***
Štefánikova hvězdárna
observatory.cz > Novinky z astronomie > Nepořádek za humny aneb co s kosmickým odpadem?

Nepořádek za humny aneb co s kosmickým odpadem?

Kosmonautika 20.9.2010 Petr Kulhánek

První Sputnik vypuštěný Sovětským svazem v roce 1957 znamenal nejen počátek kosmonautiky, ale také počátek devastace vesmírného prostoru v blízkosti Země . Za celou éru kosmonautiky bylo vypuštěno přibližně 30 000 objektů. Jen necelá tisícovka z nich je dnes aktivní. Část kosmického smetí shořela v atmosféře , část dopadla na Zemi, ale mnoho zůstalo na nejrůznějších oběžných drahách. Nejde jen o nečinné kosmické lodi. V prostoru kolem Země krouží vyhořelé stupně nosných raket, nepotřebné palivové nádrže, záměrně odhozené krytky různých přístrojů, nářadí, ztracené kamery, šrouby, úlomky laku a úlomky ze dvou varovných událostí – záměrného sestřelení nepotřebné družice Čínou v roce 2007 a srážky nefunkčního Kosmosu 2251 s  Iridiem 33 v roce 2009. Sečteno a podtrženo: odhaduje se, že kolem Země krouží 12 000 těles a úlomků větších než 10 cm, přibližně 600 000 úlomků větších než 1 cm a desítky milionů úlomků větších než 1 mm. Pro kosmické lodě jsou potenciálně nebezpečné úlomky větší než 1 cm. Centimetrový úlomek s rychlostí 10 km/s při srážce s družicí energeticky odpovídá explozi ručního granátu. Kilogramové těleso s rychlostí pouhých 10 km/s již spolehlivě zničí tunovou kosmickou loď. Při hrozícím nebezpečí srážky s centimetrovým úlomkem musí družice manévrovat a úlomku se vyhnout. Naše možnosti sledování těchto úlomků jsou ale velmi omezené. Na nízkých oběžných draháchumíme trvale sledovat jen tělesa s rozměry nad 5 cm a na geostacionární dráze jen tělesa s rozměry většími než 50 cm. Z 600 000 nebezpečných tělísek s rozměry nad 1 cm jde o pouhých 19 000 sledovaných úlomků.

 

LEO – Low Earth Orbit, nízká oběžná dráha, na které krouží družice kolem Země ve výšce od cca 200 km do 2 000 km.

MEO – Medium Earth Orbit, střední oběžná dráha, na které krouží družice kolem Země ve výšce od 2 000 km do 35 000 km.

GSO – dráha, na které je perioda oběhu družice kolem Země (vzhledem ke hvězdám) stejná jako rotační perioda Země. Družice se pro pozorovatele na určitém místě zeměkoule bude vracet na stejné místo na obloze vždy ve stejný čas (odsud pochází název geosynchronní). Její dráha na obloze připomíná tvarem číslici 8. Speciálním případem je geostacionární dráha, která je kruhová a má nulový sklon. Její výška nad povrchem Země je 35 800 km a družice se pozorovateli jeví na obloze jakoby nehybná.

GYO – Graveyard Orbit, odkladní dráha. Dráha pro družice vyřazené z činnosti, u kterých je technicky nemožné, aby shořely v atmosféře Země. Jde o dráhu ve větší vzdálenosti než 36 100 km od Země.

Události spíše úsměvné

Kosmonauti jsou lidé stejně nešikovní jako většina populace a tak jim prostě tu a tam něco do vesmíru odletí. K nejvíce medializovaným případům patří nepochybně rukavice, kterou ztratil Ed White v roce 1965 při prvním výstupu amerického kosmonauta do volného prostoru. Z poslední doby si určitě vzpomeneme na tašku s nářadím, kterou upustila Heide Stefanyshyn-Piperová v roce 2008. Nicméně takových událostí je velké množství – Michael Collins ztratil v roce 1966 kameru v blízkosti lodi Gemini 10, stejně tak jako Sunite Williams v roce 2006 při letu raketoplánu STS 116. Ztracených šroubováků a šroubků také není málo. Jde ale o ojedinělá selhání, která jsou zanedbatelná ve srovnání s pytlíky odpadků z vesmírné stanice Mir , které byly záměrně vyhazovány do vesmírného prostoru po dobu patnácti let.

 

Odpad kolem Země

Prostorová mapa neaktivních těles v okolí Země. Zdroj: Wikipedia, 2010.

 

Kesslerův syndrom a události spíše katastrofální

Na rostoucí počet úlomků ve vesmírném prostoru upozornil Donald Kessler z Johnsonova vesmírného střediska NASA již v roce 1978. Kessler předpověděl, že někdy kolem roku 2000 dojde ke kladné řetězové reakci. Náhodná srážka dvou větších úlomků nebo satelitů způsobí výrazné zvýšení úlomků v prostoru, ty zvětší počet srážek, každá srážka zvětší počet úlomků, atd. Výsledek? Konec bezpečného vypouštění družic a sond do vesmíru. V posledních letech se o Kesslerově syndromu velmi často hovoří zejména s ohledem na dvě události.

Dne 11. ledna 2007 Číňané sestřelili nepotřebnou meteorologickou družici Feng Yun 1C. Snad mělo jít o demonstraci jejich schopností, snad o demonstraci síly, kdo ví. Výsledek byl katastrofální: 2 300 úlomků větších než golfový míček, 35 000 úlomků větších než 1 cm a milion úlomků větších než 1 mm. Oběžná dráha sestřeleného satelitu byla ve výšce 850 až 882 kilometrů. Úlomky zde zůstanou po mnoho desítek let. Hned v témže roce se úlomku z této události musela vyhýbat americká družice Terra.

V roce 2009 došlo historicky k první katastrofální srážce dvou družic. Ruský nefunkční Kosmos 2251 se srazil dne 10. 2. 2009 nad Sibiří ve výšce 800 km s telekomunikačním satelitem Iridium 33. Kosmos byl zcela zničen, Iridium silně poškozeno, takže není schopné provozu. Kolem srážky se rozprostřel oblak 2 000 úlomků větších než 10 cm a pravděpodobně statisíce menších, které nelze sledovat. Kosmos 2251 měl hmotnost 950 kg, Iridium 33 „jen“ 560 kg. Vzájemná rychlost obou lodí byla 12 km/s.

Obě dvě události téměř zdvojnásobily počet úlomků větších než 1 cm v prostoru kolem Země . Byl Kesslerův syndrom odstartován? A jak se můžeme bránit? I kdyby se nyní zastavily veškeré kosmické lety, což je nemožné, bude počet úlomků v důsledku vzájemných srážek stále stoupat. Operační střediska nyní zaznamenávají přibližně dva až tři poplachy týdně. Jde o zjištění malých těles v blízkosti funkční družice. Následuje několikadenní sledování úlomku, zpřesňování jeho dráhy (i to stojí nemalé peníze) a pokud je úlomek vyhodnocen jako nebezpečný, musí družice provést úhybný manévr. Obzvláště citelná by byla ztráta družice tvořící formaci s jinými družicemi. Práce celé skupiny by byla znehodnocena. K nejznámějším formacím patří Vláček čtyř družic pro sledování Země nebo čtveřice Clusterpro sledování magnetosféry .

 

Srážka s raketoplánem

Každý z raketoplánů utrpěl mnoho šrámů při srážkách s vesmírným odpadem. Na snímku je přes 1 cm veliký otvor na chladícím panelu, který vytvořil úlomek při srážce s raketoplánem Endeavour v roce 2007. Měřítko je v palcích. Zdroj: NASA

Co se dá dělat?

Na prvním místě je zodpovědné chování do budoucnosti. Důležitá doporučení připravil Výbor pro koordinaci vesmírného odpadu IADC (Inter-Agency Space Debris Committee). K základním zásadám by mělo patřit:

 

  1. Družice provozované na nízké oběžné dráze (LEO ) musí vstoupit do atmosféry maximálně do 25 roků po ukončení činnosti.
  2. Družice provozované na vyšších drahách musí být po ukončení činnosti navedeny na odkladní dráhu GYO s výškou nad 36 100 km.
  3. Nepotřebné díly, krytky a odpad nesmí být záměrně vypouštěny do vesmírného prostoru.

 

Dodržování těchto zásad je věcí budoucnosti. V současnosti se zdá, že bude nevyhnutelná aktivní likvidace vesmírného odpadu. To bude stát velké množství peněz a likvidace rozhodně nebude moci být plošná. Je třeba vytipovat nejnebezpečnější objekty a těmi se zabývat. Jednou z možností jsou specializované družice určené pro úklid odpadu. Nabízí se hned několik variant. Družice „uklizečka“ může být vybavena laserem, který odtaví vhodnou část bývalého satelitu, vzniklý plyn reaktivní silou odtlačí nepohodlný zbytek buď na bezpečnou dráhu nebo ho nasměruje do atmosféry, kde shoří. Druhou možností je připevnit k nebezpečnému zbytku něco, co výrazně zvýší jeho tření o atmosféru a urychlí zánik tělesa. Mohlo by jít například o samonafukující balón. Další možností je vybudování jakési centrální stanice, do které by zbylé lodi byly stahovány.

Kolem likvidace vesmírného odpadu vzniká ale řada nejasností a problémů. Jmenujme alespoň některé z nich. Na prvním místě jsou právní problémy. Vrak na moři je možné odstranit bez souhlasu vlastníka. Ve vesmíru je vypuštěné těleso vlastnictvím majitele jednou provždy. Jiná otázka se týká prázdných palivových nádrží. Dnes je jich na oběžné dráze tolik, že jejich objem je dvacetinásobkem objemu Mezinárodní vesmírné stanice . Mají se likvidovat nebo by jich šlo využívat ke konstrukci orbitálních stanic? A další problém: kolem Země létá přibližně 1 000 tun mimořádně čistého hliníku . Není to škoda? Neměl by se takový odpad nějak využívat? Navedení do atmosféry tento draze pořízený materiál definitivně zničí.

 

Nádrž

Tak tato „bandaska“ dopadla do pouště v Saudské Arábii 12. ledna 2001. Po pečlivém šetření bylo zjištěno, že jde o horní stupeň pomocné rakety (tzv. boosteru), která vynášela na oběžnou dráhu GPS satelit NAVSTAR 32 v roce 1993. Bohužel zdaleka nejde o ojedinělý případ dopadu kosmického smetí na povrch Země. Zdroj: JSC/NASA.

 

Závěr

Lidstvo tak stojí před nelehkou otázkou. Co s vesmírným odpadem? Řešení pravděpodobně nebude vůbec jednoduché. Před malými úlomky lze kosmické lodi chránit různými fóliemi. Ty jsou ale nepoužitelné u optických součástek, panelů slunečních baterií nebo antén a jsou neúčinné pro úlomky s rozměrem větším než 1 cm. Pokud se o takovém úlomku vůbec ví, družice musí složitě manévrovat, aby se mu vyhnula. Účinná likvidace musí začínat již u dosloužilých družic, které jsou v případě srážky s jiným objektem zdrojem mnoha nedohledatelných úlomků. Tvrzení estétů, že kolem Země vznikají nádherné prstence, jejichž krása v budoucnu předčí eleganci těch Saturnových , asi konstruktéry kosmických lodí příliš nenadchne.

 


Zdroje:

1. Stuart Clark: Who you gona call? Junk Busters!; New Scientist No 2777, 11 Sep 2010

2. Wikipedia: Space Debris

3. NASA: Debris in orbit evaluator

4. Lee A. Paradise: Does the accumulation of "space debris" in Earth's orbit pose a significant threat to humans, in space and on the ground?; Science Clarified, Vol. 1. 2010

5. Michal Križan: Čína dobývá vesmír; AB 48/2007

6. Jan Pacák: Vláček – soustava družic zkoumajících počasí; AB 18/2007

Kosmonautika 20.9.2010 Petr Kulhánek