom objekten i låga banor rör sig med en hastighet på cirka 7 km/s. De amerikanska rymdfärjorna får efter nästan varje färd by ta en eller flera fönsterrutor då de har skadats av kolliderande objekt. Det räcker med en färgflaga för att en ruta ska få en synbar skada.

För att skydda sig mot de minsta objekten, vars banor inte kan beräknas, så görs den kommande internationella rymdstationens väggar extra tjocka. För större objekt, vars banor kan beräknas, kan undanmanövrer vara ett sätt att skydda sig. Den amerikanska rymdfärjan tvingas ibland ändra sin bana för att undvika kollisioner. Den europeiska satelliten ERS, som med radar observerar jorden, flyttades i somras upp i en två km högre bana en timme före beräknad kollision med en uttjänt rysk satellit Cosmos 614. En amerikansk militär forskningssatellit MSTI-2 passerade förra året MIR på ett avstånd av 430 m. Den nära passagen hade förutspåtts 30 timmar dessförinnan, så kosmonauterna på MIR fick gå över och sätta sig i Soyus-kapseln under en halvtimme i fall de skulle behövts evakueras.

Kollisionsvarningar fås från det amerikanska militära robotövervakningssystemet. En amerikansk rapport till kongressen, publicerad i december 1997, bedömer dock systemet som otillräcklig för rymdtillämpningar, speciellt med tanke på framtiden med bl a den internationella rymdstationen. Kommande satellitsystem med tiotals, och i något fall hundratals, satelliter kommer inte att göra övervakningen lättare. I r apporten föreslås en nationell samordning av existerande och nya system.

Alla satelliter kan dock inte göra banändringar och det är inte alltid som man försöker förutse eventuella kollisioner. En liten fransk signalspaningssatellit Cerise kolliderade sommaren 1996, efter att ha varit uppe ett år i omloppsbana, med ett slutsteg (det sista steget av bärraketen) från en Ariane-raket som hade skjutits upp tio år tidigare.

Risken finns att den nuvarande ökningstakten av antalet rymdskrot successivt kommer att accelerera. Orsaken till detta är att objekten kolliderar med varandra och för varje kollision skapas ett antal nya objekt, som i sin tur kan kollidera; och så vidare.

Ett sätt att bli av med de mindre rymdskrotsbitarna är att med en laser få rymdskrotet att snabbare falla in i atmosfären där de sedan brinner upp. Detta kan ske genom att skroten belyses på lämpligt sätt med lasern varvid ytan värms upp och en gasstråle sänds ut. Denna stråle orsakar då en jetkraft som ändrar skrotets bana. I höstas testades i USA en laser för att man skulle kunna se om den kunde utvecklas till ett laservapen, ett vapen som kunde utnyttjas för att reducera mängden rymdskrot .

Atmosfärens utvidgning vid solfläcksmaximum påverkar inte bara satelliternas banor utan även rymdskrotets banor, vilket när det gäller rymdskrot har den positiva effekten att mängden rymdskrot minskar markant på höjder upp mot cirka 1000 km.

En gång i veckan faller ett objekt med en radarmålyta (den yta som ett objekt har sedd med en radar) större än 1m2 in i atmosfären ner mot jorden. Några få mycket stora och kompakta objekt har överlevt hela fallet ner till marken utan att brinna upp. Fram till förra året ansågs risken för att detta skulle ske som mycket liten. I januari 1997 hittades i Texas i USA två delar av en amerikansk bärraket som hade fallit ner f rån omloppsbana runt jorden. Dessa var inte så kompakta att de, enligt den rådande uppfattningen om vilka kroppar som kan överleva fallet genom atmosfären, borde ha nått jordytan. Därför kontrolleras nu beräkningar av nedfall från omloppsbana för att se om risken verkligen är så liten som tidigare ansågs.

Asteroider och kometer
Förutom det rymdskrot som människan har skapat, direkt eller indirekt, finns det i planetsystemet ett stort antal naturliga objekt, allt ifrån de stora planeterna, via mindre objekt som asteroider och kometer, ner till ännu mindre objekt. De sk stjärnfallen orsakas av millimeterstora meteorider som jorden ständigt bombarderas av. På en höjd av cirka 100 km förbränns i jordatmosfären varje dygn flera ton sandkorn.

Bland de mindre objekten hör också de små mot jorden ständig t infallande vattenfyllda objekten, som enlig t observationer förra året tycks finnas. 30 stycken per minut, eller 40000 per dygn, beräknas träffa jordatmosfären där de upplöses. Hur mycket vatten som på detta sätt under årmiljonerna har kommit till jorden, och andra himlakroppar, samt konsekvenser för livets uppkomst, återstår att uppskatta.

Större och mer massiva objekt, som asteroider och kometer, kan innebära risker för livet på jorden. Asteroider är små himlakroppar som till största delen går i banor runt solen mellan Mars och Jupiter; en del av dessa passerar dock innanför jordbanan. Kometer är himlakroppar som när de kommer när a solen utbildar en svans, som ibland kan ses med blotta ögat.

Vid en eventuell kollision med en asteroid med en diameter på 100 m skulle troligen cirka 10 000 personer dödas. Man beräknar att det finns 300000 sådana som skulle kunna kollidera med jorden. Kollisioner beräknas inträffa v art hundrade år och för nästan 100 år sedan, 1908, inträffade en i Tunguska i Sibirien. Arizona kratern i USA, med en diameter på 1,2 km och ett djup på 180 m, bildades för cirka 50000 år sedan av en meteorit med en diameter på 15 m och en massa på 3miljoner ton. Den asteroid som för 65miljoner år sedan tros vara orsaken till dinosauriernas försvinnande och som skapade en 160 km stor krater på Yucatanhalvön hade en diameter på 10 km. En asteroid på 3 km skulle kunna utplåna hela mänskligheten. Som tur är uppskattas det bara finnas 100 sådana asteroider som korsar jordbanan.

Larmrapport om kollision
I mars 1998 kom en larmrapport om en förestående kollision med en 1,6 km stor asteroid. Enligt de första beräkningarna skulle den om 30 år passera jorden på samma avstånd s om det som de geostationära satelliterna går på. Efter ytterligare några observationer och nya beräkning ar kom vetenskapsmännen fram till att den skull passera jorden på ett avstånd motsvarande tre gånger avståndet jorden-månen. Detta visar på de stora problem som finns i dessa beräkningar: en liten förändring i banparametrarna för en himlakropp på långt avstånd från jorden kan göra en stor skillnad i beräknat passageavstånd.

Utgående från sannolikheten att en asteroid ska kollidera med jorden och vilka effekter en sådan kollision skulle kunna få, samt antalet människor och deras fördelning på jordytan, har NASA beräknat att sannolikheten att en människa ska dödas av ett asteroidnedslag är 1 på 6000. Trots den låga sannolikheten för en asteroidkollision så är effekterna av en sådan så stor och antalet människor så stort att sannolikheten att dödas av en asteroidkollision blir hög. Som jämförelse kan nämnas att när Esrange (sondraketuppskjutningsfältet utanför Kiruna) skulle anlägg as bestämdes att risken att en människa skulle träffas av nedfallande raketdelar inte fick vara större än 1 på 1miljon.

Jupitersmäll väckte jorden
Risken för kollisioner med större himlakroppar var under lång tid ouppmärksammad, men efter det att kometen Shoemaker-Levy 9 föll ner på Jupiter juli 1994 har riskerna tagits på större allvar. De stora mörka fläckarna, större än jorden, som denna kollision orsakade på Jupiter kunde ses på långt håll. Om det hade varit den lilla planeten jorden som hade träffats hade det fått katastrofala effekter för livet här. Den ene av kometens upptäckare, Gene Shoemaker som dödades i en bilolycka 1997, kommer att bli den första människa vars aska får sin sista vila på månen när rymdsonden Lunar Prospector kraschar där näst a år. Enlig t de första analyserna av data från Lunar Prospector upptäcktes tidigare i år fruset vatten i månens polarområden.

Hur ska vi skydda oss?
Trots att sannolikheten för en kollision med en stor asteroid eller komet är mycket, mycket liten måste fråga oss vad vi kan göra för att skydda o ss. Kan v i få varning i tid? Om vi får varning, vad kan vi då göra? Vad är bäst att göra? Det första är att hitt a alla himla kroppar som har sådan banor att de någon gång skulle kunna kollidera med jorden. Därefter måste banorna beräknas så exakt som möjligt. Allt detta är en process som måste fortgå kontinuerligt. USA har ett system av militära teleskop för rymdövervakning som skulle kunna användas detta sammanhang.

Parallellt med detta måste olika skyddsmetoder studeras, ty när väl en kollisionsrisk har upptäckts kan det vara ont om tid. För en nyupptäckt långperiodisk komet, vars bana inte tidigare varit känd, kan det handla om några månaders förvarning. Metoder som föreslag its är bla:

• Raketer med kärnvapen sänds upp till asteroiden eller kometen (se grafik). Kärnvapenexplosionerna förångar där materien, v arv id ångorna alstrar en jetdrift som driver himlakroppen förbi jorden. Kärnvapenexplosionerna skulle alternativt kunna spränga sönder himlakroppen, varvid bitarna förhoppningsvis skulle få banor så att de passerar jorden. Detta skulle vara ett sätt att på kort sikt handskas med problemet och på samma gång bli av med världens kärnvapenlager.
• Ett stort spegelteleskop koncentrerar solstrålning en mot himlakroppen varvid förångning sker med jetkraft som följd. I stället för solstrålning har användning av laser föreslagits.

Dessa och många andra fantasifulla förslag diskuteras med allt större iver runt om i världen. Än så länge är det dock få personer som angriper problemet och mycket små ekonomiska resurser som sätts in. Årligen spenderas ett belopp som motsvarar cirka 1/40 av v ad det kostar att skicka upp rymdfärjan.

Militär teknik försvarar
Rymdmiljön är inte alltid lätt att vistas i. Människans aktiviteter i rymden orsakar nedskräpning som ökar farorna i rymden. Militär teknik kan i vissa fall användas för att upptäcka och rätta till problemen:

• System för upptäckt av ballistiska robotar har visat sig mycket värdefulla för övervakning av rymdskrot.
• Framtida rymdvapen kan eventuellt utnyttjas för att minska mängden rymdskrot.
• Militära övervakningssystem kan användas för övervakningen av asteroider och kometer.
• Kärnvapen och laservapen skulle kunna räd da jorden från en förödande kollision med en asteroid eller komet.

Ur detta perspektiv torde det vara viktigt att Sverige följer den militära rymdtekniska utvecklingen, inte för att ta fram egna vapensystem, utan för att studera möjligheterna att utnyttja dessa i försvarssyften.

Från FOA-tidningen nr 2-1998 - www.foi.se/framsyn