Śmieci kosmiczne (kwiecień 2021)

1

Jak wygląda ogólna sytuacja ze śmieciami kosmicznymi w połowie kwietnia 2021 roku?

Z roku na rok ilość aktywnych i nieaktywnych obiektów krążących wokół Ziemi rośnie. Najbardziej niebezpieczne są wszystkie “śmieci kosmiczne”, nad którymi nie ma kontroli. Ile ich skatalogowano na początku 2021 roku?

Nieczynne satelity, górne stopnie rakiet, osłony i przypadkowo uwolnione części oraz różnej wielkości szczątki łącznie określa się jako „śmieci kosmiczne”. Wielkość tych obiektów jest różna: od kilku milimetrów (np. oderwane elementy izolacji) aż po kilkanaście metrów (górne stopnie rakiet i całe satelity). Prawie każdy „śmieć” jest zagrożeniem dla innych obiektów i aktualnie praktycznie każdego roku dochodzi do kolizji.

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.

Dwa lata różnicy – duże zmiany

Nasz poprzedni raport na temat ogólnej ilości obiektów znajdujących się na orbicie – w tym śmieci kosmicznych – opublikowaliśmy w maju 2019 roku. Wówczas całkowita liczba skatalogowanych obiektów na orbicie wyniosła około 19250 satelitów, górnych stopni oraz śmieci. Przede wszystkim wyraźnie wzrosła liczba satelitów (prawie 5 tysięcy) i rosła także ilość nieczynnych górnych stopni rakiet. Co ciekawe, ilość różnych szczątków od 2016 roku powoli spadała, co sugeruje, że operatorzy rakiet i satelitów starają się nie tworzyć nowych fragmentów.

Jak sytuacja wygląda na początku 2021 roku? W porównaniu z 2019 rokiem wyraźnie wzrosła całkowita ilość wszystkich obiektów na orbicie. Na początku 2021 roku było ich już blisko 22 tysiące. Co ciekawe – nie jest to wynik rosnącej ilości “śmieci kosmicznych” – tych (skatalogowanych) od 2009 roku jest mniej więcej tyle samo (ok 10,5 – 11,5 tysięcy). Wzrosła natomiast wyraźnie liczba satelitów – z około 5 tysięcy to około 6,5 tysiąca.

Co stoi za tą zmianą? Są dwa główne źródła: satelity Starlink firmy SpaceX oraz zminiaturyzowane satelity (m.in. formatu) CubeSat z całego świata. Satelity Starlink, zwykle umieszczane w paczkach po 60 sztuk, zostały wyniesione już w 25 startach, z czego 23 starty były skupione głównie (lub wyłącznie) na satelitach Starlink.

Przelot satelitów Starlink ze stycznia 2020 – widok ok. 9 godzin po starcie / Credits – flycamDFW

Drugim źródłem rosnącej ilości aktywnych satelitów są “misje hurtowe”, podczas których wynosi się kilkanaście, kilkadziesiąt lub nawet ponad sto zminiaturyzowanych satelitów. Na początku tego roku padł rekord w ilości wynoszonych satelitów w jednym starcie – 143 satelity. Ten rekord padł 24 stycznia podczas misji Transponder-1.

Więcej satelitów – to dobrze czy źle?

Krótkoterminowo liczba aktywnych satelitów to z pewnością lepsza sytuacja niż większa liczba nieaktywnych śmieci. Przynajmniej przez kilka lat duża część z tych satelitów będzie w stanie aktywnie manewrować i omijać potencjalne zagrożenia. Na tym niestety kończą się dobre wiadomości – pojawia się pytanie “co dalej”?

Uwalnianie satelitów Starlink (warto zwrócić uwagę na odrzucenie obejmy, która staje się “kosmicznym śmieciem” – na szczęście na dość krótko, gdyż separacja następuje na orbicie o wysokości 350 km) / Credits – SpaceX

Duża część nowych satelitów to początek budowy tzw. “megakonstelacji”. Firma SpaceX docelowo chce używać ok. 42 tysięcy satelitów. Jest to wartość przewyższająca obecnie skatalogowane wszystkie obiekty na orbicie. Tak duża ilość satelitów przynosi zagrożenie w postaci generowania nowych śmieci kosmicznych, a nawet cyberbezpieczeństwa. I choć satelity Starlink będą przebywać na stosunkowo niskiej orbicie (ok 550 km), to inni dostawcy megakonstelacji proponują zastosowanie wyższych orbit. Oznacza to duże ryzyko pozostawania satelitów przez czas liczony w dekadach – w szczególności w przypadku utraty kontroli nad satelitą. Niestety, wydaje się, że problem takiej utraty kontroli jest pomijany, a historycznie nawet do kilkunastu procent “profesjonalnych” misji kończy się przedwcześnie. W przypadku misji typu CubeSat – dzieje się to znacznie częściej.

Coraz częściej pojawiają się także głosy, że ludzkość produkuje i wysyła “za jednym razem” za dużo satelitów typu CubeSat. W konsekwencji wiele z nich nie zaczyna nawet swoich misji i szybko staje się “śmieciami kosmicznymi”.

Pozytywny aspekt – deorbitacja górnych stopni

Ostatnie lata to większa dbałość o deorbitację górnych stopni. O ile przez dekady górne stopnie rakiet pozostawały na orbitach po uwolnieniu satelitów, o tyle obecnie zwykle się deorbituje te obiekty. W konsekwencji ogólna liczba nieaktywnych górnych stopni dość powoli wzrosła przez ostatnią dekadę. Zazwyczaj są to stopnie rakiet, które wynoszą satelity ku orbicie geostacjonarnej lub na wyższe orbity okołoziemskie (np 1000 km). Niestety, z uwagi na masę, rozmiary oraz możliwość pozostania niewielkiej ilości paliwa w zbiornikach tych stopni – te obiekty stwarzają większe zagrożenie od mniejszych śmieci. Dlatego też coraz częściej postuluje się aktywne usuwanie górnych stopni – zanim dojdzie do spontanicznej eksplozji, co często się zdarza.

Niekontrolowana deorbitacja górnego stopnia Falcona 9 – nad tym stopniem firma SpaceX utraciła kontrolę (w odróżnieniu od większości pozostałych górnych stopni) i po około 22 dniach na orbicie doszło do deorbitacji nad USA / Credits – Roman puzhlyakov, Aekimsey, Lucass Manning

Fragmentacja NOAA-17

Osiemnastego marca pojawiło się potwierdzenie, że nieczynny amerykański satelita NOAA-17 doznał fragmentacji około 10 marca. Ten satelita nie funkcjonował już od 8 lat i przez ten czas był nieaktywnym “kosmicznym śmieciem”. Prawdopodobną przyczyną fragmentacji NOAA-18 jest jakiś “czynnik wewnętrzny”, jakim może być eksplozja baterii czy pozostałego paliwa niż uderzenie innego obiektu w tego satelitę. Łącznie początkowo udało się skatalogować kilkanaście szczątków, choć jest pewne, że jeszcze więcej jest zbyt małych, by udało się je wykryć.

Zbliżenie 1978-042A do 1981-041B

Dziewiątego kwietnia po 19:00 CEST doszło do zbliżenia dwóch nieczynnych śmieci kosmicznych: satelity meteorologicznego OPS 6182 (DMSP 5D-1 F3) wyniesionego na orbitę w 1978 roku z górnym stopniem SL-8, użytym w 1981 roku. Oba obiekty od dekad były nieczynne i niemożliwe były jakiekolwiek manewry.

Z dostępnych informacji wynika, że zbliżenie tych dwóch śmieci było rzędu 20 metrów – bardzo blisko. W przypadku kolizji mogłoby powstać nawet 4 milionów fragmentów, z czego 400 byłoby większych od 20 cm.

Symulacja kolizji 1978-042A z 1981-041B / Credits – AviSpace

Polecamy nasze podsumowanie obserwacji przelotów satelitów Starlink z początku marca 2021.

Ważne: artykuł chroniony prawem autorskim, co oznacza że wszelkie prawa, w tym Autorów i Wydawcy są zastrzeżone. Zabronione jest dalsze rozpowszechnianie tego artykułu w jakiejkolwiek formie bez pisemnej zgody ze strony właściciela serwisu Kosmonauta.net – firmy Blue Dot Solutions. Napisz do nas wiadomość z prośbą o wykorzystanie. Niniejsze ograniczenia dotyczą także współpracujących z nami serwisów.

(NASA, PFA)

1 komentarz

  1. Z górnymi stopniami sprawa “prosta” przyjąć traktat międzynarodowy (i ratyfikować go prędko) zobowiązujący strony i podmioty podległe (firmy prywatne) do deorbitacji stopni rakietowych kierowanych na GEO (lub płacą karę – stała roczna opłata za każdy rozpoczęty rok okrążania Ziemi przez śmieć – oj byłby ból i szybko by się rozwinęły satelity inspekcyjno-serwisowe). Takie prawo że paliwa ma wystarczyć na deorbitację mocno ograniczyłoby udźwig istniejących rakiet na GEO i wyeliminowałoby stałopaliwowe stopnie nierestartowlane ale jakie perspektywy otworzyłby się przed Falconem Heavy, a i SLS może znalazłby jakąś niszę na “grubsze” ładunki wynoszone hurtowo.
    Recepta prosta – czy przejdzie? Byłbym bardzo zdziwiony gdyby przeszła.

Leave A Reply