Śmietnik w nieważkości

Przestrzeń kosmiczna wokół Ziemi staje się spektakularnym śmietnikiem. Podczas zakończonej 25 kwietnia w Darmstadt w Niemczech 6. konferencji europejskiej poświęconej odpadom kosmicznym przedstawiono raport ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej) zawierający alarmujące liczby.

Wokół globu krąży aktualnie 29 tys. odpadów wielkości ponad 10 cm, 670 tys. wielkości 1 cm i ponad 170 mln milimetrowych. W sumie na orbicie znajduje się 6500 ton kosmicznych śmieci. Nikt nie wyrzuca w przestrzeń opakowań po żywności, ani zużytych części z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ISS, zatem skąd się biorą orbitalne śmiecie?

Po kolizji jednego z martwych rosyjskich satelitów z czynnym Iridium Communication Inc. powstało ok. 1500 szczątków pędzących z prędkością 7,7 km/sek. Po nieudanej próbie wystrzelenia chińskiego satelity, z urządzenia i rakiety pozostało na orbicie 150 tys. odłamków. Niespełna rok temu, w sierpniu 2012 roku nie udała się próba rosyjskiej rakiety Proton, która nie zdołała wynieść ładunku na orbitę geostacjonarną. Na wysokości 400 km jeden z silników zgasł, ciężkie satelity stały się wrakami, nad którymi nikt nie sprawuje kontroli. Po dwóch miesiącach wybuchło niezużyte paliwo w ostatnim członie rakiety. Po eksplozji powstał obłok złożony prawdopodobnie z setek tysięcy fragmentów wielkości od milimetra do metra.

Według danych sztokholmskiego Instytutu Badań nad Pokojem, na wysokości od 800 do 1000 km krąży około 370 tys. rozmaitych odpadów. Strefę tę monitoruje NASA, ponieważ znajduje się w niej 120 „ważnych" (wojskowych) satelitów. Niestety, z monitorowania tego niewiele wynika, bowiem nie ma sposobu na zapobieganie kolizjom. Tymczasem okazji do zderzeń jest coraz więcej, skoro przybywa śmieci. Obiekt wielkości 10 cm jest w stanie całkowicie zniszczyć statek kosmiczny. Taką niszczycielską siłę może mieć nawet ułamek wielkości jednego centymetra pędzący z prędkością 50 tys. km/godz. Efekt uderzenia w Międzynarodową Stację Kosmiczną przypominałby wybuch granatu, na co stacja ani żaden inny satelita absolutnie nie jest przygotowany.

– Niszczenie satelitów przez śmiecie kosmiczne jest reakcją łańcuchową. Jeśli w porę nie zostanie przerwana, doprowadzi do tego, że pewnego dnia, pozornie bez powodu, przestaną działać telefony komórkowe, telewizja, GPS, nie będzie prognozy pogody. Któregoś dnia dowiemy się o tragedii w kosmosie, o śmierci astronauty pracującego na zewnątrz stacji, któremu satelitarny odłamek uszkodził skafander – ostrzega raport NASA przedstawiony Kongresowi USA.

6500 ton taka masa kosmicznych śmieci – według danych ESA – orbituje wokół naszej planety

W 2011 roku 8-tonowy Envisat, satelita do badań geofizycznych Europejskiej Agencji Kosmicznej znalazł się na kursie kolizyjnym ze zużytym, blisko czterotonowym członem chińskiej rakiety. Udało się przesunąć Envisat o 50 m, dzięki czemu nie doszło do powstania setek tysięcy ułamków, które rozbijałyby kolejne obiekty w reakcji łańcuchowej. Już w 1978 roku przed takim scenariuszem ostrzegał amerykański naukowiec Donald Kessler (stąd tzw. syndrom Kesslera).

– Gdyby nawet w ogóle zaprzestać lotów kosmicznych, to i tak istnieje prawdopodobieństwo, że w ciągu najbliższych 200 lat dojdzie do 20 zderzeń, syndrom Kesslera powtórzy się 20 razy. Ale przecież lotów kosmicznych nie zaprzestaniemy, dlatego wkrótce straty spowodowane w kosmosie przez śmiecie przewyższą korzyści płynące z umieszczania na orbicie rozmaitych urządzeń, głównie telekomunikacyjnych. Tylko w ostatnich latach zanotowano 250 kolizji i eksplozji – ostrzega Heiner Klinkrad, dyrektor biura do spraw odpadów orbitalnych Europejskiej Agencji Kosmicznej.

Nie są to ostrzeżenia przesadzone. Ślady po uderzeniach miniaturowych odprysków farby z powłoki urządzeń satelitarnych obserwowano wielokrotnie na amerykańskich promach kosmicznych. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna jest największym sztucznym obiektem w kosmosie i dlatego jest najbardziej narażona na kolizje. Z tego powodu na zewnątrz stacji zamontowano specjalne osłony. Jednak chronią one tylko przed kosmicznym „drobiazgiem". Na razie jedynym sposobem unikania kolizji z większymi obiektami jest zmiana położenia stacji, a to jest kosztowne i dezorganizuje działalność ISS.

– Praktycznie jedynym sposobem pozbywania się najgroźniejszych, dużych odpadów byłyby regularne misje w kosmos, aby zabierać z orbity co roku od pięciu do dziesięciu masywnych elementów. W przeciwnym razie to środowisko wymknie się nam spod kontroli – uważa amerykański ekspert Nicholas Johnson pracujący dla NASA.

Już w 2009 roku Biuro ONZ do spraw Przestrzeni Kosmicznej ogłosiło dyrektywy dotyczące redukcji kosmicznego złomu, zaleciło usuwanie nieczynnych satelitów, zużytych członów rakiet nośnych. Dyrektywy te, mimo że słuszne, do dziś pozostają na papierze, kosmiczni potentaci na razie nie wychodzą poza zapowiedzi.

Agencja Zaawansowanych Obronnych Projektów Badawczych Departamentu Obrony USA (DARPA) planuje użycie satelitów wyposażonych w mechaniczne ramiona do chwytania odpadów. Projekt ten o nazwie „Feniks" zakłada budowanie na orbicie z odzyskanych elementów nadających się do powtórnego użycia – nowych satelitów. Według wstępnych założeń, sprzątanie miało się rozpocząć w 2015 roku, ale już teraz wiadomo, że nie dojdzie do tego w tym czasie. Na razie w Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie jedynie „trwają prace nad rozwojem technologii umożliwiających montowanie nowych satelitów z nieczynnych".

Inicjatywa Europejskiej Agencji Kosmicznej nosi nazwę „Clean Space", też odnosi się do roku 2015 i też termin ten nie zostanie dotrzymany. ESA wprawdzie zapowiada, że w ciągu ćwierć wieku z niskiej orbity powinna zniknąć większość odpadów schwytanych w sieci, ale nie informuje o pracach zmierzających w tym kierunku.

Inżynierowie koncernu Boeing zaprojektowali rakietę mieszczącą duży zbiornik wypełniony gazem obojętnym, ksenonem lub kryptonem. Gaz byłby uwalniany specjalną dyszą w pobliżu kosmicznego odpadu. Obłok gazu spowoduje zmniejszenie prędkości, z jaką porusza się kosmiczny śmieć. Redukcja o 0,2 km/sek. wystarczy aby obniżył się, wszedł w atmosferę i spłonął. Rakieta z gazowym pojemnikiem mogłaby sprzątać już na wysokości 100 km. Mogłaby, ale nikt jej nie buduje.

Problem przyciąga także pojedynczych naukowców, wynalazców i pomniejsze laboratoria.

Na przykład, zespół z brytyjskiego Uniwersytetu Surrey zbudował prototyp urządzenia CubeSail, jest to sześcian o boku długości 30 cm, ważący 3 kg. Na orbicie ma rozkładać cienki plastikowy żagiel o powierzchni 25 metrów kwadratowych służący do zbierania kosmicznych śmieci i kierowania ich w stronę powierzchni Ziemi, aby spłonęły w atmosferze.

Naukowcy z Politechniki Warszawskiej zaprojektowali PW-sat o wymiarach 10 x 10 x 11,3 cm. Na europejskich uczelniach zbudowano jeszcze sześć analogicznych urządzeń. Służą one do testowania sposobu usuwania z orbity śmieci. Urządzenia te rozwijają ogon długości 100 cm, dzięki niemu przy wchodzeniu w atmosferę zwiększa się tarcie i obiekt ulega spaleniu.