Utrymmet fylls med skräp. "Det är inte som att det är en metallstorm och om du ger dig ut i rymden kommer du att bli klumpig, " säger professor Russell Boyce, Ordförande för rymdteknik vid UNSW Canberra. — Men risken för kollisioner ökar.

US Air Force Space Command spårar mer än 20, 000 skräp som är större än 10 centimeter breda.

När sensorerna förbättras, Boyce misstänker att siffran kan nå mer än en halv miljon.

Resterna av gamla satelliter och rymdfarkoster, dessa metallfragment karriär blint i omloppsbana med blåsor i 7,5 kilometer per sekund. Påverkan vid dessa hyperhastighetshastigheter skulle inte bara göra vitala rymdtillgångar irreparabelt skadade, de kan utlösa en dominoeffekt av förstörelse som kallas Kesslers syndrom.

I detta scenario, varje kollision skulle skapa mer skräp, orsakar allt fler kollisioner tills rymdmiljön blir lik ett minfält, förbjudet för mänsklig aktivitet i decennier eller längre.

För att undvika denna katastrof, forskare runt om i världen arbetar för att förbättra våra förmågor inom rymdsituationsmedvetenhet (SSA). Det är, förmågan att se och exakt förutsäga beteendet hos objekt som kretsar runt jorden.

UNSW Canberra har gjort en investering på 10 miljoner dollar under fem år för att etablera grunden till nästa generations australiensiska rymdprogram. Boyce är dess ledare och säger att programmet redan vänder på kompetensflykten inom rymdforskning och utveckling som har plågat Australien i decennier.

Programmet har nyligen säkrat mer än $562, 000 från ACT-regeringen under finansieringsprogrammet för nyckelkapacitetområde för att bygga ny infrastruktur; är på väg att underteckna ett kontrakt på 10 miljoner dollar med försvarsdepartementet; och utvecklar snabbt förmågan att designa, bygga och flyga små satelliter med "störande" nyttolaster. Var och en kommer att uppfylla strategiska nationella prioriteringar och ha specifika mål som möter nationella behov – allt från övervakning av klimatförändringar till säker kvantkommunikation och SSA.

Trots internationella ansträngningar för att spåra skräp, det finns fortfarande stora luckor i vår förståelse av hur dessa objekt beter sig i rymden. Beroende på ett objekts storlek eller form, spårningssystem kanske bara har "ögon" på sig i sekunder åt gången, säger Boyce. Jobbet är att sedan förutsäga omloppsbanan och återfå objektet längs spåret.

"Men osäkerheterna i att förutsäga omloppsbanorna är betydande. Objekt kan glida i sidled och upp och ner med kilometer varje dag, " säger han. I den sällsynta atmosfären med låg omloppsbana om jorden – höjder mellan cirka 300 och 2, 000 kilometer – rymdobjekt slår in i olika molekyler, atomer och joner, varvid effekten byggs upp för att orsaka betydande kursavvikelser.

"Det vetenskapliga samfundet förutsäger inverkan av dessa effekter ganska dåligt, säger Boyce, och resultatet är att banor och möjliga kollisioner också förutspås dåligt. Det är då skräp utgör den största risken, eftersom lantmätare inte kan varna satellitoperatörer med någon säkerhet om deras rymdfarkoster är i skottlinjen.

Boyce och hans team vill ta bort gissningarna. De har byggt en kod för att modellera krafterna som laddade joner utövar på rymdobjekt. "Det normala antagandet är att laddade partiklar har exakt samma effekt som neutrala partiklar som atomer och molekyler när det gäller att orsaka motstånd, säger Boyce.

"Men det är inte alls sant.

"Vi börjar öppna upp ett nytt område inom flödesfysik, och att visa några av de möjliga källorna till avvikande beteende som ingen har kunnat förklara tidigare." Med en flotta av små rymdfarkoster snart under dess kommando, teamet kommer att kunna få "riktiga valideringsdata i omloppsbana".

Ägarinsatserna

Australien förlitar sig kritiskt på rymdhärledd data, för allt från nationell säkerhet och katastrofhantering, till miljöövervakning och resurskartläggning, men det har inte suveränitet över att erhålla dessa uppgifter, säger Boyce.

"Australien ses alltmer som frilastning i den internationella sektorn, " säger han. "Vi får all vår data mer eller mindre gratis och det har varit en lycklig situation för oss. Men det börjar sakta ta slut."

En inhemsk rymdkapacitet, Boyce säger, kan öppna möjligheter för Australien att ta del av den exploderande rymdmarknaden, som genererade uppskattningsvis 300 miljarder USD i globala intäkter 2014, enligt en rapport från Space Foundation.

Vaknade från en period av relativ passivitet, den federala regeringen – i slutet av 2015 – krävde en översyn av Space Activity Act, och har börjat ta bort regulatoriska hinder som hindrade australiska enheter från att skjuta upp satelliter och operera i rymden. En av de första förmånstagarna var en STEM-utbildningsstartup som heter Cuberider, medgrundat av UNSW ingenjörsstudent Solange Cunin. I december, den lanserade landets första nyttolast till den internationella rymdstationen.

"Under de senaste åren, det nationella samtalet i Australien om rymden har förändrats totalt, " säger professor Michael Frater, UNSW Canberra rektor. "Det vi ser nu, i hela regeringen, är en förståelse för att det är ytterst viktigt för Australien att operera i rymden, både ur säkerhetssynpunkt och ekonomiskt. Vi tar lite ära för det.

"Vi vill att Australien ska ha en riktigt levande rymdindustri som inkluderar betydande aktiviteter i rymden och vi vill ha en ledande roll i att få det att hända."

Två år in i femårsplanen, initiativet ligger före schemat. Boyce säger:"Vi har nu den största rymdkapaciteten av något universitet i landet, och det största rymdteamet", inklusive en handfull inhemska rymdforskare och ingenjörer som tagits tillbaka från utlandet. "Jag skulle säga att det är den mest omfattande samlingen av rymdtalanger i Australien för rymduppdrag, utveckling och drift."

Dr Tony Lindsay, som arbetat med Defense Science and Technology (DST) Group i 28 år och nu är chef för Lockheed Martins STELaRLab, säger Boyce och ledarteamet på UNSW Canberra har visat att de förstår paradigmskiftet i möjligheter för Australien som uppkomsten av små satelliter innebär.

"Deras största dygd är att de har varit avgörande. De insåg att världen förändrades, att Australien hade en betydande nivå av latent kapacitet i området, och de har rört sig snabbt för att ta en ledande position inom samhället. De samarbetade tidigt för att dra nytta av försvarets befintliga program, och visade att de kunde sätta ihop ett kvalitetsteam på kort tid."

Disruptiva förmågor

Åtta rymdfarkoster planeras för närvarande genom UNSW Canberra Space, med fem helt finansierade. Den första, kommer att flyga i mitten av 2017, är en del av Buccaneer-programmet med DST Group. Förutom att förbättra SSA-kapaciteten, denna lilla satellit kommer att utföra kalibreringsexperiment för Australiens världsledande, Jindalee Operational Radar Network (JORN) över horisonten från låg omloppsbana om jorden.

Tre rymdfarkoster planeras med Royal Australian Air Force (RAAF), och en annan med Storbritanniens RAL Space som kommer att använda speciella lasersensorer för att detektera metaninnehåll i den övre atmosfären, ge värdefulla bidrag till klimatvetenskapen.

En utveckling som Boyce och hans team är mycket entusiastiska över är deras vägkarta för att skjuta upp satelliter utrustade med australiensiskt utvecklad kvantteknologi. Dessa inkluderar sensorer med kall atom för ultraexakta mätningar av tid, positionering, acceleration och gravitation, under utveckling vid Australian National University (ANU), och kvantkommunikationsteknik, som kommer att vidarebefordra ultrasäker information via ljus, antingen mellan satelliter i rymden, eller mellan satelliter och markstationer.

Steg ett är ett "pathfinder-projekt" med National University of Singapore, som redan har rymdfärdig kvanthårdvara, säger Boyce.

"Tillsammans siktar vi på att vara de första att demonstrera i omloppsbana, utbyte av kvantkrypterad information från en rymdfarkost till en annan, och för att se hur långt ifrån varandra vi kan få rymdfarkosten och fortfarande behålla den säkra länken." I väntan på den nästan avslutade förstudien, och sedan säkra finansiering, uppdraget kan flyga 2019.

Förutom sina planerade uppdrag, UNSW Canberra har lanserat två nya grader, en Master of Space Engineering och en Master of Space Operations. Det utvecklar en markstation för att skicka och ta emot kvantkrypterad kommunikation, och bygger en toppmodern designanläggning för rymduppdrag. Detta kommer att effektivisera uppdrag, och fungera som ett utbildningsnav för partners från industrin, regering och forskningsinstitut.

"Vi kommer att vara värdar för en nationell anläggning, i framkanten av, förhoppningsvis, varje rymduppdrag som Australien gör, ", säger Boyce. "Det sätter UNSW i en mycket strategisk position."

Vägen till Canberra

Himlen lockade alltid för Boyce. Uppväxt i Papua Nya Guinea och Sydney, han drömde om att bli RAAF-pilot.

När flygande stridsflygplan var utom räckhåll, Boyce tog en kandidatexamen vid ANU, förtjänar universitetsmedaljen i fysik. Han stannade kvar för att avsluta en doktorsexamen i hypersonic – vetenskapen om luft och rymdfarkoster som färdas betydligt snabbare än ljud, vid hastigheter över 5 Mach.

Hans första akademiska tjänst var vid UNSW Canberra med start 2001, och han klämde in lite flygträning, komma till punkten att flyga solo. Han säger att erfarenheten gav honom "street cred när han lärde ut aerodynamik till ADFA:s toppvapenkohort."

Efter nästan sju år på UNSW Canberra, Boyce tillträdde stolen för hypersonic vid University of Queensland, där han så småningom skulle bli chef för SCRAMSPACE, universitetets internationella program på 14 miljoner dollar för att bygga och testflyga en hypersonisk scramjetmotor.

Det var en banbrytande, men olyckligt projekt. Scramjetnyttolasten avfyrades från ett norskt raketområde i polcirkeln i september 2013. Nästan omedelbart efter start, Boyce visste att något var fel. Raketen var tänkt att bära scramjeten till en höjd av 350 kilometer, där den skulle börja sin nedstigning. Men vid bara 1, 500 meter började raketen vingla våldsamt, blöder en spiral av vit rök.

"När jag tittade upp var allt jag kunde se detta korkskruvsmönster, och jag visste direkt att det var slutet på flygningen, säger Boyce. Minuter senare, scramjet-nyttolasten tog en näsdopp i det kalla havet, bara några kilometer från uppskjutningsområdet.

Teamet lärde sig i efterdyningarna, att deras testflyg kapades av en defekt motor i en av raketerna. Scramjeten var redo att flyga, bevisas av de uppgifter som den samlade in, men en otur bortom lagets kontroll gjorde att det aldrig kunde nå maxhastigheten.

Några månader innan lanseringen, Boyce hade deltagit i en workshop som ordförande för Australian Academy of Sciences National Committee for Space and Radio Science. Huvudtalaren var uppdragsledaren för SSA med US Air Force Research Laboratory.

Han menade att rymdskrotets oregelbundna beteende var en av de stora utmaningarna för användningen av rymden, och krävde att folk skulle "trappa upp" för att skapa en "high-fidelity, fysikbaserad" lösning.

"Jag insåg att det här är precis vad jag gör med hypersonic - det är bara med högre hastigheter och högre höjder, " minns Boyce, som sedan sökte till Chair of Space Engineering vid UNSW Canberra och anställdes för att börja strax efter SCRAMSPACE.

För Frater, Boyce var ett självklart val:"Att regissera ett program som detta, du behöver någon som är ledande när det gäller den forskning de gör, men kan också bygga de nätverk som krävs för att göra något stort och ambitiöst, " säger Frater. "Russell är den absolut idealiska personen att leda laget."

En hållbar rymdindustri

Det är mycket som åker på Boyces axlar, men han har bara garanterad finansiering till 2019. Utöver det, han måste se till att UNSW Canberra Space är självförsörjande.

Oväntade 10 miljoner dollar från försvaret är uppmuntrande, och fler kontrakt kan vara på gång, men det finns en känslig balans att göra. Medan han fokuserar på strategiska partnerskap, Boyce vill inte att hans team ska fungera som ett konsultföretag och riskera att förlora immateriella rättigheter.

"Vi spelar mer av ett långt spel så att vi kan sluta bli mer jämställda partners i rymduppdrag, istället för att äta från resterna från bordet, " säger han. "Det här handlar om mer än bara UNSW Canberra eller något uppdrag, " säger han. "Det handlar om att bygga en hållbar inhemsk rymdkapacitet, att kunna göra det med våra egna händer, istället för att överlåta det till andra."

Det är på tiden.

Övertygande vision

Exil är inte ett ord man ofta hör i samband med universitetsutbildning, men det är precis det som rymdsystemingenjören Douglas Griffin, programansvarig för rymdflyget vid UNSW Canberra, fann sig själv märkt med efter sin doktorsexamen i hypersonic 1995.

Efter att ha tagit sin doktorsexamen från University of Queensland fick Dr Griffin veta av sin handledare, den framstående professor Ray Stalker, att om han "ville stanna inom high tech så var han tvungen att åka utomlands".

"Han använde faktiskt termen "självpåtagen exil" - eftersom det inte fanns något för mig i Australien, " minns Griffin. Med siktet inställt på rymden, han åkte till Europa och tillbringade tre år i Italien på ett statligt labb och ett privat företag, ägs nu av Thales.

2001 flyttade han till Rutherford Appleton Laboratory (RAL Space) i Storbritannien, där han ledde utvecklingen av kameror för Europeiska rymdorganisationens största astronomi rymdteleskop, och för byråns Solar Orbiter, som kommer att ta sig in i Merkurius och Venus banor för att ta några av de mest detaljerade bilderna av solen.

Det var något av ett "karriärspel" att återvända till Australien där "utrymmet hade varit obefintligt" men han tvingades av "visionen som Boyce målade upp".

"Det här är inte bara leksaksuppdrag, gjort för att bygga en rymdfarkost, " säger han. "Det här är riktiga rymduppdrag med intressanta mål."

"Russell är en storbildsperson – det han gör så bra är att inspirera en vision och kommunicera den till människor, och han får dem att köpa in sig i det. Det är en av hans styrkor."