Okolo našej planéty momentálne krúži niekoľko miliónov kusov rôzneho vesmírneho odpadu (po anglicky „Space debris“) rôznej veľkosti. Asi 500 000 objektov je pozorovateľných a približne 20 000 z nich je väčších ako tenisová loptička. Jedná sa o techniku a jej súčasti, ktoré už neslúžia svojmu pôvodnému účelu.Americká národná agentúra pre letectvo a vesmír (NASA) spolu s americkým ministerstvom obrany dávajú veľký dôraz na sledovanie potenciálne nebezpečných objektov. Ich počet momentálne dosahuje asi 21 000.
Vesmírny odpad zahŕňa všetky človekom vyrobené predmety na zemskej orbite, vrátane ich častí, ktoré sú nefunkčné, bez očakávania na znovuobnovenie ich pôvodnej funkcie. Patria sem napríklad satelity po konci svojej životnosti, časti raketových motorov a rakiet, odlúpnutá farba, pevné palivo, pozostatky vesmírnych kolízií, ale aj ľudský biologický odpad.
Na obežnej dráhe sa začal takýto odpad zberať po vypustení prvej umelej družice Zeme – Sputniku 1, ktorý odštartoval 4.10.1957 a posledný stupeň jeho nosnej rakety zostal krúžiť na obežnej dráhe. Tento zanikol v zemskej atmosfére 1.12.1957. V 60-tych a 70-tych rokoch minulého storočia, počas éry vesmírnych programov Apollo a Sojuz sa počet rakiet a vybavenia vystreleného do vesmíru prudko zvyšoval. Niektoré časti boli po štarte stiahnuté zemskou gravitáciou späť na Zem, napríklad pomocné rakety. Iné zhoreli pádom do zemskej atmosféry, ako napríklad jednotlivé stupne raketových motorov. Tie, ktoré zostali na obežnej dráhe predstavujú nezanedbateľnú komplikáciu pre aktuálne vesmírne projekty. Treba ich brať do úvahy pri plánovaní nových misií a vesmírnych letov, keďže predstavujú potenciálne nebezpečenstvo pre aktívne a funkčné zariadenia. Situáciu komplikuje fakt, že trajektórie pohybov jednotlivých objektov sú rôzne, neletia tým istým smerom, ani v rovnakej výške nad Zemou.
Obr. 1: Odpad krúžiaci okolo Zeme
Nebezpečenstvo nielen vo vesmíre
Každý takýto objekt krúži okolo Zeme rýchlosťou okolo 7 až 8 km/s, avšak v prípade zrážky s iným predmetom by sa rýchlosť dopadu blížila k 10 km/s. Z toho vyplýva, že aj kolízia s niekoľko centimetrovým predmetom môže mať vážne následky. Pre porovnanie môžeme uviesť, že zrážka s vesmírnym odpadom o veľkosti 2 mm letiacim rýchlosťou 10 km/s je porovnateľná so zásahom tenisovou loptičkou letiacou rýchlosťou 100 km/h. V prípade 10 mm a rovnakej rýchlosti sa už jedná o náraz veľkého motocyklu idúceho rýchlosťou 100 km/h. Za potenciálne nebezpečenstvo musíme považovať každý objekt väčší ako 1 centimeter. Je totiž pravdepodobné, že by prenikol stenou satelitu, resp. vesmírnej lode.
Medzinárodná vesmírna stanica ISS používa na ochranu pred vesmírnym odpadom špeciálne tzv. Whippleho štíty. Ich úlohou je tlmiť nárazy, prípadne spôsobiť rozpadnutie narážajúcich predmetov na menšie, ktoré už nie sú tak nebezpečné. Takýto štít pracuje na princípe nárazníka a je pripevnený na samotnom plášti stanice, resp. vesmírnej lode. Nevýhodou je zväčšenie rozmerov a hmotnosti chráneného objektu. Na vesmírnej stanici ISS sa momentálne nachádza približne 100 štítov v rôznych konfiguráciách, pričom väčší dôraz na ochranu sa samozrejme kladie pri kritických systémoch. Avšak, kolíziám sa nedá úplne zabrániť. Počas letov amerických raketoplánov bolo potrebné vymeniť približne 100 kusov čelných skiel, ktoré boli takýmito zásahmi poškodené. Solárne panely sú tiež veľmi zraniteľné.
Obr. 2: Poškodenie čelného skla raketoplánu Endeavour z roku 1983. Čierna čiara má dĺžku 1 mm.
Vesmírny odpad nepredstavuje nebezpečenstvo iba vo vesmíre. V januári tohto roku dopadli na Zem kusy ruskej sondy Fobos-Grunt, ktorej misia zlyhala. Celková váha sondy bola okolo 13,5 tony. Situácia ohľadom dopadu bola sledovaná širokou verejnosťou, ktorá sa obávala, aby pri páde nevznikli škody na zdraví, či majetku obyvateľov. Nebezpečné kusy našťastie dopadli do vôd Tichého oceánu, asi 1000 km západne od Chile. Za posledného pol roku dopadli na Zem ešte dva ďalšie veľké nefungujúce satelity – americký Upper Atmospheric Research Satellite (5,9 tony) a nemecký Roentgen Satellite (2,4 tony).
Nové projekty
Štáty aktívne podieľajúce sa na vesmírnych programoch si stále viac uvedomujú vážnosť situácie. Nezávislá vedecká organizácia National Research Council pôsobiaca v USA predložila v roku 2011 správu, v ktorej varovala NASA a uviedla, že množstvo vesmírneho odpadu na zemskom orbite dosiahlo kritickú hranicu. Vo svojej správe žiadajú, aby NASA prišla so strategickým plánom pre efektívnejšie sledovanie a prípadnú likvidáciu vesmírneho odpadu. Je potrebné zaistiť, aby vesmírne objekty po skončení svojej životnosti zostávali v celku a nerozpadávali sa na menšie, ktoré sú horšie sledovateľné. V tejto súvislosti uviedli niekoľko odporúčaní. Jedná sa napríklad pasiváciu palubných batérií, resp. vypustenie pracovných plynov a paliva, ak je to možné.
Rusko oznámilo, že sa chystá investovať 2 miliardy amerických dolárov do projektu na zachytenie nebezpečných kusov, ktoré ohrozujú budúcnosť vesmírneho výskumu. Ruská spoločnosť Energia plánuje postaviť akúsi vesmírnu plošinu, ktorá má zachytiť približne 600 nefunkčných satelitov. Tieto by následne nasmerovala do zemskej atmosféry, prípadne do vôd oceánu. Plošina bude poháňaná nukleárnym reaktorom. Dizajnová a testovacia fáza je plánovaná do roku 2020, uvedenie do prevádzky by nemalo byť neskôr ako v roku 2023. Očakávaná životnosť je 15 rokov. Agentúra taktiež oznámila, že pracuje na systéme, ktorý by vedel aktívne odkláňať objekty z okolitého vesmíru, ktoré by boli na kolíznom kurze so Zemou.
Švajčiarsko nezostáva pozadu. Inžinieri na polytechnickej univerzite EFPL v Lausanne pracujú na projekte CleanSpace One. Ich cieľom je vybudovať zoskupenia satelitov špecializujúcich sa na zber vesmírneho odpadu. Zvolili si symbolický cieľ prvej misie ich satelitu. Pokúsia sa zachytiť prvý švajčiarsky pikosatelit, ktorý bol vypustený v roku 2009, prípadne satelitu Tlsat z roku 2010. Samotné čistenie by prebiehalo v troch fázach. Prvou by bolo priblíženie k cieľovému objektu rýchlosťou 28 000 km/h. V druhej fáze by prišlo k zachyteniu o daný objekt. V poslednej by boli oba satelity nasmerované do atmosféry Zeme, kde by bezpečne zhoreli.
Obr. 3: CleanSpace One sa chystá zachytiť iný satelit.
Vznik takýchto projektov je veľmi potešiteľný. Zvýšený záujem o stav a čistenie zemskej orbity nemôže priniesť nič zlé. Po 55 rokoch od štartu prvého ruského Sputniku je najvyšší čas začať upratovať.
Animácia letu satelitu CleanSpace One.
Zdroje informácií:
http://www.nasa.gov/mission_pages/station/news/orbital_debris.html
http://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/faqs.html
http://www.spaceacademy.net.au/watch/debris/sdfacts.htm
http://www.fastcompany.com/1705137/space-debris-meh-russias-got-it-covered
http://actu.epfl.ch/news/cleaning-up-earth-s-orbit-a-swiss-satellite-tack-2/
http://www.space.com/6625-space-junk-earth-rise-experts.html