Kosmos do sprzątania. Na orbicie robi się coraz ciaśniej i jest coraz więcej śmieci [ROZMOWA]

• Dziś w przestrzeni kosmicznej mamy ponad 27 tysięcy kosmicznych śmieci o średnicy większej niż 10 cm, które łatwo zaobserwować. Nie ma nad nimi kontroli i latają sobie zgodnie z zasadami fizyki.

• Nikt nie może powiedzieć, że ten kawałek kosmosu jest nasz, a tamten wasz. A skoro nie ma prawa, to nie ma zakazów i nakazów.
• Wiemy, że kto zapanuje nad przestrzenią kosmiczną, będzie rozgrywał karty dotyczące życia na Ziemi.

O braku regulacji prawnych w kosmosie i śmieciach, które zagrażają Ziemi, Szymon Opryszek rozmawia z dr. Pawłem Lejbą*, szefem Obserwatorium Astrogeodynamicznego Centrum Badań Kosmicznych PAN.

Na zdjęciu: Międzynarodowa Stacja Kosmiczna może być zagrożona uderzeniem kosmicznych śmieci.

„NIEDZIELA CIĘ ZASKOCZY” to cykl OKO.press na najspokojniejszy dzień tygodnia. Chcemy zaoferować naszym Czytelniczkom i Czytelnikom „pożywienie dla myśli” – analizy, wywiady, reportaże i multimedia, które pokazują znane tematy z innej strony, wytrącają nasze myślenie z utartych ścieżek, zaskakują właśnie

Namierzanie kosmicznych śmieci

Szymon Opryszek, OKO.press: Prosił Pan, żebym zobaczył hollywoodzki film „Grawitacja”. George Clooney jako weteran misji kosmicznych i Sandra Bullock w roli naukowczyni, krążą po orbicie Ziemi na uszkodzonym promie.

Paweł Lejba: Jest tam taka całkiem realistyczna scena, że chmura odpadów kosmicznych sunie w stronę stacji. Przynajmniej kilka razy w roku na ISS, czyli Międzynarodowej Stacji Kosmicznej włącza się alert związany z prawdopodobieństwem zderzenia się z obiektem, który porusza się po orbicie. Cała procedura ma zminimalizować ryzyko potencjalnego wypadku, ale tak naprawdę nigdy nie ma stuprocentowej pewności, że uda się go uniknąć.

Dlaczego?

Stacja kosmiczna to gigantyczny obiekt poruszający się prawie 28 tysięcy kilometrów na godzinę. W przypadku zagrożenia uruchamia się całą procedurę opartą na tysiącach wytycznych. To nie jest ani łatwe, ani szybkie, ani tanie. Według Europejskiej Agencji Kosmicznej manewr dla satelity to koszt ok. 20 tys. euro, a mówimy o przesunięciach mierzonych w metrach. Trzeba sobie też zdawać sprawę z tego, że taki jeden obiekt poruszający się po niskiej orbicie okrąża Ziemię w półtorej godziny. Czas na podjęcie jakiejkolwiek decyzji jest bardzo krótki. Jeśli jednak mamy dużo danych na temat takiego śmiecia to z pewnym prawdopodobieństwem jesteśmy w stanie określić potencjalny moment takiego zderzenia, obszar, na którym może się pojawić, wtedy manewr ma szanse powodzenia.

I tu wkracza Pan i inni pracownicy Obserwatorium Astrogeodynamicznego Centrum Badań Kosmicznych PAN.

W połowie 2016 roku ruszyliśmy z laserowymi pomiarami śmieci kosmicznych, bo to strategiczny i atrakcyjny temat. Nasze możliwości techniczne pozwalają na monitoring dużych i jasnych obiektów śmieciowych, jak np. człony rakiet, które wcześniej służyły do wynoszenia satelitów. Przez lata skupialiśmy się na obserwacji obiektów wyposażonych w odbłyśniki, czyli szkiełka, od których odbija się wiązka laserowa, dzięki czemu takie obiekty są względnie łatwe do zarejestrowania. Potem pojawiły się możliwości monitoringu obiektów, które takich odbłyśników nie posiadają, jak wiele śmieci kosmicznych, co oznacza, że trudniej dostać takie odbicia.

W monitoringu najważniejsze jest to, by mieć jak najwięcej informacji na ich temat: z czego są zbudowane, jak się poruszają. Duże obiekty łatwo wyśledzić, ale już w przypadku jakiegoś niestandardowego śmiecia ważne jest, by mieć jego kształt, masę, gęstość, czy nawet styl poruszania się po orbicie, bo przecież mogą też koziołkować.

28 tysięcy kilometrów na godzinę

Dlaczego zajęliście się akurat pomiarami laserowymi?

Bo są najdokładniejsze. Mówimy o mierzeniu odległości z dokładności 1-2 centymetrów i to wszystko w przypadku obiektu, który porusza się szybkością kilku kilometrów na sekundę w odległości, kilkaset, czy nawet kilkanaście tysięcy kilometrów nad Ziemią. W przypadku śmieci kosmicznych te dokładności są gorsze o pół do nawet kilku metrów. Wynika to z tego, że długość impulsu laserowego jest około tysiąc razy dłuższa niż w przypadku monitoringu laserowego obiektów wyposażonych w odbłyśniki.

Gdybyśmy chcieli jednak badać mniejsze obiekty, czyli śmieci o średnicy np. 50 cm, to nie mamy szans. Doszliśmy do maksimum wykorzystania obecnego modułu laserowego. Potrzebujemy silniejszy laser wraz z lepszym systemem detekcji. Zabiegamy w Ministerstwie Edukacji i Nauki o wsparcie na ten cel, ale nie jest łatwo, choć nie mówimy o wielkich pieniądzach.

Co może znajdować się w takiej chmurze śmieci?

To najczęściej po prostu różne odłamki po satelitach, rakietach, a także same rakiety, które zostały na orbicie po wystrzeleniu satelitów. To zwykle kilkutonowe korpusy, część z nich spada do oceanu, część krąży po orbicie. Kolejna duża grupa śmieci to satelity, które już nie działają. Dziś mamy boostery, czyli rakiety wspomagające Space X, które lądują na statkach, ale kiedyś tak to nie działało. Jeśli coś mogło spaść do oceanu, to spadało, jeśli nie – zostawało na orbicie. Nikt nie myślał o tym, co z tym zrobić po zakończeniu misji.

Nie ma nad nimi kontroli i latają sobie zgodnie z zasadami fizyki. Mogą się ze sobą zderzać. Taka najbardziej znana, pierwsza potwierdzona kolizja wydarzyła się 10 lutego 2009 roku, gdy zderzyły się aktywny amerykański satelita komunikacyjny Iridium z nieaktywnym rosyjskim Kosmosem. To wygenerowało mnóstwo niebezpiecznych odłamków, drobinek zbyt małych, by je policzyć.

W związku z tym, że monitorowane są tylko śmieci o średnicy większej niż 10 centymetrów, bo takich odłamków może być wedle szacunków Europejskiej Agencji Kosmicznej ESA nawet 36,5 tysięcy. A nawet mikroskopijne drobinki mogą zagrażać stacji kosmicznej, bo mają gigantyczną energię kinetyczną. Ten parametr łatwo wyliczyć: trzeba znać masę i szybkość obiektu. Szybkości na orbitach liczone są w kilometrach na sekundę, a energia kinetyczna zależy od kwadratu tej szybkości. Nam na ziemi wydaje się, że 300 km na godzinę to niesamowita szybkość, a na najniższych orbitach szybkość satelitów wynosi ok. 28 tysięcy kilometrów na godzinę! A że w kosmosie jest coraz gęściej, to tych odłamków wciąż przybywa.

Kosmos bez zakazów i nakazów

Ostatnio na łamach magazynu „Science” naukowcy nawoływali do wdrożenia regulacji dotyczących śmieci w kosmosie.

To ciekawa sprawa i nie dotyczy wyłącznie śmieci. Nie ma czegoś takiego jak prawo kosmiczne. Oczywiście są jakieś dobre praktyki, których nikt nie przestrzega, ale typowych regulacji prawnych brakuje. Słyszy się historie, że jakieś firmy sprzedają działki na Marsie, ale na jakiej podstawie? Dajmy na to, że za piętnaście lat ktoś rzeczywiście wyląduje na Marsie. I co wówczas powie? Że to jego ziemia, bo ma certyfikat za dziesięć dolarów? Trzeba to traktować z przymrużeniem oka.

Z tym tematem wiążą się wręcz kwestie filozoficzne. Bo jak ubrać w ramy prawne coś, co nie ma granic? Nikt nie może powiedzieć, że ten kawałek kosmosu jest nasz, a tamten wasz. A skoro nie ma prawa, to nie ma zakazów i nakazów. A przecież zdarzają się takie sytuacje, nazwijmy to naruszenia przestrzeni kosmicznej, że np. do danego obiektu podlatuje niezidentyfikowany satelita i wykonuje jakiś manewr. W 2022 roku Rosjanie zaskoczyli Amerykanów, gdy wystrzelili satelitę Kosmos-2558, który zbliżył się do amerykańskiego satelity wojskowego USA-326. Skoro nie ma prawa, to trudno mówić o jego złamaniu. A przecież możemy zapytać się jeszcze, co się stanie, gdy zderzą się dwa satelity. Kto zawinił? Dlaczego? Jakie przepisy zostały naruszone?

I pewnie też: kto odpowiada za powstałe śmieci?

To akurat mniej więcej wiadomo. Odpowiedzialne są głównie USA, Rosja, Chiny i Indie, czyli cztery największe potęgi gospodarcze na świecie. Cofnijmy się do historii. W połowie ubiegłego wieku trwał wyścig między USA i Związkiem Radzieckim. W 1957 roku Rosjanie wystrzelili Sputnika. Byli pierwsi, więc to był oczywisty pstryczek dla Amerykanów. Jak odpowiedzieli, wszyscy wiemy – lądowanie misji Apollo na Księżycu było gigantycznym sukcesem, którego nikt nie powtórzył.

Ten kosmiczny wyścig trwa, bo dziś gospodarki wielu krajów opierają się na danych satelitarnych. W komosie lata kilka tysięcy aktywnych satelitów. W Polsce jeszcze może nie jest to tak widoczne, bo przede wszystkim kupujemy dane satelitarne. Ale w przypadku USA ekonomia w dużej mierze opiera się na satelitach, prawie siedemdziesiąt procent obiektów satelitarnych należy do nich. Kolejne dziesięć procent pochodzi z Rosji, a kilka procent należy do Chin, które od kilkunastu lat budują swoją pozycję i mają ambicje, by kiedyś wylądować na Księżycu lub na Marsie. A potem są Indie czy kraje Europy Zachodniej.

I tutaj wracamy do problemu śmieci kosmicznych. Wspomniane kraje pod przykrywką walki o pokój czy zagrożenia bezpieczeństwa narodowego zaczęły testować technologię broni antysatelitarnej. Wystrzeliły rakiety z Ziemi w satelity. A że taki składa się z korpusu, czujników, paneli słonecznych – to wszystko po wybuchu rozpada się na tysiące różnych elementów, odłamków, śrubek, czy nawet odprysków farb. Każdy z tych odłamków może zderzyć się z innym obiektem i może doprowadzić do efektu kaskadowego.

Kto rządzi w kosmosie, rządzi na Ziemi

Czy politycy zauważają problem śmieci w kosmosie?

Podam przykład z Europy. Cały budżet Europejskiej Agencji Kosmicznej to siedem miliardów euro. Część z funduszy przekazywana jest na monitoring śmieci kosmicznych, to kilkaset milionów euro. Pieniądze są potrzebne, bo praca do wykonania jest gigantyczna. Potrzebny jest nowoczesny sprzęt i bazy danych, potrzeba ogromnej pracy obliczeniowej, by minimalizować ryzyko potencjalnych kolizji i upadków na Ziemię. Chodzi o to, by mieć takie narzędzia, by wiedzieć, kiedy i gdzie to nastąpi.

Z drugiej strony czytałem, że NASA zaproponowała tysiąc dolarów każdemu, kto wpadnie na pomysł na walkę ze śmieciami kosmicznymi.

Śmiało można powiedzieć, że to żarty. Tak jak żartem są budżety na kosmos w Polsce. Na świecie kosmos to strategiczna dziedzina, która ma przełożenie na gospodarkę oraz np. informacje wywiadowcze. Opowiada o tym dokument „Kosmiczne wojny”.

30 maja 2020 roku w Centrum Kosmicznym Kennedy’ego, ówczesny prezydent USA Donald Trump powiedział: „Nie możesz być numerem jeden na Ziemi, jeśli jesteś numerem 2 w kosmosie".

Amerykanie zdają sobie z tego sprawę od lat. Niedawno zatwierdzili nowy budżet dla NASA. To ponad 27 miliardów dolarów, z czego 180 milionów dolarów przeznaczyli na początkową fazę budowy holownika, który w okolicach 2030 roku miałby ściągnąć stację kosmiczną do atmosfery. To byłoby niesamowite wydarzenie, bo to gigantyczny obiekt i największy satelita. Prędzej czy później do tego dojdzie, choć na razie wojna w Ukrainie wszystko komplikuje, bo przecież Rosjanie też mają spory udział w pracach stacji.

Czy w tym prężeniu kosmicznych muskułów znajduje się miejsce na dyskusje nad recyklingiem śmieci kosmicznych?

Uczestniczyliśmy w ciekawym projekcie Europejskiej Agencji Kosmicznej. Powstała koncepcja budowy obserwatorium laserowego do obserwacji śmieci. Ale obok działałby laser ciągły o dużej mocy, którego zadaniem byłoby wyhamowywanie niewielkich śmieci, maksymalnie do ok. 30 centymetrów. Wygenerowana moc doprowadziłaby do spowolnienia takiego śmiecia, w wyniku czego obniżyłby odległość do Ziemi i wpadałby w na tyle gęstą warstwę atmosfery, gdzie mógłby się spalić. To żadne science fiction i naprawdę dobre rozwiązanie.

A minusy?

Lasery nie zadziałają w przypadku dużych śmieci kosmicznych jak na przykład nieaktywne satelity. Jest kilka różnych rozwiązań, nad którymi się pracuje i wymagają przeniesienia się na orbitę tego śmiecia. Na przykład siatki wystrzeliwane z satelitów, które potem ściągałyby śmieci w atmosferę ziemską. Inżynierowie pracują też nad pomysłem wykorzystania harpunu, który wbijałby się w śmiecia, a potem w sposób kontrolowany zmieniał jego trajektorię. Ale tutaj byłby problem z masą czy spinem, czyli wyznaczeniem obrotu takiego śmiecia, bo one przecież w swojej drodze mogą rotować, czy koziołkować. Wystrzelenie takiego harpunu byłoby wyzwaniem, ale taki pojedynczy strzał przyniósłby mikroefekt, trzeba byłoby strzelać do śmieci wielokrotnie.

Powstały też różne pomysły holowników, robotów przejmujących, czy dział laserowych na samej orbicie, które z bliskiej odległości mogłyby wyhamowywać śmieci. To jeszcze przyszłość, choć nie tak daleka, jak mogłoby się wydawać.

Melissa Quinn, dyrektorka Spaceport Cornwall mówi tak: „Porównując to do sposobu, w jaki traktowaliśmy oceany, możemy stać się proaktywni, zanim wyrządzimy na orbicie szkody, które dotkną przyszłe pokolenia. Ludzkość musi wziąć odpowiedzialność za swoje zachowanie w kosmosie już teraz”.

Na orbicie robi się coraz ciaśniej. Elon Musk wystrzelił tysiące Starlinków, są inne projekty innych megakonstelacji. Odległości między obiektami nie są duże, szybkości ogromne, dlatego według badań jest dziesięć procent szans na to, że w ciągu dekady spadnie na Ziemię śmieć, który zabije człowieka. To niemal pewne.

Zresztą takie śmieci już spadały, można znaleźć filmy i zdjęcia w internecie. Pod koniec grudnia 2021 roku Rosjanie zgubili jedną z rakiet z ogromną ilością paliwa. Do mediów ta informacja nie dotarła, ale przez pewien czas obszarem jej upadku był teren Polski, a później zagrożone były miasta m.in. we Włoszech, czy Hiszpanii. Ostatecznie spadła do oceanu, ale ryzyko było duże.

A co gdyby to się wydarzyło? Kto wziąłby odpowiedzialność? Jak wpłynęłoby to na światową politykę?

*Dr Paweł Lejba jest kierownikiem Obserwatorium Astrogeodynamicznego Centrum Badań Kosmicznych PAN i jednocześnie szefem jedynej polskiej stacji laserowej, dokonującej pomiarów odległości do obiektów poruszających się po orbicie okołoziemskiej.