Kesslerjev sindrom: Počasi se ujamemo pod okrilje vesoljske smeti

Septembra 2019 sta bila dva satelita približno 200 milj nad površjem planeta zooming drug proti drugemu z vrtoglavo hitrostjo 32.000 milj na uro. Eden je bil satelit za opazovanje Zemlje Aeolus Evropske vesoljske agencije (ESA), drugi pa eden od SpaceX-ovi sateliti Starlink, in ker oba hitita proti istemu območju vesolja, so znanstveniki ocenili verjetnost 1 proti 1000, da bosta trčila.

Ameriške zračne sile so opazile, da se dva satelita usmerjata drug proti drugemu, in opozorile obe organizaciji, a zaradi tega, kar je SpaceX opisal kot "napako" v svojih komunikacijskih sistemih, ni hotelo ukrepati. Če bi se satelita zrušila, bi bila oba popolnoma izbrisana - in udarec bi odvrgel milijone majhnih in velikih kosov odpadkov, ki bi se vrteli v vesolje. Predstavljajte si začetni prizor iz

film Gravitacija, in zdaj to povečajte za red velikosti.

Na srečo za vse nas je ESA uspela manevrirati s svojim satelitom, da bi se izognila trčenju, in oba satelita zdaj varno nadaljujeta pot v svoji orbiti. Vendar pa ta tesni klic kaže, kaj se lahko zgodi, ko je prostor preveč poln. Ko na tisoče ali celo milijone predmetov leti okoli našega planeta z ogromnimi hitrostmi, je možnost trkov velika.

Raziskali smo, kakšne so posledice vseh teh vesoljskih odpadkov, ki lebdijo v vesolju, in dobili informacije od Donalda Kessler, nekdanji Nasin višji znanstvenik za raziskave orbitalnih odpadkov in eden vodilnih svetovnih strokovnjakov za vesolje ostanki.

Past smeti

Ko se satelit pokvari, na splošno nihče ne gre v vesolje, da bi ga popravil. Ko raketa odvrže eno od svojih stopenj, stopnja lebdi, kamorkoli je izstreljena. In ko se dva predmeta v orbiti udarita drug v drugega, lahko proizvedeta dobesedno milijone majhnih delcev, ki odletijo v vesolje in na koncu obkrožijo Zemljo.

Ves ta zavrženi material je skupno znan kot vesoljski odpadki. To je smeti, ki smo ga pustili v vesolju okoli našega planeta in vsako leto raste.

V poznih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, ko so se raziskave vesoljskih odpadkov šele začenjale, je Kessler predlagal strašljivo možnost: da bi jih nekega dne lahko bilo toliko smeti v nizki zemeljski orbiti, da bi se trki vrstili, dokler ni bilo težko ali nemogoče izstreliti satelite, ne da bi jih zadeli ostanki. V bistvu bi postali ujetniki na lastnem planetu in ne bi mogli kriviti nikogar drugega kot sebe.

Trčenja so se že zgodila in verjetno se bodo še zgodila

Če bi se slišale skrbi glede odpadkov ali morebitnega trka satelitov SpaceX in ESA preveč napihnjen, velja omeniti, da so sateliti v preteklosti trčili z grozljivimi posledice.

Leta 2009, trčila sta dva satelita z osupljivo hitrostjo 11.700 metrov na sekundo (26.000 milj na uro), ne samo da uniči oba objekta, temveč tudi razmaže ogromno polje odpadkov po njunih dveh orbitah in naprej. Eden od satelitov je bil del konstelacije komunikacijskih satelitov Iridium, eden pa je bil deaktivirani satelit Kosmos ruskih vesoljskih sil. Satelit Kosmos je bil zavržen in ostal v orbiti v času, ko je malokdo resno jemal grožnjo ostankov.

Ta incident je ljudi prebudil do resnosti grožnje, ki jo predstavljajo razbitine. Ne samo, da bi lahko uničil drage satelite, ampak je trk še poslabšal težavo: NASA je ocenila, da dogodek ustvaril 1000 kosov ruševin večji od 10 centimetrov, ki bi lahko še tisoče let ogrožal druge satelite.

Odpadki ogrožajo Mednarodno vesoljsko postajo in vesoljski teleskop Hubble

Ko gre za prenatrpanost prostora, je treba upoštevati dve glavni vprašanji. Prvi je, kako lahko vesoljski odpadki vplivajo na plovila, ki so že v orbiti okoli Zemlje, kot je Mednarodna vesoljska postaja (ISS). ISS leži v zelo nizki zemeljski orbiti, na povprečni nadmorski višini 330 kilometrov (205 milj), kar jo postavlja sredi množice vesoljskih odpadkov. ISS je še posebej občutljiva na udarce odpadkov, ker je tako velika, zato je morala biti zasnovana tako, da prenese udarce odpadkov, velikih do 1 cm.

Da bi obvladal grožnjo drugih odpadkov, ISS opazuje morebitne udarce in se umakne s poti. "Vesoljska postaja je bila prva, ki je začela izvajati manevre, da bi se izognila vsemu, kar bi se ji približalo," Kessler je pojasnil, "toda težava s temi manevri je, da ne morete predvideti, da bo prišlo do trk. Natančnost sledenja je dovolj natančna, da povemo, da bo nekaj peljalo mimo vas neprijetno blizu in da obstaja verjetnost trka. Torej bodo izvajali manevre v teh okoliščinah.«

V primeru ISS je pomembno biti še posebej previden, ker je tako velika in ker so ogrožena človeška življenja. Upoštevati je treba tudi vse druge objekte v nizki zemeljski orbiti, kot je teleskop Hubble, ki kroži na približno 545 kilometrih (340 milj) in druge misije s posadko in brez nje. In to niti ne omenjam vseh satelitov, ki se nahajajo na višji geosinhroni orbiti, kjer je prav tako problem odpadkov.

Ali lahko odpadki postanejo tako hudi, da popolnoma preprečijo izstrelitve satelitov?

Drugo vprašanje, ki ga je treba upoštevati, je, kako bodo odpadki vplivali na prihodnje izstrelitve. Kar zadeva potovanje na oddaljene planete, ko pustite Zemljo za seboj, potujete skozi polje odpadkov za tako kratek čas, da je manj verjetno, da bo povzročilo težave. Težava nastane, ko pogledate predmete, ki trajno ostanejo v poljih odpadkov, kot so sateliti in vesoljske misije s posadko ali brez posadke.

"Ulico lahko prečkate veliko varneje, kot da živite sredi nje," pojasnjuje Kessler.

Trenutno se o tem vprašanju večinoma razmišlja z vidika ekonomije. V bistvu bo izstrelitev satelitov vedno dražja, ko bo odpadkov vse več. Toda kaj se bo zgodilo čez to, je zaradi pomanjkanja raziskav o tej temi še vedno neznanka.

"Nihče ni nikoli našel odgovora na vprašanje, kako slabo okolje je preslabo [da bi bile možne izstrelitve satelitov]?", je dejal Kessler. Bistvenega pomena je, da dobimo odgovor na to vprašanje, preden bomo lahko prepričani, kdaj nam bodo vesoljski odpadki preprečili, da bi v celoti izstrelili predmete v orbito.

Da bi odpravili težavo, potrebujemo agresivno ukrepanje zdaj

Če želimo odpraviti to težavo, ne moremo kar stiskati pesti in upati na najboljše. Kessler pravi, da je za resno reševanje vprašanja odpadkov potrebno "bolj agresivno ukrepanje."

Najbolj pereče vprašanje je zakonodaja. Obstajajo dogovorjene smernice o zmanjševanju razbitin, kot je smernica, da vse, kar je izstreljeno v orbito pod 2000 kilometri (1240 milj) mora ponovno vstopiti v atmosfero, da zgori v 25 letih svoje misije dokončanje. To nalaga odgovornost za odstranitev predmetov podjetju ali agenciji, ki jih lansira.

Toda v sedanjem stanju so to smernice in ne zakoni. Kessler predlaga, da bi morali smernice o odstranjevanju odpadkov spremeniti v pravila in naložiti kazni organizacijam, ki jih ne upoštevajo. To bi spodbudilo ljudi, da jim sledijo v korist vseh.

Vendar pa morda ne bo dovolj, da bi vsi upoštevali trenutne smernice. "Bilo je kar nekaj študij, ki so prišle do istega zaključka: tudi če bi vsi sledili pravilom, to ne bi zadostovalo za zaustavitev rasti naplavin," je dejal Kessler. To je zato, ker se trki še vedno dogajajo in ustvarjajo vedno več majhnih kosov odpadkov.

To je razlog, da potrebujemo drugi korak: odstraniti največjih 500 kosov odpadkov iz orbite. To so veliki kosi, ki jim je relativno lahko slediti in za katere vemo, da predstavljajo največjo nevarnost. In tu nastopi nova tehnologija.

Nove tehnologije nam lahko pomagajo razčistiti naše dejanje

Kessler je pokazal na članek NASA-inih raziskovalcev J.C. Liou in N.L. Johnson iz leta 2006, ki je preučeval, kaj bi bilo potrebno za čiščenje vesoljskih odpadkov. "Če bi začeli naslednje leto in v naslednjih 100 letih odstranili pet predmetov na leto," je dejal Kessler, "bi to stabiliziralo orbitalno okolje."

Vendar pa je pridobivanje velikih predmetov iz orbite izjemno zahtevno. »Ti predmeti niso bili zasnovani, da bi jih prijeli,« je pojasnil Kessler, »in veliko se jih vrti. Preden lahko zgrabite predmet, morate ustaviti vrtenje. In nekateri od teh so veliki kot šolski avtobusi.«

Eden od predlogov, kako se spopasti s to težavo, je vzpostavitev obrata za satelitske storitve, kjer bodo sateliti bi jih lahko vzdrževali in popravljali, da bi podaljšali njihovo življenjsko dobo in s tem ustvarili daljše časovno obdobje, preden postanejo smeti. Isti objekt bi lahko uporabili celo za spuščanje predmetov iz orbite, ko ne bi bili več potrebni.

V pripravi so tudi druge ideje, kako očistiti ruševine, kot je Odstranite satelitski projekt DEBRIS ki preizkuša metode za zajemanje odpadkov, vključno z mrežami, harpunami in navigacijo na podlagi vida. Tudi Evropska vesoljska agencija preiskovanje odstranjevanja ruševin skupaj s podjetjem Astroscale tako, da eksperimentirajo z dodajanjem priklopnega mehanizma satelitom pred izstrelitvijo, da bi lažje ujeli tistega, ki so ga upokojili.

Mednarodno vprašanje, ki zahteva mednarodno sodelovanje

Tako kot izziv podnebnih sprememb je tudi problem vesoljskih odpadkov mednarodno vprašanje, ki bo zahtevalo mednarodno sodelovanje. Če želimo še naprej uporabljati vesolje za znanstvene raziskave, pa tudi za omogočanje tehnologij, kot so komunikacije in GPS, morali bomo najti način, da popravimo nekaj škode, ki smo jo že naredili – pa tudi najti nove rešitve za prihodnost.

Čeprav verjetno ne bomo obstali na Zemlji in popolnoma izgubili sposobnost potovanja na druge planete kmalu bi lahko obstoječe polje odpadkov okoli planeta neposredno vplivalo na našo sposobnost študija prostora. "Kar bo najbolj bolelo, ni izguba dostopa do drugih planetov, ampak izguba teleskopa Hubble," je dejal Kessler. »Sčasoma bi lahko postal le del razbitin. Ogrožena je naša znanstvena radovednost."

Priporočila urednikov

• Predmet v velikosti avtomobila, ki ga je naplavilo na obalo, je lahko vesoljska smeti
• Vesoljska postaja se je v ponedeljek zvečer prisiljena izogibati orbitalnim odpadkom
• Dokumentarni film SpaceX o zgodovinski misiji je prišel na Netflix
• NASA oceni tveganje, ko se smeti iz stare rakete odpravijo proti vesoljski postaji
• Gremo na rdeči planet! Vse pretekle, sedanje in prihodnje misije na Mars