Z okazji 50. rocznicy lądowania człowieka na Księżycu firma Lego zleciła przeprowadzenie ankiety wśród chińskich, amerykańskich i brytyjskich dzieci w wieku 8 do 12 lat. Jedno z głównych pytań brzmiało: "Czy chciałbyś w przyszłości polecieć w kosmos?". Ponad trzy czwarte ankietowanych dzieci odpowiedziało twierdząco. Tyle samo uważa, że ludzkość w przyszłości będzie zamieszkiwała inne planety. Marzenia dzieci o zostaniu astronautami są więc tak samo (a może bardziej?) aktualne niż 50 lat temu, kiedy miliony ludzi przed telewizorami oglądało historyczne lądowanie na Księżycu. Możliwe jednak, że w perspektywie kilkudziesięciu lat technologie kosmiczne będą rozwinięte na tyle, że wizyta na Księżycu będzie podobnym wyzwaniem jak obecnie lot samolotem z Warszawy do Tokio, a mimo to nikt w kosmos latać nie będzie. Przez śmieci.

W kosmosie latają nie tylko rakiety

W ostatnich latach coraz więcej mówi się o tym, że Ziemia dosłownie tonie w odpadach, że każdy z nas produkuje codziennie kilogramy śmieci. Codziennie słyszymy o kolejnych rekordach: największa wyspa ze śmieci pływających po oceanie, torebki foliowe znalezione w najgłębiej położonych rowach oceanicznych, setki kilogramów śmieci zebranych na Mount Evereście. Co z tymi wszystkimi śmieciami robić? Może wystrzelić w kosmos?

Smutna wiadomość jest taka, że one już tam są.

Oczywiście, na orbitach okołoziemskich nie znajdziemy opakowań po parówkach albo puszek po napojach. Odchody produkowane przez misje załogowe są sprowadzane na pokładach automatycznych statków Progress i spalane podczas wejścia w atmosferę.

Kosmiczne odpady, to przede wszystkim stare niedziałające satelity (często o masie wielu ton) albo ich mniejsze elementy. Są to też górne stopnie rakiet, które wynosiły satelity na ostatnim odcinku między Ziemią a docelową orbitą. Dopóki liczba wysyłanych satelitów była stosunkowo niska, nikt nie myślał o tym, co zrobić z urządzeniami, kiedy się zepsują albo wyczerpie im się paliwo. Satelity, których orbity były stosunkowo niskie (300-400 km wysokości) mają szansę spaść dosyć szybko, zaledwie w ciągu kilku lat. Im bliżej Ziemi, tym gęstsza staje się atmosfera, a satelity szybciej wyhamowują, aż w końcu spalają się w trakcie wchodzenia w jej gęste warstwy.

Niebezpieczna kosmiczna prędkość

Inaczej rzecz się ma na wyższych orbitach. Im wyżej, tym dłużej zajmuje deorbitacja, więc niedziałający satelita może krążyć przez wiele dziesiątków lat. Wydawałoby się, że nawet tysiące martwych satelitów nie powinny stwarzać większych problemów w wielkiej kosmicznej przestrzeni otaczającej naszą planetę. Skoro setki milionów samochodów na Ziemi jakoś się mieszczą, dlaczego wielokrotnie mniejsza liczba satelitów oraz kosmicznych śmieci miałaby być kłopotem? Z powodu prędkości.

Satelity poruszają się na orbitach z prędkościami rzędu kilku kilometrów na sekundę, czyli blisko 200 razy szybciej niż samochód na autostradzie. Dopóki samochodów na drodze jest mało albo stoją zaparkowane na poboczu, ryzyko zderzenia jest małe. Jednak kiedy na autostradzie tworzy się korek, wystarczy jeden samochód z uszkodzonymi hamulcami i mamy karambol – auta uderzają jedno w drugie, powstaje efekt łańcuchowy.

To, że podobny efekt może pojawić się także na orbicie, przewidziano już w latach 70. Nosi on nazwę syndromu Kesslera. Astrofizyk Donald Kessler zwrócił uwagę na zderzenia w pasie planetoid, których liczba rosła wykładniczo. Zauważył wtedy, że podobny problem może się pojawić na niskich orbitach wokółoziemskich, coraz gęściej wypełnionych satelitami. Te ostatnie po zakończeniu swojej misji nie są najczęściej kontrolowane z Ziemi i stwarzają potencjalne zagrożenie dla innych satelitów na podobnych orbitach. Im więcej satelitów, tym większe prawdopodobieństwo kolejnych zderzeń, które z kolei zwiększają liczbę śmieci kosmicznych. Jeśli liczba tych odłamków przekroczy pewną granicę, nastąpi reakcja łańcuchowa i wszystkie satelity zostaną szybko zniszczone. Jeśli ktoś jeszcze nie oglądał filmu “Grawitacja” z Sandrą Bullock, to idealny moment, żeby to nadrobić.

Postaci granej przez Sandrę Bullock w filmie 'Grawitacja' zagrażały kosmiczne śmieci. I to nie jest wcale fikcyjny scenariusz.Postaci granej przez Sandrę Bullock w filmie 'Grawitacja' zagrażały kosmiczne śmieci. I to nie jest wcale fikcyjny scenariusz. Warner Bros. Pictures / Warner Bros. Pictures

750 tys. pocisków

Dlaczego to ważne? Bo nawet najmniejszy odłamek pędzący z prędkością kilku kilometrów na sekundę jest ekstremalnie niebezpieczny dla wciąż działających satelitów. Uderzenie odłamkiem może uszkodzić ważne elementy na pokładzie i w efekcie "uśmiercić" urządzenie. A z niektórych satelitów korzystamy na co dzień. Jeśli zostaną zniszczone w wyniku zderzenia z odłamkiem, możemy pewnego dnia nie dodzwonić się do wujka za oceanem albo nie uruchomić nawigacji, jadąc na imprezę u koleżanki. Prawdziwe problemy są jednak większe, np. awaria łączności satelitarnej podczas akcji ratunkowych albo systemów monitorowania używanych w obronności czy w przypadku klęsk żywiołowych. Zwykle nie zdajemy sobie sprawy z tego, w jak wielu sprawach polegamy na pracy sprzętu na orbicie.

Kosmiczne śmieci stwarzają również niebezpieczeństwo dla zdrowia i życia astronautów na międzynarodowej stacji kosmicznej. Żyjemy w niesamowitej epoce – całe pokolenie Polaków wchodzące właśnie w dorosłość wychowało się w czasach, w których nie było dnia bez obecności człowieka w przestrzeni kosmicznej. Wielu z nich zapewne nie zdaje sobie sprawy, że astronauci są narażeni na duże ryzyko nie tylko podczas startu i lądowania. Niewykryta z wyprzedzeniem kolizja z kosmicznym wrakiem albo jego kawałkiem niesie także ryzyko uszkodzenia ważnych elementów Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, które pechowo mogą być akurat odpowiedzialne za podtrzymanie warunków niezbędnych do życia załodze.

Jeśli śmieci kosmicznych będzie zbyt dużo, będziemy zmuszeni zmagać się z częstymi uszkodzeniami satelitów (to spore koszty!). Może się okazać, że wysyłanie czegokolwiek – sprzętu albo załóg - na orbitę jest zbyt niebezpieczne.

Na szczęście już rozumiemy, że w kosmosie, tak samo jak na Ziemi, nie możemy śmiecić bezkarnie i w nieskończoność. Szacuje się, że wokół Ziemi krąży ok. 750 tys. fragmentów śmieci kosmicznych o średnicy większej niż 1 cm. Powstają już instytucje (np. amerykańskie Combine Space Operations Center), które wykorzystują radary do śledzenia tych śmieci i odłamków. Mniejsze elementy również stwarzają niebezpieczeństwo, ale są trudne do wykrycia i śledzenia.

Katastrofa ekologiczna w kosmosie?

W historii eksploracji kosmosu były już odpowiedniki katastrof ekologicznych, np. po zderzeniu satelitów Iridium 33 i Kosmosu 2251 w 2009 r., kiedy łączna liczba śmieci krążących wokół Ziemi wzrosła nagle o 30 proc. Dziś wzrost nie jest już tak intensywny, ale czy oznacza, że jesteśmy bezpieczni? Niestety, nie możemy być tego pewni. Światowy przemysł kosmiczny przeżywa ogromny wzrost zainteresowania mikrosatelitami ważącymi maksymalnie kilka, kilkanaście kilogramów. Są tańsze i łatwiejsze w budowie niż klasyczne satelity i przez to pojawia się ich coraz więcej na niskich orbitach. Spora część z tych satelitów nie działa już od pierwszych dni od umieszczenia na orbicie i zamienia się w kosmiczne śmieci.

Dlatego powstają regulacje, które mają ograniczyć produkcję nowych śmieci kosmicznych. Europejska Agencja Kosmiczna zaleca, żeby każdy nowy satelita zdeorbitował w ciągu maksymalnie 25 lat od daty startu. W praktyce oznacza to, że musi być umieszczony na wystarczająco niskiej orbicie, żeby sam mógł naturalnie spaść w wyznaczonym czasie. W innym przypadku powinien być wyposażony w system, który pozwoli na sprowadzenie go po zakończeniu misji (stosuje się m.in. żagle deorbitacyjne, które zwiększają współczynnik oporu satelity, albo silniki do obniżenia orbit).

Jest szansa, że uda nam się zapobiec dalszej inwazji kosmicznych śmieci. W tym celu wszystkie państwa i agencje muszą działać solidarnie i wprowadzać regulacje dotyczące sprzątania, czyli usuwania z orbit swoich satelitów.

*Ewelina Ryszawa - współinicjatorka projektu satelity PW-Sat2. Jego główną misją jest przetestowanie systemu przyspieszonego sprowadzania satelitów z orbity opartego na rozkładanej strukturze (żaglu). Obecnie pracuje głównie nad mechanizmami dla misji JUICE Europejskiej Agencji Kosmicznej, która w 2022 r. wyruszy w kierunku Jowisza.