Rośnie liczba tzw. kosmicznych śmieci. Czy stwarzają realne zagrożenie?

Kosmiczne śmieci (ang. space debris), czyli kosmiczny gruz, to nie tylko wszelkie niedziałające już satelity czy pojazdy, ale również maleńkie odpryski farby czy zestalone ciecze - które przeszły ze stanu ciekłego w stan stały.

Według Space Environment Statistics (ESA), od 1957 r., kiedy został wystrzelony radziecki Sputnik-1, w kosmos poleciało ponad 6,1 tys. rakiet, które umieściły ok. 12 tys. satelitów. Dokładnie 7 550 z nich wciąż jest na orbicie. Liczba kosmicznych śmieci skatalogowana i monitorowana przez Space Surveillance Networks obejmuje ponad 292 tys. obiektów. ESA szacuje również, że na orbicie dryfuje milion elementów w rozmiarze 1-10 cm i aż 330 milionów mniejszych niż centymetr. Pędzą one po orbicie z ogromną prędkością i mogą stanowić realne niebezpieczeństwo kolizji. Kilogramowy element lecący z prędkością 7 km/sek. wyzwala energię równą eksplozji 6 kg trotylu.

Coraz lepsze monitorowanie

W 1978 r. naukowiec NASA Donald Kessler wysnuł hipotezę, że rosnąca liczba obiektów w kosmosie doprowadzi do reakcji łańcuchowej w postaci rosnącej liczby kolizji. Te miałyby z kolei generować więcej i więcej śmieci. W rezultacie na zatłoczoną orbitę nic nie będzie już można wystrzelić. Podobny problem pokazuje film „Grawitacja” (reż. Alfonso Cuarón, 2013), w którym dwójka astronautów walczy o przetrwanie, gdyż ich stacja została uszkodzona przez szczątki satelity.

- Kosmiczne śmieci wkrótce rzeczywiście mogą stać się sporym wyzwaniem. Wysyłamy coraz więcej satelitów, które wykonują rozmaite pomiary, monitorują pogodę, a nawet dostarczają internet. Jednocześnie orbita okołoziemska jest coraz lepiej monitorowana. Jeszcze nieco ponad dziesięć lat temu radary amerykańskiego Departamentu Obrony mogły wyśledzić obiekty z dokładnością do kilkuset metrów. Teraz „widzą” z dokładnością do 10 cm. Niektóre elementy są jednak tak małe, że trudno dostrzec je z Ziemi. W związku z tym ESA planuje w 2025 r. wystrzelić teleskop, który będzie w stanie wychwycić nawet kilkumilimetrowe obiekty - wyjaśnia Sławek Małkowski, Inżynier Systemów w SatRevolution, polskiej firmie, która tworzy nanosatelity i wysyła je w kosmos.

Samospalenie odpowiedzią na bałagan w kosmosie?

Międzynarodowe agencje kosmiczne już od lat 90. tworzą specjalne instruktaże, jak skutecznie omijać kosmiczne śmieci, a twórcy statków i satelitów projektują je tak, by minimalizować ryzyko zaśmiecenia orbity.

- Satelity produkowane są w coraz mniejszych rozmiarach, najczęściej w standardzie CubeSat, z elementów COTS, czyli ogólnodostępnych komercyjnych komponentów. Obniża to koszty produkcji i definiuje czas życia komponentów na maksymalnie 5 lat. Większość misji wysyłana jest na niską orbitę okołoziemską, która jest stosunkowo tanią destynacją, przez co krótki czas misji jest nadal opłacalny. Na tej wysokości wciąż istnieje szczątkowa atmosfera, co sprawia, że w przeciągu 5 lat satelita umieszczony na takiej orbicie, naturalnie zdeorbituje. Na nieco wyższych orbitach, powyżej 700 km, aby zdeorbitować w racjonalnym czasie urządzenia potrzebują dodatkowego napędu, np. jonowego - dodaje Małkowski.

W kolejnej misji polska spółka SatRevolution zamierza przetestować napęd zasilany wodą, który umożliwi lepszą kontrolę położenia satelity na orbicie. W sytuacji krytycznej pozwoli to np. uniknąć potencjalnej kolizji. W przypadku wspomnianej misji na wyższej orbicie, silnik tego typu również umożliwi skuteczną deorbitację. Udało się to w przypadku Światowida, satelity stworzonego przez SatRevolution. Po wystrzeleniu w 2019 r., w marcu tego roku satelita uległ samospaleniu.

Obecnie wszystkie nowe satelity ESA wyposażane są w systemy pozwalające na deorbitację. Japońscy naukowcy idą jeszcze o krok dalej - konstruują statek kosmiczny z… drewna. Ma to zmniejszyć emisję toksycznych substancji powstałych w wyniku deorbitacji i spalenia.

Sprzątanie krok po kroku

Branża kosmiczna odnosi się do problemu śmieci w kosmosie w sposób powściągliwy. Przestrzeń niskiej orbity jest tak rozległa, że niedziałający nanosatelita (CubeSat), jest jak ziarnko piasko na środku stadionu. Największe wyzwanie stanowi posprzątanie śmieci już krążących po orbicie. Agencje kosmiczne i prywatne firmy wychodziły z rozmaitymi propozycjami, takimi jak harpuny czy sieci, przy pomocy których można by przeciągnąć obiekt do ziemskiej atmosfery.

- Tego typu operacje są nie tylko bardzo kosztowne. Stwarzają również ryzyko, że użyta technologia może w trakcie swoich testów zawieść i w efekcie wygenerować jeszcze więcej odłamków, nad którymi nie będziemy mieli już żadnej kontroli. Wystąpienie lawinowej generacji odłamków kosmicznych skończyłoby się katastrofą dla wszystkich obiektów na orbicie - mówi Sławek Małkowski z SatRevolution. - Warto też podkreślić, że obecnie brakuje specjalnego organu zarządzającego ruchem w kosmosie. Odpowiedzialność jest rozproszona, gdyż poza Ziemią nie ma granic. Dlatego, w naszej ocenie korzystniej jest przeznaczyć środki na tworzenie przemyślanych i przyjaznych przestrzeni kosmicznej rozwiązań - podsumowuje Sławek Małkowski.

Ostatecznie decyzją ESA pierwszym przełomowym krokiem w kierunku sprzątania kosmosu będzie misja ClearSpace-1. W jej ramach kosmiczny śmieć ma zostać przechwycony przy pomocy specjalnego chwytaka, by następnie spłonąć w atmosferze. Za cztery lata planowane są testy polegające na złapaniu ponad 100-kilogramowego adaptera ładunkowego Vespa, krążącego po orbicie od 2013 r.

W poszukiwanie rozwiązań ograniczających liczbę kosmicznych śmieci zaangażował się także zespół akademicki z Politechniki Warszawskiej. Zadaniem satelity PW-Sat2 było przetestowanie tzw. żagla deorbitacyjnego. Misja się udała - żagiel został otwarty, gdy satelita odebrał sygnał z poleceniem z Ziemi. Zakładano, że deorbitacja nastąpi po kilku miesiącach, jednak rozdarcie żagla opóźniło proces o 2,5 roku. Bez niego satelita zostałby na orbicie przez niemal 15 lat.