Sprzątanie kosmicznych śmieci to konieczność. Ale gdzie je wyrzucać?

Pojęcie kosmicznych śmieci znane jest już nie tylko ekspertom od eksploracji kosmosu, ale każdej osobie choć trochę zaznajomionej z tematyką satelitów. Bo to głównie te obiekty, gdy minie już czas ich pracy na orbicie, i wynoszące je rakiety, a raczej ich pozostałości, kontrybuują w głównym stopniu do rosnącego zaśmiecenia orbity.

Zgodnie z regulacjami, mamy kilkanaście specyficznych typów orbit wokół Ziemi, od tych znajdujących się kilkaset km, do tych kilkadziesiąt tysięcy kilometrów dalej. Od przebiegających w płaszczyźnie równika do nachylonych względem niej i biegnących nad biegunami. Poruszają się po nich tysiące satelitów, a nawet milion jest w planach. Każdy z nich ma określony czas przydatności do użycia, a potem gdy zabraknie w zbiornikach paliwa do manewrów orbitalnych, czy też utrzymania niezbędnej dla poprawnego funkcjonowania pozycji względem Ziemi, taki satelita staje się praktycznie bezużytecznym śmieciem.

Ziemskie satelity mają różne rozmiary, od nanosatelitów pod ważące wiele ton konstrukcje. Wiele z nich kiedyś powróci do atmosfery. (fot: NASA)

Gdy jest wysoko nad Ziemią, na orbicie podobnej do orbity geostacjonarnej, nieaktywny już satelita powinien zgodnie z przepisami być odprowadzony na jeszcze wyższą orbitę cmentarzysko. Tam spędza miliony lat zanim jego pozycja obniży się na tyle, by zagrozić innych obiektom. Jednak i na cmentarzysku przyszłość satelity nie jest pewna. Może w niego trafić poruszający się szybko meteoroid, co doprowadzi do fragmentacji i powstania chmury odłamków, która może przyjąć orbitę przecinającą bliższe Ziemi płaszczyzny orbitalne.

To jednak sytuacja znacznie mniej prawdopodobna niż naturalna deorbitacja satelitów obiegających nisko Ziemię. Te po zakończeniu pracy stopniowo obniżają swoją orbitę, i przez ten czas stanowią zagrożenie. W końcu jednak wchodzą w atmosferę i ulegają fragmentacji i zwykle całkowitemu zniszczeniu, zwykle określanemu dosadnie - spaleniu.

Kontrolowana deorbitacja nieaktywnych satelitów, czy na pewno bezpieczna?

Jesteśmy w przededniu regulowanego rynku działań, które prowadzą do celowej, szybkiej deorbitacji nieaktywnych satelitów. Takim pokazowym działaniem była akcja związana z satelitą ESA Aelous. Wydaje się, że jest to idealne rozwiązanie, bo przecież obiekt, który wprowadzi się w górne warstwy atmosfery pod odpowiednim kątem, ulegnie dezintegracji. I nie pozostanie po nim nic. Czy na pewno? I nie chodzi tutaj o szczątki, które czasem docierają do powierzchni Ziemi. Tylko o to co naprawdę dzieje się z satelitą, czy też resztkami rakiet, w atmosferze.

Nawet jeśli taka kapsuła jak ta od pojazdu Sojuz przetrwa lot przez atmosferę, to spora jej część ulegnie ablacji i to co pozostawi po drodze zanieczyści atmosferę (fot: NASA)

Pomyślcie o czymś takim jak słodzenie herbaty. Cukier rozpuszcza się w wodzie, traci swoją krystaliczną formę, ale przecież nie znika całkowicie. Podobnie jest z satelitą. Ulega on postępującej fragmentacji, rozpalony roztapia się, zamieniając w niewielkie drobiny, nawet tak małej wielkości jak pojedyncze cząsteczki. Ale nie znika, wciąż jest. I to właśnie obecność różnego rodzaju związków metali, które stanowią pozostałość rakiet, satelitów, ostatnio zaniepokoiła naukowców badających stan i skład ziemskiej atmosfery z pomocą specjalnych samolotów latających na pułapie nawet 19 kilometrów nad Ziemią.

To co dziś robimy i chcemy robić w temacie sprzątania kosmosu na niskich wokółziemskich orbitach przypomina zamiatanie śmieci pod dywan. Tym dywanem jest atmosfera.

W atmosferze wykryto między innymi lit, aluminium, miedź i ołów, w stężeniu większym niż wynikałoby to z naturalnych procesów, choćby odparowania meteorów. Ich związki, na przykład tlenek glinu (dokładnie tritlenek glinu), negatywnie wpływa na stan ziemskiej powłoki ozonowej. Okazuje się, że nie tylko atakujące atmosferę chlorofluorowęglowodory i halony, mają zły wpływ na warstwę ozonową, ale gdy już wydawało się, że problem końca XX wieku został rozwiązany, pojawiły się nowe szkodliwe związki, które powstają w wyniku ekspansji człowieka w kosmos.

Takie samoloty stratosferyczne wykorzystuje NASA do badania składu wyższych warstw atmosfery. (fot: NASA)

Gdzie wyrzucać kosmiczne śmieci? Nie takie głupie pytanie

I w tym momencie pojawia się kluczowe pytanie. Jak mądrze utylizować pozostałości po satelitach i innych pojazdach kosmicznych? Skoro kierowanie ich do atmosfery jedynie skraca czas przez jaki stanowią zagrożenie dla otoczenia na orbicie, ale nie eliminuje kwestii zanieczyszczenia atmosfery pochodnymi związkami metali i w efekcie zmian klimatu. Profesor Aaron Boley z Uniwersytetu Brytyjskiej Kolumbii w Kanadzie, w rozmowie z serwisem space.com, zauważył bowiem, że tlenek glinu wpływając także na albedo atmosfery, czyli jej zdolność do odbijania padającego promieniowania słonecznego, wpływa także na ziemską pogodę. Te szkodliwe związki zdaniem profesora nie spadną nigdy na Ziemię, stale będą stanowić zagrożenie dla atmosfery.

Czynności odwrotne do deorbitacji, czyli podnoszenie orbity, jak to ma miejsce w przypadku satelitów geostacjonarnych, nie wchodzą w rachubę. To wymaga zbyt dużych nakładów energetycznych i przy ogromnej liczbie satelitów, które krążą po niskiej orbicie wokółziemskiej, zadanie logistycznie niemożliwe do wykonania przy obecnym stanie naszej technologii lotów kosmicznych. 

Równie abstrakcyjna wydaje się wizja ponownego użycia satelitów, tak zwanego kosmicznego recyclingu, ale realizowanego już na orbicie. Ale kto wie, być może kiedyś właśnie tacy kosmiczni śmieciarze będą mieli sens i nie będzie to tylko wizja z filmów s-f, a realny sposób zadbania o czystość naszej atmosfery.

Źródło: inf. własna, space.com, NASA