Čišćenje bliskog prostora mnogo je teže nego što se čini
Problem zagađenja svemira zabrinjava cijelu zrakoplovnu zajednicu. Takav hipotetički razvoj u niskoj Zemljinoj orbiti, poput Kesslerovog sindroma, koji predviđa stvaranje svemirskog otpada izvan kontrole, uzburkao je čak i popularne medije. Jasno je da postoji potreba za temeljnim istraživanjem kako bi se razumjelo s kakvom opasnošću je ispunjen čak i mali ulomak, te izračunali koliko smo spremni platiti za čišćenje svemira.
Danas su političari, znanstvenici, tehničari i šira javnost duboko svjesni širenja svemirskog otpada. Zahvaljujući temeljnom radu J-K. Liouville i Nicholas Johnson, objavljeni 2006., razumijemo da će stopa krhotina vjerojatno nastaviti rasti u budućnosti, čak i ako se zaustave sva lansiranja. Razlog za ovaj stalni rast su sudari za koje se očekuje da će se dogoditi između satelita i raketnih faza koje su već u orbiti. To zabrinjava mnoge satelitske operatere koji su prisiljeni poduzeti odgovarajuće mjere za zaštitu svoje imovine.
Neki stručnjaci vjeruju da će ovi incidenti biti samo početak niza sudara koji će onemogućiti pristup niskoj Zemljinoj orbiti. Ovaj fenomen, koji je prvi put detaljno opisao NASA -in savjetnik Donald Kessler, obično se naziva Kesslerov sindrom. No, stvarnost će se vjerojatno jako razlikovati od sličnih predviđanja ili događaja prikazanih u igranom filmu "Gravitacija". Doista, rezultati predstavljeni Međuagencijskom odboru za koordinaciju svemirskog otpada (IADC) na šestoj europskoj konferenciji na tu temu ukazuju na očekivano povećanje otpada od samo 30 posto tijekom 200 godina s kontinuiranim lansiranjem.
Do sudara će i dalje doći, ali stvarnost će biti daleko od katastrofalnog scenarija kojeg se neki plaše. Rast količine svemirskog otpada može se smanjiti na prilično skromnu razinu. Prijedlog IADC -a je široko širenje i strogo pridržavanje smjernica za ublažavanje svemirskog otpada, posebice u pogledu neutraliziranja izvora energije, koje bi trebalo u potpunosti razviti do kraja leta, te odlaganja nakon završetka leta. Ipak, sa stajališta IADC -a, očekivano povećanje količine otpada, unatoč stalnim naporima, još uvijek zahtijeva uvođenje dodatnih mjera za borbu protiv postojećih čimbenika rizika.
Nema napretka?
Značajan interes za rekultivaciju svemirskog okoliša zabilježen je devet godina nakon objavljivanja rada Liouvillea i Johnsona. Diljem svijeta posebno su poduzeti koraci za razvoj metoda za uklanjanje objekata s niske Zemljine orbite. Primjerice, Europska svemirska agencija nedavno je objavila svoju namjeru da osigura potporu vlade za lansiranje europske letjelice u sljedećem desetljeću. Agencija je provela brojne studije kako bi utvrdila racionalne i pouzdane načine za postizanje cilja. Ključni element planiranja bili su računalni modeli prostora za otpatke, koji su pokazali da se rast krhotina može spriječiti uklanjanjem određenih stupnjeva svemirskih letjelica ili raketa. U računalnim simulacijama ti su objekti identificirani kao najskloniji sudarima, pa bi se nakon njihovog uklanjanja iz orbite broj sudara trebao naglo smanjiti, što će spriječiti pojavu novih krhotina kao posljedica rasipanja krhotina.
Gotovo je deset godina prošlo od objavljivanja rada Liouvillea i Johnsona, pa je iznenađujuće da na međunarodnoj ili nacionalnoj razini ne postoje metodološka načela koja jasno definiraju mjere za uklanjanje posljedica zagađenja prostora blizu Zemlje. Čini se da postoji određena apatija oko razvijanja postupka odlaganja otpada, unatoč pozivima na akciju. No je li doista tako?
Zapravo, situacija nije tako jednostavna kako se čini. Što se tiče postupka uklanjanja svemirskog otpada, postoje neka temeljna pitanja na koja još uvijek treba odgovoriti. Posebno zabrinjavaju pitanja vezana za vlasništvo, odgovornost i transparentnost. Na primjer, mnoge tehnologije koje se nude za uklanjanje krhotina također se mogu koristiti za uklanjanje ili onemogućavanje aktivne letjelice. Stoga se mogu očekivati optužbe da su te tehnologije oružje. Postoje i pitanja u vezi s troškovima dosljednog programa odlaganja smeća. Neki tehničari procijenili su to na desetke bilijuna dolara.
Međutim, možda najvažniji razlog nedostatka odgovarajućih metodoloških načela leži u činjenici da još ne znamo provesti melioraciju, pod čime u praksi mislimo na pročišćavanje svemira. No to ne znači da ne znamo koje nam tehnologije trebaju.
Algoritmi za jednokratnu uporabu već su praktično razvijeni. Pravi problem proizlazi iz naizgled jednostavnog zadatka: odrediti "ispravne" krhotine koje treba ukloniti iz orbite. I dok ne riješimo ovaj problem, čini se da nećemo moći povratiti prostor.
Igranje olupina
Da bismo shvatili problematičnu prirodu rješavanja tako naizgled jednostavnog zadatka kao što je identificiranje smeća koje treba ukloniti, koristimo analogiju igre s špilom od 52 obične karte za igru. U ovoj analogiji, svaka karta predstavlja objekt u svemiru koji bismo možda htjeli ukloniti kako bismo spriječili sudar. Nakon što su karte podijeljene, svaku karticu pojedinačno stavljamo licem prema dolje na stol. Naš je cilj sada pokušati identificirati asove i ukloniti ih sa stola, budući da te kartice predstavljaju satelite ili druge velike objekte svemirskog otpada koji bi mogli postati sudionici u sudaru u nekom trenutku u budućnosti. S stola možemo ukloniti onoliko kartica koliko želimo, ali kad god uklonimo jednu karticu, moramo platiti 10 USD. Osim toga, dok se udaljavamo, nemamo pravo pogledati kartu (ako se satelit ukloni iz orbite, ne možemo sa sigurnošću reći što bi točno mogao postati sudionik sudara). Konačno, moramo platiti 100 USD za svakog asa koji ostane na stolu, što predstavlja potencijalne gubitke koji su posljedica sudara naših satelita (u stvarnosti, troškovi zamjene satelita mogu se kretati od 100.000 do 2 milijarde USD).
Pa, kako možemo riješiti ovaj problem? Na poleđini, sve karte su iste, pa ne postoji način da se utvrdi gdje su asovi, a jedini način da provjerite jesmo li izbrisali sve asove je brisanje svih karata sa stola. U našem primjeru to će koštati najviše 520 USD. U svemiru se suočavamo s istim problemom: ne znamo točno koji objekti mogu biti uključeni u sudare, ali je skupo ukloniti ih sve, pa moramo izabrati. Pretpostavimo da smo napravili izbor: za uklanjanje jedne karte vrijedne 10 USD, koja je vjerojatnost da smo uklonili asa? Pa, vjerojatnost da je karta as je četiri djeljiva sa 52, drugim riječima otprilike 0, 08 ili 8 posto. Dakle, vjerojatnost da karta nije as je 92 posto. Ovo je vjerojatnost da smo potrošili 10 dolara.
Što će se dogoditi ako ovaj put uzmemo drugu karticu (koja će nas koštati još 10 USD)? Vjerojatnost da je druga karta as ovisi o tome je li prva karta bila as. Ako je to slučaj, tada je vjerojatnost da je druga karta također as podijeljena s tri s 51 (jer sada u špilji postoje samo tri asa, što se smanjilo za jednu kartu). Ako prva karta nije as, tada je vjerojatnost da je druga karta as dijeljena s četiri s 51 (jer u manjem špilju još uvijek postoje četiri asa).
Ovom metodom možemo odrediti vjerojatnost da smo uklonili oba asa - jednostavno pomnožimo vjerojatnost da pronađemo odgovor: 4/52 puta 3/51, što nam daje vjerojatnost od 0,0045 ili 0,45 posto u vrijednosti od 20 USD po dvije karte uklonjen. Ne baš ohrabrujuće.
Međutim, možemo odrediti i vjerojatnost uklanjanja barem jednog asa. Nakon što ste izvukli dvije karte, postoji 15 posto šanse da smo uspješno uklonili barem jednog asa. Ovo zvuči obećavajuće, ali ni sada šanse nisu baš dobre.
Ispada da kako bismo povećali šanse za izvlačenje barem jednog asa, moramo ukloniti više od devet karata (u vrijednosti od 90 USD) ili više od 22 karte (u vrijednosti od 220 USD) ako želimo biti 90 posto sigurni da smo uklonili jednog od asova. Čak i ako uspijemo, tri asa su i dalje na stolu, pa ukupno moramo platiti 520 USD, što je slučajno isti iznos koji smo morali platiti da smo odabrali opciju s uklanjanjem. Sve kartice.
Igre su gotove
Vraćajući se iz naše analogije natrag u stvarno svemirsko okruženje, čini se da je situacija alarmantnija. Trenutno se približno 20.000 objekata prati u orbiti koristeći američku mrežu svemirskih postaja za promatranje, pri čemu oko šest posto ovih objekata teži više od jedne tone, što bi hipotetski moglo sudjelovati u sudaru i koje bismo možda htjeli ukloniti. U analogiji s kartama, naš je problem što su stražnje strane svih karata iste, a vjerojatnost da je jedan as pik jednaka je vjerojatnosti da je i drugi as. Ne postoji način da identificirate kartice koje želite i uklonite ih sa stola. U stvarnosti, naše su šanse da izbjegnemo sudar mnogo veće nego u kartaškoj igri, jer u orbiti možemo vidjeti vjerojatnost da su neki objekti uključeni u sudare i možemo usmjeriti svoju pažnju na njih. Na primjer, objekti koji se nalaze u gusto naseljenim orbitama, poput heliosinkronih na visinama između 600 i 900 kilometara, najvjerojatnije će biti uključeni u sudare zbog zagušenja u ovoj zoni. Ako svoju pozornost usmjerimo na slične objekte (a druge na slično zagušene orbite) i uzmemo u obzir predviđanja mogućnosti njihova sudara, ispada da moramo ukloniti oko 50 objekata kako bismo očekivani broj katastrofalnih sudara smanjili za samo jedna jedinica, što proizlazi iz rezultata istraživanja koje su proveli članovi svemirske agencije IADC.
Ispostavilo se da čak i ako se jednom čistom svemirskom letjelicom može ukloniti nekoliko objekata (a čini se da je pet ciljeva svestrana alternativa), mnogi se letovi - često izazovni i ambiciozni - moraju poduzeti samo kako bi se spriječio jedan sudar.
Zašto nismo u mogućnosti preciznije predvidjeti vjerojatnost sudara i ukloniti samo one objekte za koje zasigurno znamo da će biti opasni? Postoje mnogi parametri koji mogu utjecati na putanju satelita, uključujući orijentaciju satelita, bilo da se radi o nestabilnom kretanju ili svemirskom vremenu (što može utjecati na otpor koji sateliti doživljavaju). Čak i male pogreške u početnim vrijednostima mogu dovesti do velikih odstupanja u rezultatima izračunavanja položaja satelita u usporedbi sa stvarnošću, a nakon relativno kratkog razdoblja. Zapravo, koristimo istu tehniku kao i prognostičari: koristimo modele za generiranje vjerojatnosti konkretnih rezultata, ali ne i činjenicu da će ti rezultati ikada biti dobiveni.
Dakle, imamo tehnologije koje se povremeno mogu koristiti za uklanjanje svemirskog otpada. To je stav koji je zauzela Europska svemirska agencija sa svojom planiranom misijom e. Deorbit, ali još uvijek postoje problemi koje je potrebno riješiti kako bi se identificirali najprikladniji objekti za uklanjanje. Ti se problemi moraju riješiti prije nego što se potrebne smjernice i metodološka načela stave na raspolaganje zainteresiranima za pripremu dugoročnog programa uklanjanja svemirskog otpada koji je bitan za učinkovitu sanaciju okoliša.
Metodološka načela u smislu specifičnih mjesta, njihovog broja, zahtjeva i ograničenja ključna su za povećanje vjerojatnosti da će napori na sanaciji okoliša biti učinkoviti i vrijedni. Da bismo razvili takva metodološka načela, moramo preispitati svoja nerazumna očekivanja povoljnog ishoda.
