Офис программы NASA по орбитальному мусору находится в Космическом центре Джонсона и является ведущим центром NASA по исследованию орбитального мусора . Он признан во всем мире за свое лидерство в решении проблем орбитального мусора. Офис программы NASA по орбитальному мусору занял международную лидирующую позицию в проведении измерений окружающей среды и в разработке технического консенсуса для принятия мер по смягчению последствий для защиты пользователей орбитальной среды. Работа в центре продолжается с целью разработки более глубокого понимания среды орбитального мусора и мер, которые можно предпринять для контроля его роста.
Исследования орбитального мусора в НАСА разделены на несколько обширных исследовательских проектов, включающих моделирование, измерения, защиту, смягчение последствий и возвращение орбитального мусора в атмосферу.
Ученые NASA продолжают разрабатывать и совершенствовать модели орбитального мусора для описания и характеристики текущей и будущей среды мусора. Инженерные модели, такие как ORDEM2000 , могут использоваться для оценки риска столкновения с мусором космических аппаратов и спутников, включая Международную космическую станцию и Космический челнок . Эволюционные модели, такие как EVOLVE и LEGEND , предназначены для прогнозирования будущей среды мусора. Они являются надежными инструментами для изучения того, как будущая среда мусора реагирует на различные методы смягчения последствий.
ORDEM2000 был заменен в 2010 году на ORDEM2010 . Этот выпуск представляет собой значительное улучшение эмпирически обоснованной программы моделирования оценки мусора NASA ODPO. Эта версия долгоиграющей серии включает десять лет дополнительных данных, новые проверенные высокоточные модели окружающей среды, новые статистические процессы для анализа данных и моделей, расширение моделирования через GEO, включение плотности материала мусора и новый пакет анализа иглу, охватывающий космический аппарат, с расширенным сопутствующим графическим интерфейсом. [1]
Измерения околоземного орбитального мусора осуществляются путем проведения наземных и космических наблюдений за орбитальным мусором. Данные собираются с помощью наземных радаров и оптических телескопов [1], космических телескопов и анализа поверхностей космических аппаратов, возвращаемых из космоса. Некоторые важные источники данных: американская сеть космического наблюдения , радар X-диапазона Haystack , а также возвращаемые поверхности с Solar Max, Long Duration Exposure Facility (LDEF) и космического корабля Space Shuttle. Эти данные подтверждают модели окружающей среды и выявляют наличие новых источников.
Защита от орбитального мусора включает проведение измерений гиперскоростных ударов для оценки риска, представляемого орбитальным мусором для работающих космических аппаратов, и разработку новых материалов и новых конструкций для обеспечения лучшей защиты от окружающей среды с меньшими потерями веса. Данные этой работы обеспечивают связь между средой, определяемой моделями, и риском, представляемым этой средой для работающих космических аппаратов, и дают рекомендации по процедурам проектирования и эксплуатации для снижения риска по мере необходимости. Эти данные также помогают в анализе и интерпретации особенностей ударов на поверхностях возвращаемых космических аппаратов. Основным объектом для этого исследования является Центр технологий гиперскоростных ударов (HIT-F) в NASA JSC в Хьюстоне, хотя есть и другие объекты в JSC, Нью-Мексико, и различных лабораториях Министерства обороны.
Контроль роста популяции орбитального мусора является первоочередной задачей для NASA, Соединенных Штатов и основных космических держав мира, чтобы сохранить околоземное пространство для будущих поколений. Меры по смягчению последствий могут принимать форму сокращения или предотвращения создания нового мусора, проектирования спутников, выдерживающих удары мелкого мусора, и внедрения эксплуатационных процедур, начиная от использования орбитальных режимов с меньшим количеством мусора, принятия определенных положений космических аппаратов и даже маневрирования для избежания столкновений с мусором.
В 1995 году НАСА стало первым космическим агентством в мире, выпустившим комплексный набор руководств по уменьшению количества орбитального мусора. Два года спустя правительство США разработало набор Стандартных практик по уменьшению количества орбитального мусора , основанных на рекомендациях НАСА. Другие страны и организации, включая Японию , Францию , Россию и Европейское космическое агентство (ЕКА), последовали этому примеру, выпустив свои собственные руководящие принципы по уменьшению количества орбитального мусора. В 2002 году после многолетних усилий Межагентский координационный комитет по космическому мусору (IADC), в состав которого вошли космические агентства 10 стран, а также ЕКА, принял консенсусный набор руководящих принципов, направленных на уменьшение количества орбитального мусора. Эти руководящие принципы были официально представлены Научно-техническому подкомитету Комитета ООН по мирному использованию космического пространства в феврале 2003 года.
Из-за растущего числа объектов в космосе НАСА приняло руководящие принципы и процедуры оценки для сокращения количества неработающих космических аппаратов и отработанных верхних ступеней ракет, вращающихся вокруг Земли. Одним из методов утилизации после миссии является разрешение повторного входа этих космических аппаратов либо с орбитального схода (неконтролируемый вход), либо с контролируемым входом. Орбитальный сход может быть достигнут путем включения двигателей для снижения высоты перигея, так что атмосферное сопротивление в конечном итоге заставит космический аппарат войти. Однако нельзя гарантировать, что сохранившийся след от удара обломков не позволит избежать населенных участков суши. Управляемый вход обычно происходит с использованием большего количества топлива с большей двигательной системой для того, чтобы заставить космический аппарат войти в атмосферу под более крутым углом траектории полета. Затем он войдет на более точной широте, долготе и следе в почти необитаемой области удара, как правило, расположенной в океане.
Космические аппараты, которые возвращаются из орбитального спада или контролируемого входа, обычно распадаются на высоте 84–72 км из-за аэродинамических сил, вызывающих превышение допустимых структурных нагрузок. Номинальная высота распада для космических аппаратов считается 78 км. Более крупные, прочные и плотные спутники обычно распадаются на более низких высотах. Солнечные батареи часто отрываются от родительского корпуса космического аппарата примерно на высоте 90–95 км из-за аэродинамических сил, вызывающих превышение допустимого изгибающего момента в точке крепления батареи/космического аппарата.
После распада космического корабля (или родительского тела) отдельные компоненты или фрагменты будут продолжать терять высоту и получать аэронагрев до тех пор, пока они либо не разрушатся, либо не выживут, чтобы столкнуться с Землей. Многие компоненты космического корабля сделаны из алюминия, который имеет низкую температуру плавления. В результате эти компоненты обычно разрушаются на большей высоте. С другой стороны, если объект сделан из материала с высокой температурой плавления (например, титана, нержавеющей стали, бериллия, углерод-углерода), объект разрушится на меньшей высоте и во многих случаях выживет. Кроме того, если объект находится внутри корпуса, корпус должен разрушиться до того, как внутренний объект получит значительный аэронагрев. Некоторые объекты могут иметь очень высокую температуру плавления, так что они никогда не смогут разрушиться, но они настолько легкие (например, вольфрамовые шайбы), что они ударяются с очень низкой скоростью. В результате кинетическая энергия при ударе иногда составляет менее 15 Дж, порог, ниже которого вероятность человеческих жертв очень мала. Таким образом, площади поражения осколками, рассчитанные для этих объектов, не учитываются в общей площади поражения осколками при анализе выживаемости при входе в атмосферу.
Выживаемость компонентов космического корабля при входе в атмосферу вычисляется одним из двух методов NASA. Один из них — Debris Assessment Software (DAS), консервативный, низкоточный программный инструмент, который можно найти в разделе «Mitigation», а второй — более точный и высокоточный программный инструмент под названием Object Reentry Survival Analysis Tool (ORSAT).