Kosmiczne s`mieci
Milimetrowe ziarno moz`e zniweczyc` misje` kosmiczna`
--------------------------------------------------------------------------------------------------------

            W ostatnich 40 latach, od początku ery kosmicznej, rakiety wyniosły na orbity wokółziemskie ponad 20 tyś. t różnych materiałów. Obecnie pozostaje tam jeszcze około 45001 w postaci prawie 10 tyś. okrążających Ziemię obiektów, z których tylko 5% to nadal funkcjonujące sztuczne satelity i statki kosmiczne. Obiektów takich jest więcej, lecz rejestruje się tylko wystarczająco duże, by mogły je śledzić wojskowe radary oraz teleskopy. Przedmiotem wzrastającego zainteresowania inżynierów kierujących misjami satelitów i statków kosmicznych są miliony mniejszych niewykrywalnych kawałków materii rozproszonych w całej przestrzeni wokół-ziemskiej rozciągającej się od kilkuset do ponad 40 tyś. km nad powierzchnią naszej planety.
            Gdyby te towarzyszące Ziemi obiekty poruszały się podobnie jak ogromne zgrupowania miniaturowych księżyców wokół Jowisza i Saturna, można by się nimi zachwycać. Pierścienie planet gigantów są bowiem precyzyjnie zgrane; odłamki skalne i kawałki lodu, z których się składają, krążą po równolegle ułożonych, podobnych orbitach, a kolizje między nimi zdarzają się przy stosunkowo niewielkich prędkościach względnych. Natomiast poruszające się wokół Ziemi sztuczne satelity przypominają rój rozjuszonych pszczół krążących wokół ula we wszystkich możliwych kierunkach. Mimo wszystko zagęszczenie satelitów jest małe; według standardów ziemskich przestrzeń wokół naszej planety można traktować jak próżnię. Jednak to mrowie chaotycznie poruszających się obiektów osiąga ogromne prędkości względne w momentach przypadkowych kolizji. Zderzenie z kamykiem o średnicy 1cm grozi zniszczeniem satelity. Nawet jedno milimetrowe ziarno może zniweczyć misję kosmiczną.
            Pozaziemskie śmieci mają różną formę; są to nieczynne satelity, odrzucone człony rakiet wynoszących je na orbitę, przedmioty pozostawione w przestrzeni w czasie wynoszenia satelitów i trwa
nia misji kosmicznych, fragmenty pozostałe po rozpadzie satelitów, cząstki spalin z rakiet na paliwo stale, poszarpane materiały powierzchniowe, a nawet krople wyciekające z reaktorów jądrowych.
            Choć na orbitę wyniesiono dotąd ponad 4800 obiektów, tylko około 2400 wciąż tam pozostaje, reszta weszła w dolne warstwy ziemskiej atmosfery i spłonęła bądź spadła na Ziemię. Spośród tych, które pozostały na orbicie, 75% zakończyło już swoje misje i zostało porzucone. Większość z nich ma masę od kilograma do 201, chociaż na przykład masa rosyjskiej stacji Mir obecnie przekracza już 115 t. Najstarszym i jednym z najmniejszych odpadków jest drugi w kolejności amerykański satelita   Vanguard I, wystrzelony 17 marca 1958 roku. Pracował tylko 6 lat.
            Poza statkiem lub satelitą większość misji kosmicznych pozostawia w przestrzeni wokółziemskiej jeden pusty człon rakiety, która je wyniosła, lub więcej. Na przykład japoński satelita meteorologiczny Himawari 3, wystrzelony w 1984 roku, odrzucił trzy człony: jeden na niskiej orbicie o zmiennej wysokości 170-535 km nad Ziemią, drugi w pobliżu docelowej kołowej orbity geostacjonarnej 35 785 km nad Ziemią oraz trzeci na eliptycznej orbicie o bardzo dużym mimośrodzie i odległej od Ziemi 175-36 720 km. Dwa z tych członów spadły już na Ziemię - jeden w 1984 roku, a drugi 10 lat później. Ale wciąż jeszcze około 1500 innych, już nieużytecznych, górnych członów rakiet nadal krąży nad naszymi głowami.

ZGUBIONE ELEMENTY

            W pierwszym ćwierćwieczu ery kosmicznej projektanci i realizatorzy misji satelitarnych nie przykładali zbyt wiele wagi do tego, jakie będą konsekwencje ich działalności dla otaczającego Ziemię środowiska. Oprócz zużytych satelitów i resztek rakiet wyrzucano w przestrzeń kosmiczną również mniejsze części. Podczas odłączania satelity od wynoszącej go rakiety pozbywano się takich przedmiotów, jak śruby, sworznie, opaski zaciskowe czy sprężyny. W wielu misjach odrzucano także pokrywy czujników pomiarowych oraz urządzenia kontroli orientacji przestrzennej. Jedna z misji rosyjskich pozostawiła po sobie ponad 60 różnych obiektów na wielu orbitach. Prawdopodobnie największym odrzuconym dotąd elementem wyposażenia, o średnicy 4 m i masie 300 kg, jest górna część urządzenia o nazwie SPELDA (Structure Porteuse Externe pour Lancements Doubles Ariane), używanego przez Europejską Agencję Kosmiczną do umieszczania na orbicie wielu satelitów za pomocą pojedynczej rakiety Ariane.
            Także misje załogowe wyrzucały śmieci za burtę. W 1965 roku, podczas pierwszego spaceru kosmicznego Amerykanina, astronauta statku kosmicznego Gemini 4  Edward White zgubił rękawicę. Krążąc po swej orbicie z prędkością 28 000 km/h, była ona potencjalnie najbardziej śmiercionośną częścią garderoby, jaką kiedykolwiek wykonał (i nosił) człowiek. Ponad 200 obiektów, głównie w postaci worków z odpadkami, podryfowało w przestrzeń ze stacji kosmicznej Mir w czasie pierwszych 10 lat jej funkcjonowania na orbicie. Na szczęście astronauci i kosmonauci poruszają się po dość niskich orbitach, 250-500 km nad Ziemią i dlatego przedmioty, których się pozbywają, szybko wpadają w gęste warstwy atmosfery, w których się spalają. Wspomniana słynna rękawica weszła w atmosferę, nim minął miesiąc.
            Poważny problem stanowią misje z udziałem robotów odbywające się na wyższych orbitach; tam śmieci kosmiczne zalegają znacznie dłużej. Liczba obiektów, które są odpadkami pozostałymi po takich misjach, przekracza tysiąc. Wśród nich jest 80 skupisk metalowych igieł wypuszczonych w przestrzeń podczas eksperymentu telekomunikacyjnego realizowanego w 1963 roku przez Departament Obrony USA. Ciśnienie wywierane przez promieniowanie słoneczne miało zepchnąć 400 min maleńkich igiełek z orbity, ale ponieważ urządzenie do ich rozmieszczania w przestrzeni było niesprawne, zbiły się w kupki i błąkają się na orbitach dochodzących aż do 6000 km nad Ziemią.
            Zdecydowanie największym źródłem obiektów o rozmiarach większych od 0.1 mm jest rozpad satelitów i członów rakiet. Od 1961 roku ponad 150 satelitów - przypadkowo lub wskutek celowych działań - eksplodowało bądź rozpadło się, rozpraszając w przestrzeni ponad 10 tyś. na tyle dużych fragmentów, że można je śledzić z Ziemi. Do zanieczyszczenia środowiska wokółziemskiego najbardziej przyczyniły się eksplozje porzuconych członów rakiet z resztkami paliwa we wnętrzu. Detonacje były prawdopodobnie spowodowane przez nadciśnienie lub zapłon paliwa rakietowego i zachodziły w różnym czasie - od kilku godzin do nawet 23 lat - po wystrzeleniu rakiety na orbitę. Niemal w żadnym przypadku nie można było temu przeciwdziałać.
            3 czerwca 1996 roku rozpadł się górny człon rakiety Pegasus, wystrzelonej na orbitę dwa lata wcześniej, pozostawiając rekordową pod względem liczby śmieci kosmicznych chmurę. Znalazły się one na orbitach o wysokościach 250-2500 km nad Ziemią i 700 z nich było wystarczająco dużych, by można je śledzić [ilustracja poniżej]. To zdarzenie w jednej chwili podwoiło prawdopodobieństwo niebezpieczeństwa kolizji dla Teleskopu Kosmicznego Hubble'a, który krąży po orbicie położonej zaledwie 25 km poniżej miejsca eksplozji. Na podstawie dalszych obserwacji radarowych oszacowano liczbę fragmentów o rozmiarach powyżej 4 mm na jakieś 300 tyś.
            W lutym 1997 roku, podczas drugiej misji naprawczej Teleskopu Hubble'a, prom kosmiczny Discovery musiał wykonać manewr w celu uniknięcia zderzenia z jakimś powstałym z rozpadu Pegasusa odłamkiem, który według przewidywań miał przejść od niego w odległości mniejszej niż 1.5 km. Co więcej, astronauci zauważyli wgłębienia na powierzchni oprzyrządowania teleskopu oraz dziurę w jednej z jego anten, najwyraźniej powstałe wskutek kolizji z odpadkami kosmicznymi przed 1993 rokiem.

ODPADY RADIOAKTYWNE I... FARBA

            Szczególne zagrożenie stanowi 50 satelitów zawierających na swych pokładach materiały radioaktywne bądź w reaktorach jądrowych, bądź w generatorach radioizotopowych z przetwornikiem termoelektrycznym. W 1978 roku radziecki satelita o napędzie jądrowym, Kosmos 954, mając na pokładzie 30 kg wzbogaconego uranu, przypadkowo lądował w północnej Kanadzie, rozbijając się. W kolejnych satelitach tego typu radzieccy konstruktorzy zaprojektowali już odrzucenie rdzenia reaktora od reszty pojazdu pod koniec misji. W ten sposób paliwo nuklearne może spłonąć w atmosferze zamiast wraz z satelitą spaść na Ziemię.
            Wprawdzie program ten zakończono całkowicie w 1988 roku i od tego czasu żaden nowy reaktor nuklearny nie został już umieszczony na orbicie, nie oznacza to jednak wcale, że problem przestał istnieć. W 1989 roku, w trakcie finansowanego przez NASA eksperymentu, znajdujący się w południowej Kalifornii i należący do Jet Propulsion Laboratory radar Goldstone wykrył dużą chmurę kropelek sodowo-potasowych. Jak się później okazało, był to wyciek płynu chłodzącego z wcześniej odrzuconego rdzenia reaktora jednego z satelitów tej serii. Późniejsze obserwacje za pomocą należącego do Massachusetts Institute of Technology radaru Haystack potwierdziły obecność ogromnej liczby (prawdopodobnie około 70 tyś.) sodowo-potasowych kuleczek o średnicy około 1 cm na wysokości 900 km nad Ziemią, tam, gdzie owe rdzenie były oddzielane od reaktorów.
            Obiekty mniejsze od 0.1 mm nie są tak groźne jak większe odpadki, ale jeśli jest ich dużo i długo bombardują statek kosmiczny, też mogą wyrządzić pewne szkody. Najliczniejsze są cząstki spalin wydobywające się z rakiet na paliwo stałe. Nawet prawidłowo pracujące silniki mogą wydalać zarówno kolosalną liczbę (do 1020) mikrometrowych cząsteczek tlenku glinu, jak również centymetrowych rozmiarów żużel. Choć w ostatnich 10 latach coraz rzadziej stosuje się w kosmosie takie rakiety, to jednak ilość odpadów przez nie pozostawianych z każdym rokiem wzrasta. Jest to spowodowane tym, że ciężkie, współczesne statki kosmiczne wymagają większych silników, które wyrzucają więcej żużla.

            Źródłem małych cząsteczek orbitujących wokół Ziemi jest również degradacja materiałów, z których buduje się satelity. Miliony maleńkich odprysków farby zaśmiecają dziś przestrzeń wokółziemską. Naukowcy zajmujący się badaniami kosmicznymi odkryli, że wielu, jeżeli nie większości, starzejącym się satelitom i członom rakiet towarzyszą smugi drobnych płatków. (Ze względu na charakter względnego ruchu orbitalnego te smugi nie podążają za satelitą, lecz go wyprzedzają, w miarę zbliżania się do Ziemi wzrasta bowiem ich prędkość.) Większość kosmicznych śmieci jest niewidoczna dla zdalnych urządzeń pomiarowych, ale czasami fragmenty osłon termicznych oraz elementów wykonanych z materiałów węglowych są tak duże, że można je śledzić. Na przykład wystrzelony przez NASA satelita COBE (Cosmic Background Explorer) w niewyjaśnionych okolicznościach uwolnił co najmniej 80 takich obiektów.

ZDEMASKOWANE SATELITY

            Chociaż już w latach sześćdziesiątych niektórzy futurolodzy przewidywali wzrost liczby obiektów na orbicie, dyscyplina naukowa zajmująca się tym zagadnieniem wyłoniła się dopiero na początku lat osiemdziesiątych. W 1966 roku NASA oceniała niebezpieczeństwo kolizji czyhające na misje załogowe, ale w szacunkach tych brano pod uwagę tylko te obiekty, które dawało się śledzić z Ziemi. Nie było wówczas możliwości oceny liczby obiektów mniejszych.
            Większe kawałki śmieci kosmicznych monitoruje się za pomocą tych samych systemów śledzących, które supermocarstwa zbudowały w czasie zimnej wojny do wykrywania ataku pocisków balistycznych oraz obserwacji satelitów szpiegowskich nieprzyjaciela. Dzięki wysiłkom amerykańskiej Space Surveillance Network (Sieci Kontroli Przestrzeni Powietrznej) oraz Systemowi Kontroli Przestrzeni Powietrznej byłego Związku Radzieckiego jest ciągle aktualizowany oficjalny katalog około 10 tyś. obiektów kosmicznych orbitujących wokół Ziemi. Aby śledzić ich ruch, 50 radarów, teleskopów optycznych oraz teleskopów z rejestracją elektrooptyczną każdego dnia dokonuje średnio około 150 tyś. obserwacji. Urządzenia te mogą śledzić obiekty o rozmiarach przekraczających 10 cm na ruskich orbitach i większych niż l m na orbicie geostacjonarnej.
            Zagęszczenie przestrzenne śmieci kosmicznych zależy od wysokości nad Ziemią, osiągając maksima dla około 850,1000 i 1500 km. Na tych wysoko
ściach średnio jeden obiekt przypada na 100 min km3. Powyżej 1500 km zagęszczenie odpadków maleje wraz z wysokością, z wyjątkiem ostrych pików w pobliżu orbity półsynchronicznej (20 tyś. km) i geosynchronicznej (36 tyś. km). Te skupiska śmieci na określonych orbitach są efektem projektowania różnych rodzin satelitów i rakiet oraz ich misji. Ponieważ źródłem śmieci kosmicznych są głównie sztuczne satelity, to w rejonach, w których one się poruszają, zagęszczenie przestrzenne odpadów jest większe i tym samym wzrasta zagrożenie dla pracujących tam satelitów.
            Obiekty poniżej 10 cm średnicy umykają uwagi systemów śledzących satelity. Są zbyt ciemne dla teleskopów optycznych i zbyt małe dla radarów stosowanych w systemach kontroli przestrzeni powietrznej. Do 1984 roku były one praktycznie niewykrywalne. Później naukowcy zaczęli oceniać ich liczbę na podstawie statystycznego próbkowania nieba wykonywanego przez ponad kilkaset godzin rocznie. Używa się w tym celu urządzeń przeznaczonych do badań naukowych, takich jak niemiecki radioteleskop o średnicy 100 m, radar Goldstone i wielka czasza radioteleskopu Arecibo w Puerto Rico. Przyjęto taki tryb pracy tych radarów, że czasza jednego z nich transmituje sygnał, a znajdująca się w pobliżu druga antena odbiera sygnał odbity, co pozwala na detekcję bardzo małych obiektów, nawet o rozmiarach 2 mm. Podobne możliwości obserwacyjne mają dwa radary pracujące w ramach wspólnego projektu NASA i Departamentu Obrony USA: Haystack i Haystack Auxilia-ry. Aby wykonać kalibrację czujników służących do detekcji małych szczątków kosmicznych, w latach 1994-1995 prom kosmiczny rozmieścił w przestrzeni specjalne tarcze w postaci kulek oraz igieł.
            Aby ocenić liczebność jeszcze mniejszych obiektów, naukowcy muszą analizować uszkodzenia na powierzchni satelitów lub te ich części, które astronauci po wychwyceniu w przestrzeni pakują do luku ładunkowego promu kosmicznego i dostarczają na Ziemię. NASA umieściła na orbicie specjalnie w tym celu urządzenie o nazwie Long Duration Exposure Facility, które w latach 1984 -1990 było wystawione na uderzenia dziesiątek tysięcy okruchów sztucznej materii, a także naturalnej w postaci meteoroidów pochodzących z komet i planetoid. Do tych badań posłużyły również inne urządzenia przebywające dłuższy czas w kosmosie, takie jak: European Retrievable Carrier, japoński Space Flyer Unit, elementy Teleskopu Hubblea oraz satelity Sotar Maximum Mission, a także oczywiście sam prom kosmiczny. Ze względu na ograniczoną maksymalną wysokość orbity wahadłowca wszystkie te testowe tarcze przebywały na wysokościach poniżej 620 km nad Ziemią. By ocenić liczbę małych obiektów znajdujących się wyżej, naukowcy muszą zdać się na modele teoretyczne. Ponieważ czas życia cząstek materii na niskich orbitach jest krótki, to właśnie wyżej nad Ziemią znajduje się duży rezerwuar tych obiektów.
            Wszelkie oceny wskazują, że wokół Ziemi orbituje ponad 100 tyś. obiektów o rozmiarach 1-10 cm i dziesiątki milionów mniejszych śmieci o rozmiarach 1-10 mm. Obiekty sztuczne tej wielkości i nieco większe zdecydowanie przeważają pod względem liczebności nad naturalnymi meteoroidami. Liczba tych ostatnich i odpadków kosmicznych jest porównywalna w zakresie rozmiarów 0.01-1.0 mm; w przypadku jeszcze mniejszych cząstek natomiast dominuje sztuczna materia.

NARODZINY I ŚMIERĆ SATELITÓW

            W ostatnich 20 latach liczba obiektów możliwych do śledzenia zwiększała się mniej więcej o 175 rocznie. W tym czasie wzrosła ogółem o 70%. Co czwarty taki obiekt powstał w wyniku rozpadu satelitów, pozostałe pochodzą z nowych misji. Od 1957 roku państwa prowadzące badania kosmiczne wystrzeliwały średnio 120 nowych satelitów rocznie. Jednak w ostatnim dziesięcioleciu ta aktywność zmalała. W rekordowym 1984 roku było 129 nowych misji, w 1996 zaś liczba ich spadła do 73 - poziomu najniższego od 1963 roku. W ubiegłym roku ponownie wzmożono działalność w kosmosie, głównie dzięki startom 10 rakiet, które wyniosły na orbitę satelity nowych systemów telekomunikacyjnych (Iridium i Orbocom).
            Największy spadek aktywności nastąpił w byłym Związku Radzieckim. W 1997 roku Rosja zrealizowała 28 misji kosmicznych: 21 własnych i 7 komercyjnie dla firm zagranicznych. 10 lat wcześniej ZSRR wystrzelił 95 rakiet, które wyniosły na orbity satelity realizujące własne programy. Ponieważ rosyjskie satelity poruszają się głównie po niskich orbitach, zmniejszenie się aktywności kosmicznej rosyjskiej WNP ma niewielki wpływ na ogólną liczbę orbitujących wokół Ziemi obiektów w dłuższym okresie.
            Z drugiej strony, są trzy sposoby usuwania wyeksploatowanych satelitów z orbity: operatorzy satelitów tak mogą pokierować ich lotem, że po wejściu do atmosfery spłoną, zbierze je z orbity prom kosmiczny, wreszcie same w sposób naturalny spiralnie obniżą swe orbity. Dwa pierwsze sposoby, choć skuteczne, są w sumie mało użyteczne, gdyż w zasadzie mają zastosowanie tylko w przypadku obiektów na niskich orbitach, z których i tak zostałyby usunięte w sposób naturalny.
            Trzecia możliwość - naturalne obniżanie się orbity - jest głównym czynnikiem oczyszczającym. Na ogół sądzi się, że w przestrzeni pozaziemskiej nie ma powietrza, tymczasem w rzeczywistości atmosfera kończy się stopniowo, powoli przechodząc w przestrzeń międzyplanetarną. W obszarze wokółziemskim na niskich orbitach opór powierza jest jeszcze wystarczająco duży, by wytworzyć tarcie przeciwdziałające szybkiemu krążeniu sztucznych satelitów. Ta siła tarcia ma charakter samowzmacniający: wskutek oporu powietrza statek traci energię i spada ku Ziemi, zwiększając swą prędkość, co powoduje wzrost tarcia i w konsekwencji szybszą utratę energii. Ostatecznie wchodzi w gęste warstwy atmosfery, gdzie spala się całkowicie lub częściowo.

WYMIATANIE

            Ten naturalny proces opadania orbitujących obiektów ku Ziemi jest najbardziej wyraźny do 600 km nad Ziemią, ale dostrzega się go także nawet na wysokości 1500 km. Jeżeli satelita nie ma silników rakietowych, które kompensują opór atmosfery, to na niskiej orbicie może przebywać nie dłużej niż kilka lat. W czasie podwyższonej emisji energii słonecznej, które powtarzają się co 11 lat, ziemska atmosfera otrzymuje więcej ciepła i rozszerza się, zwiększając tym samym swój opór.
            W okresie ostatniego maksimum aktywności słonecznej, w latach 1989-1990, rekordowo zmniejszyła się liczba katalogowanych satelitów. Każdego dnia trzy z nich opuszczały swoją orbitę, kierując się ku Ziemi, co trzykrotnie prze
wyższało średnie tempo tego procesu. W ten sposób w ciągu jednego roku 560 t śmieci kosmicznych zostało wymiecionych z orbity [wykres c na stronie 51]. Poprzednik Mira, stacja kosmiczna Salut 7, padła ofiarą tej aktywności, wchodząc w atmosferę na początku 1991 roku. Poprzednie maksimum aktywności słonecznej, w latach 1979-1980, przyczyniło się do obniżenia orbity amerykańskiej stacji kosmicznej Skylab przed zaplanowanym terminem. To korzystne dla środowiska naturalne usuwanie śmieci z orbity niestety nie przeciwdziała wzrostowi ogólnej liczby orbitujących obiektów. Opór atmosfery jest bowiem zaniedbywalny dla satelitów krążących na wyższych orbitach. W rozwiązywaniu problemu śmieci kosmicznych nie możemy zatem polegać wyłącznie na procesach naturalnych.
            Konsekwencje wzrostu liczby sztucznych satelitów Ziemi są różnorodne. Od czasu do czasu prom kosmiczny musi wykonać manewr wymijający, by uniknąć kolizji z dużym porzuconym satelitą, a z powodu dziur powstałych w zderzeniach z drobnymi cząstkami materii poruszającymi się z ogromną prędkością średnio jedno na 8 jego okien trzeba wymieniać po każdej misji. Coraz częściej, wybierając kierunek lotu kosmicznego wahadłowca, realizatorzy misji muszą brać pod uwagę ryzyko zderzeń. Najbardziej prawdopodobne są uderzenia przez obiekty nadlatujące z kierunków odchylonych o 30-45° na lewo i na prawo od kierunku lotu promu. Jeśli zatem nie ma bezwzględnej potrzeby lotu w innym kierunku, astronauci orientują najbardziej czułe powierzchnie wahadłowca, tak by nie ustawiały się w tych groźnych kierunkach.
            W lipcu 1996 roku zdarzyła się pierwsza potwierdzona kolizja dwóch skatalogowanych satelitów. Działający francuski satelita wojskowy Cerise został uszkodzony wskutek kolizji z fragmentem członu rakiety ESA, która eksplodowała 10 lat wcześniej. Pochodzący z niej odłamek uderzył w urządzenie kontrolujące orientację satelity z prędkością 15 km/s. Mimo uszkodzenia dzięki heroicznym wysiłkom kontrolerów lotu satelita kontynuował swoją misję.
            Niestety, wszystkie satelity są bezbronne wobec obiektów o rozmiarach 1-10 cm - zbyt małych, by mogły je śledzić systemy kontroli powietrznej, i jednocześnie wystarczająco dużych, by przebić ściany satelity. Departament Obrony USA powoli zmierza do takiej modernizacji swej sieci kontroli, by objąć nią również obiekty o tych wielkościach, przygotowywany system ukierunkowany jest jednak głównie na loty załogowe i nie zapewni ochrony większości satelitów.
            Dla dzisiejszych satelitów ryzyko kolizji w okresie ich eksploatacji jest ciągle niewielkie, ale przyszłość środowiska wokółziemskiego wygląda mniej korzystnie. Kolizja satelity Cerise wygenerowała tylko niewiele dodatkowych obiektów, ale wskutek tego typu katastrof mogą powstawać tysiące tak dużych fragmentów, że będą one roztrzaskiwać inne satelity, tworząc nowe odłamki itd. To kaskadowe zjawisko może stać się dominującym czynnikiem w długookresowej ewolucji liczebności obiegających Ziemię obiektów.

WSPÓLNE DZIAŁANIA

            Aby zapobiec rozwojowi takiego scenariusza, w ostatnim dziesięcioleciu państwa wykorzystujące przestrzeń kosmiczną podjęły wspólne działania. Powstał Inter-Agency Space Debris Coor-dination Committee (Międzyagencyjny Komitet Koordynacyjny ds. Śmieci Kosmicznych), który skupia reprezentantów USA, Rosji, Chin, Japonii, Indii, Europejskiej Agencji Kosmicznej, Francji, Wielkiej Brytanii i Niemiec. W 1994 roku Podkomitet Techniczny Komitetu ds. Pokojowego Wykorzystania Przestrzeni Kosmicznej ONZ umieścił ostatecznie problem odpadków kosmicznych w porządku swych obrad, z zamiarem wypracowania porozumienia w tej sprawie do roku 1999. Teraz komitet musi zadecydować, co należy zrobić, kto powinien monitorować sytuację oraz jakie zachować proporcje między ryzykiem uszkodzenia satelity i kosztami, które trzeba ponieść, by zmniejszyć niebezpieczeństwa kolizji i oczyścić przestrzeń.
            Tymczasem poszczególne agencje starają się produkować mniej śmieci kosmicznych. Na przykład NASA oraz główna japońska agencja kosmiczna NASDA w celu ograniczenia zaśmiecania przestrzeni podczas misji używają przechwytujących zasuw oraz specjalnych uwięzi. By natomiast zapobiec wybuchom, usuwają resztki paliwa i wyłączają systemy elektryczne w nieczynnych satelitach. Zaleciły także, aby nowe satelity na niskich orbitach i wynoszące je rakiety były zdejmowane z orbity - tzn. kierowane do atmosfery, gdzie ulegną spaleniu - nie później niż 25 lat po zakończeniu misji.
            Podejmuje się także wiele innych działań. Na przykład po dewastującym środowisko wokółziemskie wybuchu Pegasusa w 1996 roku, zanim wznowiono podobne misje w grudniu ub.r., konstruktorzy i operatorzy rakiet z Orbital Sciences Corporation przeprojektowali górne ich stopnie, a także wprowadzili nowe sposoby kontroli stanu rakiet. Niektóre sieci telefonii satelitarnej planują ściąganie satelitów z orbity po ich wyłączeniu z systemu. Na większych wysokościach niebezpieczeństwo kolizji jest mniejsze, ale pojawia się inny problem, jakim jest brak miejsca na orbicie geostacjonarnej. Aby utrzymywać nieczynne satelity z dala od zatłoczonych na tej orbicie okienek zajmowanych przez pracujące satelity, zaleca się, aby operatorzy "grzebali" nieczynne satelity na mniej zatłoczonych orbitach, tzw. cmentarzyskach. W styczniu br. rząd Stanów Zjednoczonych przedstawił reprezentantom przemysłu kosmicznego do dyskusji projekt norm narzucających ograniczenie ilości odpadów kosmicznych.
            Te działania nie dotyczą jednak obiektów już znajdujących się w przestrzeni. Obecnie konstruktorzy satelitów i statków kosmicznych pracują nad tym, jak zabezpieczyć je przed zderzeniami, głównie z dużą liczbą obiektów o rozmiarach do 1 cm. Wprowadza się na przykład osłony, czyli zewnętrzne przegrody, które chronią większość elementów statku kosmicznego. Przy okazji zwiększają one niezawodność pracy satelity, a także redukują ilość wtórnych odłamków w przypadku ewentualnej kolizji. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna będzie wyposażona w wykonane z zastosowaniem zaawansowanych technologii osłony wokół przedziałów mieszkalnych, przewodów paliwowych, żyroskopów oraz innych wrażliwych części składowych. Nierealne jest jednak osłanianie takich elementów jak baterie słoneczne. Projektanci statków kosmicznych muszą pogodzić się z tym, że wraz z upływem czasu będą one stopniowo ulegały degradacji w wyniku kolizji z małymi obiektami.
            Oczyszczenie przestrzeni wokółziemskiej ze śmieci kosmicznych to wyzwanie zarówno technologiczne, jak i ekonomiczne. Używanie do tego celu promu kosmicznego jest niebezpieczne i niepraktyczne. Wielu naukowców zaproponowało różne pomysłowe plany działania. NASA, Departament Obrony oraz Departament Energii rozpatrywały jeden z nich - Projekt Orion, w którym przewiduje się zastosowanie naziemnych laserów do usuwania małych obiektów. Jednak w odróżnieniu od opisywanych w fantastyce naukowej nie będą one rozbijać satelity na części, powodując tylko powstawanie większej ilości śmieci kosmicznych, lecz odparują część materii, z której są one zbudowane, i dzięki temu zepchną je z orbity do atmosfery, gdzie ulegną spaleniu. Nadal w sferze projektów są też inne zamierzenia, wśród nich pomysł gigantycznej piłki piankowej. Przenikając przez pianę, cząstki traciłyby energię i szybciej spadały na Ziemię.
            Być może przyszłe pokolenia będą potrafiły poradzić sobie ze skutkami krótkowzrocznych działań przodków, na razie jednak my musimy próbować zapobiec dalszemu niekontrolowanemu wzrostowi liczebności satelitów lub pogodzić się z brakiem przestrzeni życiowej w przestrzeni kosmicznej.

--
Tłumaczył Edwin Wnuk

 

------------------------------------------
Title : Kosmiczne śmieci
Author: Nicholas L. Johnson
Source: Świat Nauki - 10'1998, s.48

CYBERTECH
http://www.cybertech.prv.pl
leho@cybertech.prv.pl