Deorbitacja satelitów to zamiatanie problemu pod dywan. W tle warstwa ozonowa

Największym problem wielkich przedsięwzięć, które mają na celu dobro Ziemi? Nie wszystkich, ale wielu z nich. To jednostronne potraktowanie problemu, co w efekcie prowadzi do szkód nawet większych niż, gdyby tym zagadnieniem się nie zająć. Przykładem jest regulacja ciągów rzecznych, którą kiedyś traktowano jako doskonałe rozwiązanie nie tylko kwestii transportu wodnego, ale też narzędzie do walki z powodziami. Dziś, nauczeni doświadczeniem wiemy, że te działania wcale nie przyniosły pożądanych efektów, powodzie jak się zdarzały, tak się zdarzają, a zamiast korzyści dla otoczenia mamy postępującą degradację ekosystemu.

Podobnie jest w kosmosie, jednakże tym razem mamy szansę zadziałać zanim na poważnie szkody zaczną o sobie dawać znać. Jednak nie będzie to proste, bo problem do rozwiązania to kwestia kosmicznych śmieci na orbicie Ziemi. Stale ich przybywa, a deorbitacja taka jak w przypadku europejskiego satelity ERS-2, nawet jeśli dokładnie kontrolowana (poniżej kolejne etapy niszczenia satelity), nie jest idealnym rozwiązaniem.

Powolna destrukcja panelu słonecznego satelity ERS-2 w trakcie deorbitacji uchwycona na obrazach w podczerwieni. (fot: ESA/Fraunhofer)

Na orbicie jest dużo satelitów? To dopiero początek

Pod koniec 2023 r. na orbicie znajdowało się około 11 tysięcy obiektów, które możemy uznać za satelity. Z tego 9 tysięcy było wciąż aktywnych. W maju 2024 r. liczba tylko Starlinków, które od kilku lat sukcesywnie wynosi na orbitę SpaceX, a których przelotami w początkowej fazie misji tak się emocjonują obserwatorzy nieba, przekroczyła 6 tysięcy. Te tysiące satelitów to dopiero początek. W planach są dziesiątki tysięcy, a potem nawet ponad milion satelitów, głównie telekomunikacyjnych. 

SpaceX obecnie planuje flotę 42 tysięcy Starlinków, inni też operują liczbami od kilku do kilkunastu tysięcy (zarówno firmy z USA jak i Chin). Nawet jeśli tylko cześć w planów zostanie zrealizowana, będziemy musieli liczyć się z konsekwencjami ograniczonego czasu pracy takich satelitów na orbicie, to zwykle około 5 lat. W końcu staną się one nieaktywne i dołączą do chmury wcześniej już powstały kosmicznych śmieci, a operator wyśle w kosmos kolejne. Duża liczba satelitów będzie też owocować rosnącym prawdopodobieństwem zderzeń, co dodatkowo zwiększa liczbę kosmicznych odłamków i utrudnia ich skuteczne śledzenie.

Najbardziej szkodliwe są tu satelity na orbitach niskich, takich do 1000 km nad Ziemią. Starlinki obiegają planetę na wysokości około 500 - 600 km, ale SpaceX chciałoby obniżyć ten pułap. Z bardzo prozaicznego powodu jakim jest szansa na zmniejszenie opóźnień w połączeniach, co docenić mają gracze.

Deorbitacja satelitów nie jest dobrym rozwiązaniem

Satelita nieaktywny, to zazwyczaj taki, nad którym kontrola naziemna nie ma już większej kontroli. Może śledzić jego pozycję, ale brak paliwa lub zasilania na pokładzie uniemożliwia decydowanie o jego pozycji. Taki satelita powoli opada w stronę atmosfery, im niższa orbita tym szybszy jest to proces, aż w końcu ulega spaleniu.

Deorbitacja to proces kontrolowany, czyli podejmowane przez naziemną kontrolę wprowadzenie satelity w atmosferę, by dokonać jego zniszczenia. Teoretycznie to sposób na bezpieczne usuwanie z orbity obiektów, które w przyszłości mogą stać się zagrożeniem. Deorbitację można przeprowadzić z pomocą silników satelity, w przypadku europejskiego ERS-2 było to 66 manewrów, można też liczyć na inne pojazdy, które wysłane na orbitę „przejmą” satelitę i zmuszą do wejścia w atmosferę.

Według obecnych szacunków, około 10 procent cząstek areozoli obecnych w atmosferze to aluminium i inne metale, których źródłem są satelity trafiające do atmosfery.

Satelita, który uległ zniszczeniu w atmosferze nie znika jednak z naszego świata. Nie zamienia się w czystą energię, a jedynie staje morzem drobnych odpadków zanieczyszczających atmosferę. I to jest problem, podobnie jak nanoplastik zanieczyszczający oceany, nanocząsteczki materiałów, z których zbudowane są satelity, trafiają do atmosfery. Już ją zanieczyszczamy od dołu, czyli emitując na ziemi zanieczyszczenia, a teraz stajemy przed perspektywą zmian od góry.
Satelita to bardzo wiele komponentów - począwszy od szkieletu, poprzez elektronikę, podsystemy zasilania, system napędowy.

Warstwa ozonowa ucierpi na deorbitacji satelitów

Przytoczone tu liczby nie są jedynie wróżeniem palcem w fusach, ale realnymi wskaźnikami na podstawie danych o budowie nowej generacji satelitów, znajomości procesów, które prowadzą do ich niszczenia w atmosferze, a także przewidywanej liczbie satelitów, które trafią w przyszłości na orbitę.

Rozpad satelity owocuje powstaniem wprowadzeniem do atmosfery różnych pierwiastków, ale kluczowy jest tu glin, który przekształca się w tlenek glinu w atmosferze. Reakcje zanieczyszczeń ze składnikami atmosfery prowadzi przede wszystkim do niszczenia warstwy ozonowej, zaburzenia jej równowagi poprzez podgrzewanie lub chłodzenie, co wpływa na bilans termiczny planety.

Rozpad satelitów w atmosferze następuje na wysokości około 50 do 85 km. Zanim wyzwolone w tym procesie związki osiągną pułap 40 km, gdzie znajduje się warstwa ozonowa, minie do 30 lat. Nie jest to więc proces natychmiastowy, ale jeśli nie będziemy temu przeciwdziałać, skutkiem będzie zubożenie warstwy ozonowej.

Pojedynczy satelita o masie 250 kg po destrukcji w atmosferze wprowadza do niej około 30 kg nanocząsteczek tlenku glinu o rozmiarach od 1 do 100 nanometrów. Wzrost liczby kosmicznych śmieci ze względu na powstawanie megakonstelacji satelitów (po pewnym czasie przestają one być sprawne) w najbliższych latach według badań doprowadzi do wzrostu obfitości tlenków glinu w atmosferze o 646 procent w stosunku do naturalnego poziomu.

Oznacza to, że w momencie, gdy megakonstelacja Starlinków i konkurencyjnych sieci telekomunikacyjnych będą kompletne, do atmosfery trafiać będzie rocznie około 912 ton glinu, które spowodują powstanie co roku 360 ton tlenku glinu (w 2022 roku było to około 17 ton). To tylko jeden z szacunków, są tez mniej optymistyczne.

Już raz przerabialiśmy temat niszczenia warstwy ozonowej, która chroni nas przed szkodliwym promieniowaniem UV, przez związki stosowane w układach chłodniczych w drugiej połowie XX wieku. Gdy wydawało się, że problem powoli się rozwiązuje, wyeliminowano szkodliwe substancje, a warstwa ozonowa zaczęła się sama regenerować, robimy wszystko, by zaszkodzić temu procesowi.

Można powiedzieć, że „i tak źle i tak niedobrze”. Kto jednak uważa, że postęp cywilizacyjny jest prosty. To proces wymagający odpowiedzialności od ludzkości, a tego nie mamy w nadmiarze.

Źródło: phys.org, ESA, inf. własna