Śmieci kosmiczne (początek 2017 roku)

Ilość „kosmicznych śmieci” na orbicie stale rośnie. Na początku 2017 roku wokół Ziemi krążyła rekordowa ilość obiektów różnego rodzaju.

Nie wszystkie szczątki na orbicie można wykrywać i monitorować. Aktualnie na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) możliwe jest monitorowanie i śledzenie fragmentów wielkości około 5 cm i większych. Na orbitach geosynchronicznych (do których zalicza się orbita geostacjonarna, GEO), możliwe jest monitorowanie szczątków do wielkości około 1 metra. O mniejszych fragmentach dość mało wiadomo, choć jest pewne, że przynajmniej duża część z nich może zagrozić satelitom. Jest jednak pewne, że tych małych obiektów, których nie można monitorować, jest przynajmniej kilkaset tysięcy.

Rekord pobity

Poszczególne kategorie “śmieci kosmicznych” – stan na początek 2017 roku / Credits – NASA

Dotychczasowy rekord w ilości wykrytych i obserwowanych „śmieci” nastąpił pod koniec 2010 roku. Wówczas całkowita ilość szczątków, fragmentów, całych satelitów (w tym i tych działających), górnych stopni rakiet i innych elementów wyniosła około 17750 obiektów. Przez sześć kolejnych lat ta całkowita ilość spadała, aż do osiągnięcia wartości około 17000 obiektów pod koniec 2014 i pod koniec 2015 roku. Od tego czasu całkowita ilość obiektów na orbicie rośnie, choć są pewne zauważalne zmiany w różnych populacjach „śmieci”. Na początku 2017 roku całkowita ilość obiektów na orbicie znów wyniosła około 17750.

Od początku 2009 roku nie rośnie ilość obiektów powstałych podczas fragmentacji. W 2009 roku ilość tego typu szczątków została wyliczona na prawie 11 tysięcy, a na początku 2017 roku było ich już mniej od 10 tysięcy. Jest to spowodowane m.in. mniejszą ilością dużych eksplozji i fragmentacji satelitów albo górnych stopni rakiet, choć te wciąż następują. Wciąż dość często dochodzi do fragmentacji lub eksplozji górnych stopni rosyjskich rakiet, w tym na niebezpiecznych orbitach transferowych do GEO. Z drugiej strony, po 2009 roku obserwowaliśmy fazę maksimum obecnego cyklu aktywności słonecznej, która „nadmuchała” nieco górne warstwy atmosfery. W związku z tym szybciej następował proces deorbitacji mniejszych fragmentów.

Warto tu jednak zauważyć, że głównie wskutek dwóch wydarzeń (2007: „zestrzelenie” chińskiego satelity, 2009: kolizja dwóch satelitów) ilość szczątków wzrosła z około 5 tysięcy pod koniec 2006 roku do wspomnianych prawie 18 tysięcy pod koniec 2010 roku. Wiele ze szczątków z tych dwóch wydarzeń wciąż krąży i przebywa na orbitach, z których „naturalna” deorbitacja trwać będzie przez kolejne dekady.

Rosnąca ilość satelitów

Wyraźnie rośnie natomiast ilość satelitów, w szczególności nieczynnych. W połowie 2016 roku na orbicie przebywało nieco ponad 1400 aktywnych satelitów. Na początku tego roku ta wartość wyraźnie wzrosła, głównie za sprawą startu indyjskiej rakiety PSLV-XL, na pokładzie której znalazły się 104 satelity. Ten start i „hurtowe” uwalnianie satelitów na podobnych wstępnych orbitach prowadzi do nowego rodzaju problemów na orbicie. W ciągu kolejnych tygodni po uwolnieniu tych satelitów zaczęło dochodzić do zbliżeń z wcześniej umieszczonymi satelitami. Ilość takich zbliżeń jest liczona w setkach i nie zawsze jest możliwe przeprowadzenie odpowiednich manewrów oddalających. W przyszłości z pewnością dojdzie do kolejnych takich zbliżeń i istnieje pewne ryzyko, że dojdzie do kolizji dwóch satelitów.

Małe satelity, w tym i te typu CubeSat, których każdego roku przynajmniej kilkadziesiąt znajduje się na orbicie, są rosnącym ryzykiem dla innych satelitów. Wiele z tych satelitów nie zejdzie z orbity w ciągu 25 lat. Większość takich satelitów nie posiada pokładowego systemu napędowego, który pozwoliłby na korektę orbity i uniknięcie niebezpiecznego zbliżenia. Co więcej, duża część z tych satelitów (w szczególności zbudowanych w ramach projektów edukacyjnych) w ogóle nie uruchamia się po starcie, od razu stając się „kosmicznym śmieciem”. Ogólnie, na początku 2017 roku na orbicie przebywało ponad 4 tysiące satelitów, zarówno działających i już nie funkcjonujących.

Rośnie, aczkolwiek dość powoli, także ilość górnych stopni rakiet. Dziś już typowym procesem jest deorbitacja górnego stopnia rakiety. Natomiast ilość szczątków związanych z misjami kosmicznymi (np. osłony czy wyrzutniki) od dwóch dekad pozostaje na podobnym poziomie. Jest to związane z lepszym planowaniem konstrukcji satelitów i ich funkcjonowaniem na orbicie, w wyniku czego powstaje mniejsza ilość fragmentów.

Spojrzenie w przyszłość

Wizualizacja PW-Sat 2 na orbicie / Credits – Marcin Świetlik

Przez kolejne dekady na różnych orbitach dookoła Ziemi będzie krążyć przynajmniej kilkanaście tysięcy fragmentów różnego rodzaju. Aktualnie nie ma możliwości deorbitacji większości „kosmicznych śmieci” –  technologie dopiero powstają. Jedną z nich jest żagiel do deorbitacji, który zostanie przetestowany w ramach misji polskiego satelity PW-Sat 2.

W najbliższych latach z pewnością nastąpią fragmentacje kolejnych satelitów i górnych stopień rakiet. Mogą także nastąpić kolizje satelitów, co wytworzy kolejne odłamki. Dlatego też potrzebny jest rozwój technik śledzenia i monitorowania „kosmicznych śmieci” oraz tworzenie technologii, które pozwolą na usuwanie obiektów z orbity – przede wszystkim niedziałających satelitów i zużytych górnych stopni rakiet.

(ODQNV)