Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.
DTU sat blog hoved

Hvem ejer lav jordbane?

For nyligt har vi kunnet læse at store satellitkonstellationer i lav jordbane er på vej. Lav jordbane strækker sig nede fra der-hvor-man-ikke-brænder-op-med-det-samme og op til ca 2.000 km. Spionsatelliter kan finde på at dykke under 100km, som jeg har skrevet lidt om tidligere, men det er økonomisk udfordrende at være under 250 km. Selv ISS i 350-400 km skal jævnligt have hævet banen pga luftmodstand. Det nedre Van Allen bælte begynder ved ca 1.000 km. Bliver man under det får man ikke helt så mange strålingstæsk. Der er altså god grund til at krybe sammen mellem ~400 til ~1.000 km over jordens overflade og dermed er lav jordbane faktisk en begrænset ressource.

Hvor meget plads har vi?

Kugleskalsvolumet rundt om jorden mellem 400 til 1000 km over overfladen er 377 milliarder kubikkilometer. Hvor meget fylder en satellitbane? Et simpelt overslag er tværsnitsarealet af satellitten gange banes omkreds. Det giver det gennemfløjne volumen. Voluminet har form som en cykelslange. Med en banehøjde midt i feltet (700 km), ville DTUsat-2 bruge 0,00087 km3 (altså 0,87 milli-km3). Prototypen til Starlink (TinTin A og B eller MicroSat 2a og 2b) behøver 1,46 km3 i 700 km højde. Og ISS ville behøve 96,4 km3.

Det ligner umiddelbart at der er plads 1 milliard ISS'er. Problemet er at bare at banerne ikke kan pakkes i skalvoluminet uden at de krydser hinanden.

Hvor mange baner kan man lægge i et kugleskalsvolumen uden at de krydser hinanden?

Skitsen nedenfor viser et snit igennem kugleskallen, i højre side har jeg forstørret en bid af kugleskallen 20 gange op. Kugleskallen er tegnet med grønt. I forstørrelsen har jeg stablet satellitter ovenpå hinanden, det er de røde streger. Man skal forestille sig at de er på vej ind i skærmen eller på vej ud af skærmen. Som det fremgår kan der sagtens ligge 10.000 satelliter stakket i baner imellem 400 og 1.000 km's højde - også selv om det er ISS'er.

Illustration: René Fléron

Eksemplet forudsætter at satellitoperatører og brugere af satellitservices på jorden vil acceptere at alle satellitter flyver i et bånd rundt om Jorden og at de hver især har deres egen unikke højde. Det kan bare ikke lade sig gøre. Satellitkonstellationer som Starlink, OneWeb, Planet og Kuiper Systems LLC kredser i specifikke højder, med hundreder eller tusinder satelliter i en given højde. Oveni er ideen med konstellationerne at dække hele Jordens overflade - eller i det mindste den tæt befolkede del. De skal altså spredes ud.

Lækre og mindre lækre baneadresser

Forskellige banehøjder har også forskellige fordele. De lave baner giver kortere line-of-sight, det kan oversættes til mere båndbredde. Det betyder også at banebredden, altså bredden af den "sti" satellitten kan se under sig, er smallere end for en satellit i en højere bane. Vil man have overblik over et større område skal man altså højere op. Ligeledes har banens inklination - vinkel med ækvator - og banens LTAN - tidspunktet for hvornår ækvator krydses nordgående (som jeg kommer ind på her) også betydning for en satellits mission. Ganske som på Jordens overflade er nogle baneadresser altså mere lukrative end andre - og dér bliver der naturligt nok trængsel.

Er trængsel farligt?

I 1978 fremsatte Donald Kessler den tanke, at et sammenstød mellem to objekter i lav jordbane kunne generere en sværm af fragmenter, der hver især kunne ramme nye objekter. Hvis tætheden af objekter, fx. satelliter eller raketdele, er høj nok kan man altså forestille sig en kædereaktion, der kunne ende med at lave en uigennemtrængelig sky af fragmenter. I den situation ville menneskeheden så have spærret sig selv inde på Jorden. Scenariet er døbt Kessler syndromet og er blandt andet brugt i filmen Gravity.

At beregne risikoen for en kollision er ikke enkel. Istedet kan vi tage DTUsat-2 som eksempel. Jeg får en notits fra Space-track.org hvis DTUsat-2 kommer tættere på et andet objekt end 900 meter eller deromkring. Samtidig får jeg også en sandsynlighed for kollision. I den seneste notifikation fra august var tallene: 859 meters minimumsafstand i alle tre dimensioner og en sandsynlighed for kollision på 1,2 e-15 (0,00000000000012 %). Det værste vi har oplevet var 29 meters minimumsafstand og en sandsynlighed på 0,82 %, men det er over de sidste +5 år. Jeg har ikke talt antallet af notifikationer op, men det ligger omkring 8 stk. pr år. Selvom vi ligger i en rimelig populær bane går det altså stadig.

Andre er mindre heldige. Irridium 33 satellitens møde med den udtjente Kosmos 2251 er nok det mest berømte. Før uheldet vurderede folkene bag Irridium at risikoen for at en af deres satelliter ville ramme et andet objekt var én ud af 50 millioner. Celestrack beregnede før uheldet den korteste afstand mellem Kosmos 2251 og Irridium 33 til 584 meter. Både amerikanerne, inderne og kineserne har med vilje skabt rumskrot for at demonstrere deres evne til at ødelægge satelliter - sidstnævnte med værste konsekvenser pga banehøjden.

Er der nogen regulering af lav jordbane?

Både og. For at opsende en satellit skal man ansøge om tilladelse i ens egen stat. Således skal Danmark påtage sig ansvaret for dansk opsendte satelliter. Vil Danmark ikke det får man ikke tilladelse til at komme i kredsløb. Satellitten skal også registreres hos FN og bør følge FN's anbefalinger for reduktion af rumskrot. Som bekendt har FN ikke mange strafferetslige muskler, derfor er der kun tale om anbefalinger. Jeg har skimmet dokumentet igennem, men kan ikke se den berømte 25 års grænse nævnt nogen steder.

Den hårdeste regulering er sjovt nok indirekte gennem en anden begrænset ressource, nemlig radiofrekvensbåndet. For at kommunikere med en satellit skal man i sagens natur anvende radio og det kræver tilladelse hos ITU.

Er det bare først til mølle?

Imens FN, forskere og andre intressenter diskuterer mulig regulering og vurderer risici har en række firmaer meldt sig på banen for at tilbyde nye services til menneskeheden. Det kræver som nævnt tusinder af satelliter i lav jordbane og vil alt andet lige tage plads og øge risikoen for kollisioner. Det kan muligvis også skabe monopollignende afhængigheder af infra-struktur, som vi har set en del eksempler på de sidste år.

Hvem bestemmer hvor hegnspælene i lav jordbane skal stå? Da ressourcen er begrænset bør den reguleres så fælles interesser kan tilgodeses, herunder ikke mindst forskning, udvikling og undervisning.

René Fleron er civilingeniør på DTU Space og leder af DTUsat-projektet.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

En god gennemgang af problemerne.
Lav jordbane betyder hastigheder omkring 6 til 7km/s, men da de fleste bevæger sig samme vej rundt, hvad bliver så hastighedforskellen når de eventuelt kommer tæt på hinanden. Eller vil et sammenstød altid være fatalt med knuste satelliter?

  • 4
  • 5

Hastighedsforskellen er ganske rigtig lille, hvis satelitterne følger nogenlunde samme bane, men der kan for samme højde være mange forskellige baner, alt fra polare kredsløb til ækvatorielle kredsløb, og kredsløb kan også have modsat omløbsretning. Hvis to satellitter med forskellige baner støder sammen, er deres relative hastighed ret stor -- op til dobbelt så stor som deres individuelle banehastighed. Hvis banerne kun krydser hinanden i to punkter, er chancen for kollision dog lille.

Den eneste langtidsholdbare løsning er, at alle satellitter bringer en smule brændstof med, så de kan ændre bane (bare en smule), hvis en anden satellit kommer for tæt på. De kan ikke realistisk set selv opdage det, men hvis alle satellitter trackes fra Jorden, kan man signalere de satellitter, der er i kollisionsfare, så de kan flytte sig. Jo tidligere, de får besked, jo mindre behøver de at ændre kurs. Når en satellits brændstof er ved at løbe ud, skal den bruge det sidste til at sende sig tilbage til Jorden, så den brænder op i atmosfæren.

  • 5
  • 0

Det er en rigtig god ide og et glimrende argument for at udvikle små effektive in-space-propulsion systemer. Noget jeg tit forsøger at sælge til mine studerende.
Man kunne også forestille sig et dødemandsknap system, der automatisk mindsker den ballistiske koefficient hvis satellitten ikke længere er operativ. Det kunne fx være et par flapper der klapper ud eller en ballon der blæses op eller tilsvarende. Systemet skal aktiveres medmindre satellitten selv resetter nedtællingen (altså er i live).

DTUsat-2 passerede iøvrigt en medpassager kort efter vi blev frigivet fra raketten. Jeg bad Planet satellitten (Flock 1C) om at tage et billede af os, men det måtte de desvære ikke. I det tilfælde var vores relative hastighed 0,6 m/s - et sådan sammenstød havde vi nok overlevet.

  • 5
  • 0

Eller er det bare mig (55 år oldschool civ-ing) der synes den var helt vildt fængslende skrevet? - nationerne putter bare flere og flere ting i omløb uden andre overvejelser end "der er vist ikke noget i forvejen".

  • 2
  • 0

Personligt synes jeg 1 ton ny beton per år per menneske er mere skræmmende.
Hvor lang og hvor omfattende skal nætse istid være for at fjerne skramlet?

  • 1
  • 4

Så skal man bare have en vigepligtsregel for satellitter, så begge ikke udføre samme manøvre.

Som jeg nævnte, kan satelitter ikke realistisk set selv opdage kollisionsfare tidligt nok, så det skal koordineres fra Jorden. Her er det ikke noget problem at give kommandoer, der sikrer mod sammenstød. Evt. retningslinjer kunne være:

  1. Mindre satellitter viger for større satellitter.
  2. Ved satellitter af nogenlunde samme størrelse, viger begge, men mindre end hvis kun den ene veg.

Og, jo, man kan sagtens udnytte alle tre dimensioner og sende den vigende satellit op i stedet for til siden. Og så kunne man lade satellitter, der snart alligevel skulle øge højde, være dem, der viger.

  • 1
  • 0

Hvis din satelit følger jordens omdrejningsretning, så bevæger den sig langsommere over himlen. Den bliver synlig i længere tid. Hvis du skal tracke den, så skal du bevæge din antenne langsommere. Omvendt hvis du flyver modsat. Jeg tænker at til de fleste anvendelser er det en fordel, at satelitten bevæger sig langsomt og forbliver synlig i længst mulig tid. Det gælder uanset om det er GPS, Internet eller billeder du skal lave.

Rene polære kredsløb er sjældne og udgør derfor et relativt mindre problem i forhold til sammenstød.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten