Ekspert: dwukrotne zwiększenie liczby obiektów na orbicie czterokrotnie zwiększy ryzyko kolizji

Przestrzeń wokół Ziemi raczej nie stanie się wysypiskiem śmieci nie do przebycia, ale rosnąca liczba kosmicznych odpadków będzie skracała żywotność, podnosiła koszty eksploatacji satelitów i ograniczała możliwość lotów załogowych - wskazuje w rozmowie z PAP Marcin Teofilewicz, specjalista z Departamentu Bezpieczeństwa Kosmicznego Polskiej Agencji Kosmicznej (POLSA).

Marcin Teofilewicz jest specjalistą Departamentu Bezpieczeństwa Kosmicznego Polskiej Agencji Kosmicznej - gdzie jest operatorem teleskopów oraz odpowiada za przeprowadzanie komputerowych symulacji środowiska kosmicznego wokół Ziemi. Jest absolwentem Lotnictwa i Kosmonautyki na Politechnice Warszawskiej, ma doświadczenie w inżynierii materiałowej, projektowaniu i testach małych silników rakietowych i mechanice orbitalnej.

Polska Agencja Prasowa: Pod koniec roku na orbicie rozpadł się jeden z członów chińskiej rakiety. Teraz można zobaczyć, że ponad 460 obserwowalnych fragmentów rozniosło się po całej długości jej orbity, a z czasem mają się one rozprzestrzenić jeszcze bardziej. Czy zdarzenie takie stwarza jakieś niebezpieczeństwo?

Marcin Teofilewicz: Aktywne satelity są monitorowane pod kątem ryzyka kolizji z innymi obiektami i w przypadku polskich satelitów. Po fragmentacji chińskiej rakiety zobaczyliśmy wzrost liczby ostrzeżeń o możliwych zderzeniach o 30-40 proc.

PAP: Wydaje się, że to niemało, jak na jedno wydarzenie. Tymczasem wokół Ziemi krąży ponad 36 tys. odłamków o wielkości powyżej 10 centymentów, około miliona - o rozmiarach od 1 do 10 centymentrów i 100 milionów - od 1 milimetra do 1 centymetra. Czy to dużo jak na ogromną przestrzeń wokół planety?

M.T.: Przestrzeni rzeczywiście jest dużo. Trzeba jednak brać pod uwagę zatłoczenie na niskiej orbicie okołoziemskiej, czyli na wysokości do 2 tys. km, oraz na orbicie geostacjonarnej. Niska orbita okołoziemska jest przy tym najbardziej zatłoczona, ponieważ najłatwiej jest się na nią dostać. Niektórzy wyobrażają sobie, że przestrzeń wokół Ziemi może stać się wysypiskiem, przez które nie da się przedostać. Tak mogą to pokazywać np. niektórzy twórcy science-fiction.

PAP: Jednak realia wyglądają inaczej.

M.T.: W realiach mamy do czynienia z procesem, który po prostu będzie skracał czas działania satelitów i przez to zwiększał ich koszty. Można w przybliżeniu przyjąć, że dwukrotne zwiększenie liczby obiektów na orbicie czterokrotnie zwiększy ryzyko kolizji.

PAP: Jakie jest obecnie ryzyko, że jakiś odłamek uderzy w któryś z satelitów?

MT: Jeśli na symulacjach widzimy, że dwa obiekty mogą się do siebie w przyszłości zbliżyć to ryzyko w większości przypadków jest szacowane na wartość poniżej 1 na 100 tys. Jest to poziom informacyjny. Wyższe wartości uznaje się już za poziom ostrzegawczy. Kiedy ryzyko wzrasta do 5 na 10 tys., zazwyczaj mówi się już o poziomie alarmowym. Te wartości mogą wydawać się niskie, a jednak, np. w 2009 roku doszło do kolizji jednego z rosyjskich satelitów Kosmos oraz amerykańskiego satelity z konstelacji Iridium. Prawdopodobieństwo zderzenia wynosiło natomiast 1 do 40 tys. Pokazuje to, że nawet mimo niskiego ryzyka kolizji, może się ona wydarzyć.

PAP: Kosmiczne śmietnisko odcinające planetę od reszty kosmosu nam nie grozi, a czy zagraża nam syndrom Kesslera, kiedy to kolejne zderzenia doprowadzą do lawiny kolizji, która ostatecznie uczyni orbitę niemal bezużyteczną?

M.T.: To pewien statystyczny model. Ciężko jest jednoznacznie określić, czy faktycznie wystąpi. Analizy z końca XX wieku na przykład pokazywały, że nawet przy ówczesnej liczbie obiektów o rozmiarach powyżej 10 centymetrów, gdyby pozostawić je samym sobie, to z czasem zaczną z sobą kolidować i zwiększać populację kolejnych odłamków. Obecnie takich obiektów o rozmiarach powyżej 10 centymetrów jest kilka razy więcej, niż wtedy. Takie wyliczenia opierają się jednak na prawdopodobieństwie i nie mamy pewności, czy Syndrom Kesslera faktycznie z czasem wystąpi.

PAP: Jak bardzo zagrożone są stacje kosmiczne, np. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna ISS? Jest ona zdolna do wykonywania manewrów unikowych, ale co się stanie w przypadku uderzenia choćby jednego z miliona odłamków o rozmiarach od 1 do 10 centymetrów?

M.T.: Zagrożenie oczywiście istnieje - szczególnie, że takich małych obiektów nie możemy śledzić. Stacja kosmiczna jest jednak zabezpieczona za pomocą specjalnego pancerza, który chroni ją przed dostatecznie małymi obiektami.

PAP: Liczba orbitalnych obiektów, także tych, które stają się odpadkami, nieustannie rośnie. Dlatego mówi się o tzw. kosmicznych śmieciarkach, które miałyby sprzątać orbitę. Jak one mogą działać?

M.T.: Na przykład w przygotowywanej w Europejskiej Agencji Kosmicznej misji testowane ma być urządzenie przeznaczone do chwytania dużych, zużytych obiektów, takich jak niedziałające już satelity, i kierowania ich w stronę atmosfery. Tego typu zadanie może być jednak trudne. Jeden z powodów jest taki, że chwytany obiekt może znajdować się w chaotycznym ruchu obrotowym.

PAP: A co z licznymi, małymi odpadami?

M.T.: W tym przypadku istnieje kilka pomysłów. Mówi się na przykład o zastosowaniu satelitów ze specjalnymi laserami, które będą świeciły na te odpadki. W ten sposób laser, odparowując część takiego ciała, może wygenerować na nim ciąg i zmienić jego trajektorię lotu, tak że ostatecznie spadnie on do atmosfery. W innej wersji laser może wystarczająco mały odpadek całkowicie zdezintegrować.

PAP: Jaki jest udział Polski w tego typu pracach?

M.T.: W Polsce są specjaliści, którzy się tym zajmują. Na przykład w Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk prowadzone są prace nad manipulatorem do chwytania orbitalnych obiektów, który mógłby być wykorzystany w przyszłych misjach ESA dotyczących usuwania kosmicznych śmieci.

PAP: A jaki jest udział naszego kraju w obserwacjach orbitalnych śmieci?

M.T.: Tym właśnie zajmuje się Departament Bezpieczeństwa Kosmicznego Polskiej Agencji Kosmicznej. Należymy do europejskiego Partnerstwa EU SST, złożonego z 15 państw. Jako Agencja korzystamy z własnych teleskopów oraz teleskopów naszych podwykonawców. Instrumenty te działają na terenie Ameryki Północnej oraz Południowej, w Europie, na Wyspach Kanaryjskich, na południu Afryki, w Australii i w Japonii. Z ich pomocą prowadzimy obserwacje średnich i wysokich orbit.

Marek Matacz