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Debris Aerospatiaux

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  • 1. Space Debris, a Threat to GNSS and its  Applications to Civil Aviation By Thibaut LABARRE Student from the ENAC Current Situation Threat to Satellites Influence on GNSS Reliability Solutions  RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 1
  • 2. History of Collisions  24 July 1996:  Cerise            Ariane  V16 (debris)  17 January 2005:  Thor (Stage)           rocket CZ­4 (debris)  December 1991 (collision identified in 2005):  Cosmos 1934            Cosmos 926 (debris)  12 February 2009:  Iridium               Cosmos 2251 RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 2
  • 3. Current Situation (1/4)  Evolution of the number of debris (>10 cm) from  1960 to 2008 (1 centimeter = 0.393700787 inch) RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 3
  • 4. Current Situation (2/4)  GEO Space Debris 2008 RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 4
  • 5. Current Situation (3/4)  Since 1957 :   4000 launches  More than 200 fragmentations of orbiting objects • 12,000 objects bigger than 10 cm (referenced) • 200,000 objects sizing between 1 and 10 cm (not referenced) fragments • 35,000,000 objects smaller than 1 cm operating satellites (not referenced) unoperating satellites RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S superior stages 5 operational debris
  • 6. Curent Situation (4/4) RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 6
  • 7. Threat to Satellites (1/3)  Probability of collision depends on  Size of satellite  Time spent in space Collision probabilities for one year  Flux of debris >0.1 mm >1 mm >1 cm >10 cmSpace Station (h=400 km, S=500 1 1 10-2 2 10-4m2)SPOT (h=800 km, S=20 m2) 1 0,5 3 10-3 2 10-4Constellation (h=1,500 km,S=16 m2) 1 3 10-1 10-3 10-4GALILEO (h=23,222 km,S=3 m2 body+ 16 m2 solar arrays)  RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 7
  • 8. Threat to Satellites (2/3)  Consequences of an impact  Caracteristics of a space impact  Kinetic energy is linked to speed  Orbital speeds are very high  Aluminium sphere at 10kmps  A 1mm chip → an average .22 long rifle bullet at gunpoint  A pea­sized ball → 180 kg safe travelling at 100 kmph  A tennis ball­sized sphere → 25 sticks of dynamite RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 8
  • 9. Threat to Satellites (3/3) RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 9 Part of a solar array of the Hubble Space Telescope
  • 10. Influence on GNSS Reliability (1/4)  What is GNSS?  Global Navigation Satellite System  Allows users to determine precisely where they are  on earth  What are its applications to Civil Aviation?  Free Flight  Landing procedures RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 10
  • 11. Influence on GNSS Reliability (2/4)  Projected development of GNSS  GPS                           1995  GLONASS                  2009  GALILEO                    2013       COMPASS                  2015 RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 11
  • 12. Influence on GNSS Reliability (3/4)  MEO (GNSS orbits) still relatively spared  Payloads Rocket Bodies Operational Debris Breakup Debris Anomalous Debris TotalsLEO 1612 758 651 3232 119 6372MEO 126 28 2 0 0 156GEO 587 116 1 2 0 706Elliptical 249 515 135 167 0 1066Unknown 171 120 185 0 0 476Totals 2745 1537 974 3401 119 8776  But debris will accumulate  Operating lifespan of satellites : around 10 years  Orbiting lifespan of satellites : millions of years  Exponential growth due to fragmentation RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 12
  • 13. Influence on GNSS Reliability (4/4)  Civil aviation imperatives for GNSS  Accuracy  Availability  Continuity  Orbital debris endanger the last 2 imperatives  ABAS technologies require more satellites to work  The loss of a satellite during a critical phase of a  flight can have catastrophic consequences RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 13
  • 14. Solutions (1/3)  Armor for GNSS satellites  Pros  Enhances lifespan of satellites  Cons  Expensive (in terms of weight)  Covers only a fraction of the risk RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 14
  • 15. Solutions (2/3)  Dodging the debris  Pros  Enhances lifespan of satellites  Cons  Every debris trajectory has to be tracked  Fuel consumption increases RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 15
  • 16. Solutions (3/3)  Disposal orbits for failed GNSS satellites  Pros  Technically feasible  Cheap  Applicable to previous satellites  Cons  GPS, GLONASS, GALILEO, COMPASS will all have  different orbits  Disposal orbits may vary and become elliptical (due to  influence from the sun and the moon), interfering with  operating satellite orbits RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 16
  • 17. Conclusion  All the solutions are only partial and will not  solve the problem  Cooperation: IADC, COPUOS, ISO RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 17
  • 18. Thank you for listening! Any questions? RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 18
  • 19. References  /Les débris spatiaux : une pollution sous  surveillance/, Lecture by Fernand Alby, Director  of the CNES Space Debris Lab., ENAC  Aerospace Challenges, jan. 2009  http://www.pollutionissues.com/Re­Sy/Space­ Pollution.html  http://www.aerospace.org/news/newsitems/proc edures­030702.html RAeS ­ 17/02/2009 Thibaut Labarre ­ IENAC08S 19

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