Čišćenje bliskog prostora mnogo je teže nego što se na prvi pogled čini
Problem zagađenja svemira zabrinjava cijelu vazduhoplovnu 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 opterećen čak i mali fragment, te izračunali koliko smo spremni platiti za čišćenje svemira.
Danas su političari, naučnici, tehničari i šira javnost duboko svjesni širenja svemirskog otpada. Zahvaljujući temeljnom radu J-K. Liouville i Nicholas Johnson, objavljeni 2006. godine, razumijemo da će stopa krhotina vjerovatno 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. Ovo 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. Ali stvarnost će se vjerojatno jako razlikovati od sličnih predviđanja ili događaja prikazanih u igranom filmu "Gravitacija". Zaista, rezultati predstavljeni Međuagencijskom odboru za koordinaciju svemirskog otpada (IADC) na šestoj evropskoj konferenciji o ovoj temi 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 skroman nivo. Prijedlog IADC -a je široko širenje i strogo pridržavanje smjernica za ublažavanje svemirskih ostataka, posebno u pogledu neutraliziranja izvora energije, koje bi trebalo u potpunosti razviti do kraja leta, i 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 faktora rizika.
Nema napretka?
Značajan interes za rekultivaciju svemirskog okruženja zabilježen je devet godina nakon objavljivanja rada Liouvillea i Johnsona. Konkretno, širom svijeta su poduzeti koraci za razvoj metoda za uklanjanje objekata iz niske orbite Zemlje. Na primjer, Evropska svemirska agencija nedavno je objavila svoju namjeru da osigura podršku vlade za lansiranje evropske svemirske letjelice u narednoj deceniji. Agencija je provela brojne studije kako bi utvrdila racionalne i pouzdane načine za postizanje cilja. Ključni element planiranja bili su kompjuterski modeli prostora za otpatke, koji su pokazali da se rast krhotina može spriječiti uklanjanjem određenih stepenica svemirskih letjelica ili raketa. U računarskim 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.
Skoro deset godina je prošlo od objavljivanja rada Liouvillea i Johnsona, pa je iznenađujuće da na međunarodnom ili nacionalnom nivou ne postoje metodološki principi koji jasno definiraju mjere za uklanjanje posljedica zagađenja prostora blizu Zemlje. Čini se da postoji određena apatija oko razvijanja postupka odlaganja otpada, uprkos pozivima na akciju. Ali je li zaista tako?
Zapravo, situacija nije tako jednostavna kako se čini. Što se tiče postupka uklanjanja svemirskog otpada, postoje neka fundamentalna 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 otpada mogu se koristiti i za uklanjanje ili onemogućavanje aktivne svemirske letjelice. Stoga se mogu očekivati optužbe da su te tehnologije oružje. Postoje i pitanja o troškovima dosljednog programa odlaganja smeća. Neki tehničari procijenili su to na desetine biliona dolara.
Međutim, možda najvažniji razlog nedostatka odgovarajućih metodoloških principa leži u činjenici da još ne znamo kako provesti melioraciju, pri čemu u praksi mislimo na pročišćavanje svemira. Ali to ne znači da ne znamo koje su nam tehnologije potrebne.
Algoritmi za jednokratnu upotrebu 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.
Igra olupine
Da bismo shvatili problematičnu prirodu rješavanja tako naizgled jednostavnog zadatka kao što je identificiranje smeća koje treba ukloniti, koristimo analogiju igre sa 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 podjele karata, stavljamo svaku kartu pojedinačno licem prema dolje na stol. Naš cilj je sada pokušati identificirati asove i ukloniti ih sa stola, jer ove karte predstavljaju satelite ili druge velike objekte svemirskog otpada koji bi mogli postati sudionici u sudaru u nekom trenutku u budućnosti. Sa stola možemo ukloniti onoliko kartica koliko želimo, ali kad god uklonimo jednu karticu, moramo platiti 10 USD. Osim toga, dok se udaljavamo, nemamo pravo gledati kartu (ako se satelit ukloni iz orbite, ne možemo sa sigurnošću reći šta bi tačno mogao postati učesnik u sudaru). Konačno, moramo platiti 100 dolara 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 dolara).
Pa, kako možemo riješiti ovaj problem? S druge strane, sve karte su iste, pa ne postoji način da se utvrdi gdje su asovi, a jedini način da provjerite jeste li počistili 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 tačno koji bi objekti mogli biti uključeni u sudare, ali je skupo ukloniti ih sve, pa moramo izabrati. Pretpostavimo da smo napravili izbor: za uklanjanje jedne karte od 10 USD, koja je vjerovatnoća da smo uklonili asa? Pa, vjerovatnoća da je karta as je četiri djeljiva sa 52, drugim riječima otprilike 0, 08 ili 8 posto. Dakle, vjerovatnoća da karta nije as je 92 posto. Ovo je vjerovatnoća da smo potrošili 10 dolara.
Šta će se dogoditi ako ovaj put uzmemo drugu karticu (koja će nas koštati još 10 USD)? Verovatnoća da je druga karta as zavisi od toga da li je prva karta bila as. Da je to slučaj, tada je vjerojatnost da je i druga karta as tri podijeljena sa 51 (jer sada u špilji postoje samo tri asa, što se smanjilo za jednu kartu). Ako prva karta nije as, vjerojatnost da je druga karta as dijeli se četiri s 51 (jer u padajućem špilu 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. Nije baš ohrabrujuće.
Međutim, možemo odrediti i vjerovatnoću uklanjanja barem jednog asa. Nakon izvlačenja dvije karte, postoji 15 posto šanse da smo uspješno uklonili barem jednog asa. Ovo zvuči obećavajuće, ali ni sada šanse nisu baš dobre.
Ispostavilo se 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 asa. Čak i ako uspijemo, tri asa su još uvijek na stolu, tako da ukupno moramo platiti 520 USD, što je slučajno isti iznos koji smo morali platiti da smo odabrali opciju s uklanjanjem. Sve kartice.
Igre su završene
Vraćajući se iz naše analogije u realno svemirsko okruženje, čini se da je situacija alarmantnija. Trenutno se približno 20.000 objekata prati u orbiti koristeći američku mrežu svemirskih stanica za posmatranje svemira, od čega oko šest posto njih čine objekti teži od jedne tone, koji bi hipotetski mogli sudjelovati u sudaru i koje bismo možda htjeli ukloniti. U analogiji s kartama, naš problem je u tome što je "leđa" svih karata ista, a vjerovatnoća da je jedan as pik jednaka vjerovatnoći da je i drugi as. Ne postoji način da identificirate kartice koje želite i uklonite ih sa stola. U stvarnosti, naše šanse da izbjegnemo sudar su mnogo veće nego u kartaškoj igri, jer u orbiti možemo vidjeti vjerovatnoću 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 heliosinhronih na visinama između 600 i 900 kilometara, najvjerojatnije će biti uključeni u sudare zbog zagušenja u ovoj zoni. Ako svoju pažnju usmjerimo na slične objekte (a druge na slično zagušene orbite) i uzmemo u obzir predviđanja mogućnosti njihovog sudara, ispada da moramo ukloniti oko 50 objekata kako bismo smanjili očekivani broj katastrofalnih sudara za samo jedna jedinica, što proizlazi iz rezultata istraživanja koje su proveli članovi svemirske agencije IADC.
Ispostavilo se da čak i ako se jednim objektom može ukloniti nekoliko objekata (a čini se da je pet ciljeva svestrana alternativa), potrebno je poduzeti više letova - često izazovnih i ambicioznih - samo kako bi se spriječio jedan sudar.
Zašto nismo u mogućnosti preciznije predvidjeti vjerovatnoću sudara i ukloniti samo one objekte za koje sigurno 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 greške u početnim vrijednostima mogu dovesti do velikih odstupanja u rezultatima izračunavanja položaja satelita u odnosu na stvarnost, a nakon relativno kratkog perioda. Zapravo, koristimo istu tehniku kao i prognozeri: koristimo modele za generiranje vjerojatnosti konkretnih rezultata, ali ne i činjenicu da će ti rezultati ikada biti dobiveni.
Tako imamo tehnologije koje se povremeno mogu koristiti za uklanjanje svemirskog otpada. Ovo je stav koji je zauzela Europska svemirska agencija sa planiranom misijom e. Deorbit, ali još uvijek postoje problemi koje je potrebno riješiti kako bi se identificirali objekti koji su najpogodniji za uklanjanje. Ovi se problemi moraju riješiti prije nego što se potrebne smjernice i metodološki principi stave na raspolaganje zainteresiranima za pripremu dugoročnog programa uklanjanja svemirskog otpada koji je neophodan za učinkovitu sanaciju okoliša.
Metodološki principi u smislu određenih lokacija, njihovog broja, zahtjeva i ograničenja ključni su za povećanje vjerovatnoće da će napori na sanaciji okoliša biti učinkoviti i vrijedni. Da bismo razvili takve metodološke principe, moramo preispitati svoja nerazumna očekivanja o povoljnom ishodu.
