Under sina 30 år i omloppsbana runt jorden, NASA/ESA rymdteleskop Hubble har bevittnat rymdfärdens föränderliga karaktär när himlen har fyllts med ett större antal satelliter, den internationella rymdstationen föddes och krascher och explosioner i rymden har skapat moln av snabbrörliga rymdskräp.

Hubble själv har känt påverkan av detta skräp, ackumulerar små nedslagskratrar över sina solpaneler som bevisar ett långt och händelserikt liv i rymden. Så vad kan vi lära oss av dessa effekter, och hur ser framtiden ut för Hubble?

1993, det första Shuttle-uppdraget för att "piffa upp" Hubble genomfördes. Genom att förse rymdobservatoriet med korrigerande optik, den kunde plötsligt ta de otroligt skarpa bilderna av universum som älskades av världen över.

Medan astronauterna var där, de ersatte observatoriets solpaneler som hade "flickat" på grund av temperaturfluktuationer. En av panelerna kastades i omloppsbana, senare brinner upp i jordens atmosfär, men den andra fördes tillbaka till jorden.

En del av ESA:s bidrag till Hubble var att designa, tillverka och tillhandahålla sina solpaneler i utbyte mot observationstid, vilket innebär att den returnerade arrayen var tillgänglig för byrån att inspektera.

Detta var en av de tidigaste möjligheterna i rymdutforskningens historia att se effekten av mer än två år i rymden på en satellit som kretsar runt. Teamet upptäckte hundratals nedslagskratrar som låg på ytan av bara en liten del av solpanelen, allt från mikron till millimeter i diameter.

Nio år senare, solpanelerna byttes ut igen och återvände till jorden denna gång efter att ha samlat nästan ett decennium av nedslagskratrar.

Denna array visas nu på ESA:s Technology Center (ESTEC) i Nederländerna, men en liten bit kom till ESOC:s uppdragskontroll i Tyskland, hem till Space Debris Office.

En rad bevis på Hubbles tidiga bombardement

Även om vi inte vet exakt när varje nedslagskrater bildades, de måste ha inträffat under solarrayens period i omloppsbana. Som sådan, tryckt på dem, är unika bevis på rymdfärdsaktivitet under deras tid i rymden.

Nedslagskratrarna studerades för att bestämma deras storlek och djup, men också för att söka upp potentiella nya rester. Med tanke på att den kemiska sammansättningen av solcellen var känd, "främmande" material eller element kunde ha förts in i kratern av provkroppen.

Metaller som järn och nickel skulle tyda på en påverkan från en naturlig källa - fragment av asteroider och kometer som kallas mikrometeoroider. Kratrarna som hittades i Hubbles solpaneler innehöll dock små mängder aluminium och syre, en stark indikation på mänsklig aktivitet i form av "solid raketmotor"-avfyrningsrester.

Teamet för rymdskräp, som en del av en större satsning med partners inom industri och akademi, kunde matcha formen och storleken på dessa kratrar med modeller av raketavfyrningar som var kända för att ha hänt vid den tiden, hitta en matchning mellan observerade kratrar och förväntade kratrar.

Blev Hubble skadad?

Dessa små partiklar, allt från mikrometer upp till en millimeter i storlek, skulle ha träffat Hubble med enorma relativa hastigheter på 10 km/s, men de hade ingen större inverkan på farkosten som fortsätter att ta otroliga bilder av vårt universum.

Sådana nedslag inträffar ganska ofta för alla satelliter, den huvudsakliga effekten är en kontinuerlig men gradvis försämring av mängden energi som solpanelerna kan producera.

Nya uppdrag använder sig av en modell skapad av rymdskräpteamet, baserat på tidiga Hubble-påverkansdata, att förutsäga hur många effekter som kan förväntas för varje uppdrag och vilken effekt detta kommer att ha på solenergi.

Hubble lever fortfarande med hotet om kollision

Föreställ dig rymdfarkosten Hubble i omloppsbana, som bor i en kub på 1 km x 1 km x 1 km. I genomsnitt, när som helst, en enda bit av mikronstort skräp delar den kuben med Hubble, för för varje kubikkilometer av rymden runt jorden, det finns ungefär ett litet skräpföremål.

Det här låter inte som mycket, men Hubble själv färdas i 7,6 km/s i förhållande till jorden och det är även dessa små fragment av skräp. En stor del av kollisioner mellan de två sker inte direkt, men i en vinkel, vilket leder till relativa kollisionshastigheter på cirka 10 km/s.

För enkelheten, föreställ dig att dessa partiklar färdas i 10 km/s i förhållande till en stilla Hubble. Detta är samma sak som att tio av dessa snabbrörliga objekt korsar in och ut ur Hubbles kubiska utrymme varje sekund. Eftersom Hubbles solpaneler tar upp en stor yta, mäter cirka 7x2 m, det är mer sannolikt att de kommer öga mot öga med ett stort antal av dessa projektiler.

Hubble står idag inför ett liknande hot från små skräpfragment som det gjorde strax efter att det lanserades. Medan mikronstora partiklar fortfarande skapas idag, atmosfären på denna låga höjd, 547 km över jordens yta, sopar också bort ett antal av dem.

Dock, risken från större föremål ökar tyvärr också. Skräpfragment som sträcker sig från cirka 1-10 cm i storlek är för små för att kunna katalogiseras och spåras från marken, men har tillräckligt med energi för att förstöra en hel satellit. På Hubbles höjd, sannolikheten för en kollision med ett av dessa föremål har fördubblats sedan början av 2000-talet, från en chans på 0,15 % per år till 0,3 % idag.

Hubble bor där megakonstellationer planerar att bo

Vissa satelliter skjuts upp idag utan möjlighet att ändra sin bana. Istället för att manövrera i slutet av sitt liv, de kan sättas in på relativt låga höjder så att jordens atmosfär med tiden drar ner dem för att brinna upp, inklusive regionen som Hubble kallar hem.

Dessutom, det totala antalet operativa satelliter som sätts in i denna region ser ut att snart öka snabbt. Vissa bredbandsinternetkonstellationer, varav den största är planerad att innehålla tusentals satelliter, ha siktet inställt på dessa höjder.

Rymdsäkerhet på ESA

För att förhindra uppbyggnad av nytt skräp genom kollisioner, ESA:s Space Safety-program utvecklar "automatiserade kollisionsundvikande"-tekniker som kommer att göra processen att undvika kollisioner mer effektiv, genom att automatisera beslutsprocesserna på plats.

Men hur är det med skräpet som redan finns där ute? I en världsnyhet, ESA har beställt ett aktivt skräpborttagningsuppdrag som på ett säkert sätt kommer att göra sig av med ett skräp som för närvarande befinner sig i omloppsbana. ClearSpace-1-uppdraget kommer att rikta in sig på en 100 kg Vespa-raketdel, lämnade i omloppsbana efter den andra flygningen av ESA:s Vega-skjutraket 2013.

Med en vikt på 100 kg, Vespa är i storlek nära en liten satellit. Dess relativt enkla form och robusta konstruktion gör det till ett lämpligt första mål, innan du går vidare till större, mer utmanande fångster genom uppföljningsuppdrag – så småningom inklusive fångst av flera objekt.