Grawitacja nie posprząta

Skąd się biorą kosmiczne śmiecie? Przecież z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej nikt nie wyrzuca puszek po konserwach, wszystko, co jest zużyte, transportuje się na Ziemię?

Gdy doszło do kolizji jednego z martwych rosyjskich satelitów z czynnym Iridium Communication Inc, powstało około 1500 szczątków pędzących z prędkością 7,7 km/s. Gdy podczas testowania chińskiej rakiety uszkodzony został chiński satelita, pozostało z niego 150 tys. odłamków.

Najnowszy wypadek tego rodzaju to niedawna nieudana sierpniowa próba rosyjskiej rakiety Proton, która nie zdołała wynieść ładunku na orbitę geostacjonarną, na wysokość 36 tys. km; na wysokości 400 km jeden z silników zgasł, ciężkie satelity stały się wrakami, nad którymi nikt nie sprawuje kontroli. Jakby tego było mało, 16 października wybuchło niezużyte paliwo w ostatnim członie rakiety. Po eksplozji powstał obłok złożony – nikt nie wie z ilu, setek, tysięcy fragmentów wielkości od kilku milimetrów do kilkudziesięciu centymetrów. Każdy z nich może uderzyć z wielką prędkością w czynnego satelitę i zniszczyć go.

Reakcja łańcuchowa

A przecież nie o wszystkich tego typu incydentach informowana jest opinia publiczna. Według szacunków dr. Bharatha Gopalaswamy, zajmującego się orbitalnymi śmieciami w ramach programu sztokholmskiego Instytutu Badań nad Pokojem, na wysokości od 800 do 1000 km nad powierzchnią Ziemi krąży około 370 tys. rozmaitych odpadów, w sumie ponad 5 tys. ton. NASA twierdzi, że śledzi 18 tys. tego rodzaju obiektów, ponieważ w tej strefie krąży 120 satelitów. Okazji do zderzeń nie brakuje. Praktycznie każdy odpadek może zniszczyć satelitę, przysparzając kolejnych setek i tysięcy groźnych ułamków. Używany obecnie sprzęt, naziemny oraz instalowany na satelitach, jest w stanie rozpoznawać obiekty o średnicy większej niż 5 cm na niskiej orbicie okołoziemskiej (do 400 km wysokości) i obiekty o średnicy około 50 cm na orbicie geostacjonarnej, na wysokości 36 tys. km.

„Niszczenie satelitów przez śmiecie kosmiczne jest to reakcja łańcuchowa, która – jeśli jej w porę nie zapobiegniemy – doprowadzi do tego, że pewnego dnia, pozornie bez powodu, przestaną działać telefony komórkowe, telewizja, GPS, nie będzie prognozy pogody. Któregoś dnia dowiemy się także o tragedii w kosmosie, o śmierci astronauty pracującego w przestrzeni, któremu satelitarny odłamek uszkodził skafander" – ostrzega raport Pentagonu przedstawiony Kongresowi USA

Nie jest to ostrzeżenie na wyrost. Ślady po uderzeniach miniaturowych odprysków farby z powłok i urządzeń satelitarnych obserwowano wielokrotnie na amerykańskich promach kosmicznych. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna ISS jest aktualnie największym sztucznym satelitą Ziemi i jednocześnie obiektem najbardziej narażonym na kolizje. Z tego powodu na zewnątrz stacji zamontowano dodatkowo pięć paneli ochronnych. Jednak chronią one przed odpadami nieprzekraczającymi 1 cm. Uniknąć kolizji z większym obiektem można tylko, poruszając stacją.

W 2009 roku Biuro ONZ do spraw Przestrzeni Kosmicznej ogłosiło dyrektywy dotyczące redukcji kosmicznego złomu. Zaleciło usuwanie nieczynnych satelitów i zużytych członów rakiet nośnych. Na razie na dyrektywie się skończyło. Strategia obronna operatorów satelitów polega na poruszaniu nimi w razie niebezpieczeństwa, wykonywaniu uników. Jest ona skuteczna tylko w niewielkim procencie przypadków. Takie postępowanie zmniejsza zapas paliwa dostępny w trakcie misji satelity.

Pewnego dnia pozornie bez powodu przestaną działać telefony komórkowe i TV

Satelita do badań geofizycznych Envisat Europejskiej Agencji Kosmicznej został przesunięty i minął chińską zużytą rakietę w odległości 50 m. Envisat waży 8 ton, człon rakiety 3,5 tony. Z kolizji takich obiektów powstałyby setki tysięcy ułamków, które rozbijałyby kolejne obiekty w reakcji łańcuchowej. Już w 1978 roku przed taką możliwością ostrzegał amerykański naukowiec Donald Kessler (tzw. syndrom Kesslera).

Amerykański ekspert Nicholas Johnson i niemiecki Heiner Klinkrada podkreślają, że 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.

Problem może być rozwiązany, jeśli zajmą się nim największe agencje kosmiczne: amerykańska, europejska, rosyjska, chińska i japońska. Jednak na razie zajmują się nim pojedynczy wynalazcy, naukowcy i pomniejsze laboratoria, w sposób przywodzący na myśl chałupnictwo – przynajmniej w porównaniu z możliwościami agencji kosmicznych.

Co robić?

Na przykład zespół z brytyjskiego Uniwersytetu Surrey zbudował prototyp urządzenia CubeSail, czyli sześcienny żagiel; jest to mały satelita 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 różnych europejskich uczelniach zbudowano jeszcze sześć analogicznych urządzeń, w przestrzeń wyniosła je rakieta Vega. Wszystkie służą do testowania sposobów usuwania śmieci z kosmosu. Po miesiącu orbitowania polski PW-Sat rozwinął ogon długości 100 cm, dzięki niemu przy wchodzeniu w atmosferę zwiększa się tarcie i urządzenie się spala.

W taki lub podobny ogon, w zamyśle polskich badaczy, powinien być wyposażony każdy satelita, aby po zakończeniu misji ogon ciągnął go ku atmosferze i ułatwiał unicestwienie.

Projekty, projekty, projekty

Kosmiczni potentaci na razie nie wychodzą poza zapowiedzi. Agencja Zaawansowanych Obronnych Projektów Badawczych Departamentu Obrony USA (DARPA) planuje użyć minisatelitów do oczyszczania orbity. Byłyby one wyposażone w mechaniczne ramiona do chwytania odpadów. Projekt DARPA zakłada budowanie na orbicie z odzyskiwanych elementów nadających się do wtórnego wykorzystania nowych satelitów.

Projekt ten nosi nazwę „Feniks" – od mitycznego ptaka odradzającego się z popiołów. Zakłada on rozpoczęcie sprzątania tym sposobem w 2015 roku, ale na razie w Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie „trwają prace nad rozwojem technologii umożliwiających montowanie nowych satelitów z nieczynnych".

Inicjatywa Europejskiej Agencji Kosmicznej w tej dziedzinie nosi nazwę Clean Space i też odnosi się do roku 2015. ESA zapowiedziała, że w ciągu najbliższego ćwierć wieku z niskiej orbity powinna zniknąć większość odpadów złapanych w siatki i żagle.