Upratovanie na orbite

Na upratovanie po vesmírnej misii potrebujete ďalšiu vesmírnu misiu, popisuje svoje pracovné motto program Európskej vesmírnej agentúry (ESA) Active Debris Removal (Aktívne odstraňovanie odpadu). Cieľom je odstraňovať nefunkčné satelity a iné väčšie zvyšky techniky z obežnej dráhy Zeme. Dá sa to robiť priamo a nečakať, kým trosky samy spadnú do atmosféry?

Počítačová vizualizácia ClearSpace-1, foto ESA/ClearSpace

Na obežnej dráhe Zeme sa v súčasnosti nachádzajú státisíce kusov vesmírneho odpadu. Zvyšky nefunkčných satelitov, vraky družíc, ktoré sa navzájom zrazili, vyhorené raketové nosiče a množstvo drobnejších úlomkov, ktoré majú dostatočnú rýchlosť na to, aby sa udržiavali na orbite, predstavujú potenciálnu hrozbu. Nielen pre rýchlo rastúci počet umelých družíc, ktoré na obežnej dráhe pribúdajú vďaka programom kozmických agentúr, štátov či telekomunikačných spoločností.

Odpad okolo Zeme

Podľa údajov ESA približne 5 000 štartov do vesmíru, ktoré sa uskutočnili od roku 1957 po súčasnosť, zanechali na obežnej dráhe Zeme viac ako 30 000 sledovateľných objektov väčších ako šálka kávy. Počet menších objektov s veľkosťou nad 1 cm sa odhaduje až na 750 000.
Po vypustení Sputnika, prvej umelej družice na svete, sa na obežnú dráhu dostával stabilný, ale relatívne pomalý prúd satelitov. Podľa portálu Space do roku 2010 ľudstvo vypustilo zhruba 10 až 60 družíc ročne, potom sa však tempo začalo prudko zrýchľovať, napríklad iba v roku 2020 bolo na orbitu vypustených viac ako 1 300 nových satelitov. K septembru 2021 evidovali vedecké organizácie podľa indexu vesmírnych objektov OSN na nízkych obežných dráhach Zeme (do 2 000 km nad povrchom) už viac ako 7 500 satelitov.
Pravda, mnohé z nich – viac ako jedna tretina – už nie sú funkčné. Zvyšky paliva alebo batérií v starých satelitoch môžu byť pod vplyvom slnečného žiarenia na obežnej dráhe dovedené k explózii, ktorá spôsobí vznik celých mračien drobnejšieho, no nie neškodného odpadu. Odpad na obežnej dráhe je nebezpečný nielen pre funkčné satelity, ale ohrozovať môže napríklad aj Medzinárodnú vesmírnu stanicu s ľudskou posádkou a potenciálne aj nové kozmické misie. Informácie o polohe odpadu poskytujú radary sústredené na nízke dráhy a ďalekohľady, ktoré pokrývajú vysoké dráhy. Vďaka nim je možné katalogizovať a predikovať dráhy častíc orbitálneho odpadu a vypočítavať ich aktuálne polohy. Najspoľahlivejším spôsobom (podľa ESA jediným spoľahlivým), ako zastaviť nárast existujúceho množstva nebezpečného odpadu, je však odstrániť kompletné satelity alebo súvisiace predmety, ako napríklad stupne nosných rakiet, ešte skôr, než sa roztrieštia.
Podľa Mgr. Jiřího Šilhu, PhD., z Fakulty matematiky, fyziky a informatiky UK v Bratislave je veľmi dôležitá prevencia. Tá spočíva v predpovedaní zrážok a prijímaní regulácií a noriem toho, ako sa správať vo vesmíre. To sa využíva už teraz.

ClearSpace-1

Solárny panel satelitu Sentinel-1A pred dopadom častice s milimetrovou veľkosťou a po ňom. Poškodená oblasť má priemer asi 40 cm, foto ESA.

Na rok 2025 je naplánovaný štart prvej vesmírnej misie zameranej na aktívne odstránenie odpadu veľkosti satelitu z obežnej dráhy. V rámci spomínaného programu Active Debris Removal podpísala v roku 2020 ESA kontrakt so spoločnosťou ClearSpace, ktorú založili výskumníci zo švajčiarskeho Federálneho technologického inštitútu EPFL v Lausanne. Tím zahŕňa aj spoločnosti z viacerých európskych krajín – prispievať budú podniky zo Švajčiarska, Česka, Nemecka, Švédska, Poľska, Spojeného kráľovstva, Portugalska a Rumunska.
Misia nazvaná ClearSpace-1 má vyhľadať, zachytiť a stiahnuť na spoločný návrat do atmosféry hornú časť vesmírnej lode používanej s európskou nosnou raketou Vega, nazvanú Vespa (skratka od Vega Secondary Payload Adapter – sekundárny adaptér nákladu Vega). Objekt Vespa ponechali po druhom štarte rakety Vega v roku 2013 na obežnej dráhe vo výške približne 650 – 800 km.
Náklady na misiu budú približne 86 miliónov eur. Časť zaplatí ESA, časť si ClearSpace zabezpečí prostredníctvom komerčných investorov. Pre ESA ide o novinku: platba za zmluvu o poskytnutí služby namiesto priameho výkonu celej misie. V prípade úspechu by tak mohla misia ClearSpace-1 pomôcť vytvoriť celý nový komerčný sektor vo vesmíre.

Adaptér Vespa, ktorého horná časť bude cieľom ClearSpace-1, foto ESA/Karim Mellab

Samovražedná misia

Nastaviť družicu na to, aby zachytila inú, nespolupracujúcu družicu, predstavuje nemalé technické výzvy, čo sa týka automatizácie navádzania, navigácie a riadenia, navrhnutia spoľahlivej metódy zachytenia a bezpečnej metódy navádzania družíc späť do zemskej atmosféry, kde majú podľa plánu spoločne zhorieť. Objekt Vespa s hmotnosťou 112 kg sa veľkosťou približuje malej družici, pričom jeho jednoduchý tvar a konštrukcia z neho robia vhodný prvý cieľ pred tým, ako sa v rámci ďalších misií pokročí k väčším a náročnejším objektom alebo aj k zachyteniu viacerých objektov.
ESA prispeje nielen finančne, ale dodá aj navádzacie, navigačné a riadiace systémy a umelú inteligenciu pracujúcu s vizuálnymi vnemami. Technológie umožnia satelitu autonómne manévrovať, bezpečne sa priblížiť k cieľovému objektu a zachytiť ho. ClearSpace-1 bude najprv vypustená na nižšiu obežnú dráhu vo výške 500 km na uvedenie do prevádzky a kritické testy, potom bude vynesená na cieľovú obežnú dráhu na stretnutie a zachytenie Vespy pomocou štvorice robotických ramien pod dohľadom ESA. Prenasledovateľ a jeho cieľ potom zostúpia z orbity a spolu zhoria v atmosfére.
Spomeňte si na všetky doterajšie zachytenia na obežnej dráhe, ktoré sa uskutočnili s plne riadenými cieľovými objektmi, vysvetľoval po oznámení misie v roku 2020 vtedajší generálny riaditeľ ESA Jan Wörner. V prípade vesmírneho odpadu takáto kontrola nie je možná: namiesto toho sú objekty unášané a často padajú náhodne.
Samovražedná misia ClearSpace-1 nemá byť jedinou svojho druhu: má sa stať prototypom pre sériu ďalších. Naša konštrukcia odťahovacieho vozidla bude k dispozícii na vyčistenie kľúčových orbitálnych dráh od úlomkov, ktoré by inak mohli znemožniť ich použitie pre budúce misie, čo prinesie prospech celému vesmírnemu priemyslu. Naším cieľom je vybudovať cenovo dostupné a udržateľné služby na obežnej dráhe, uviedol Luc Piguet, zakladateľ a generálny riaditeľ spoločnosti ClearSpace. Pri orbitálnych rýchlostiach môže aj skrutka naraziť s výbušnou silou, pred ktorou sa konštruktéri misií nemôžu chrániť; namiesto toho je potrebné hrozbu riadiť aktívnym odstraňovaním úlomkov.

Predzvesť nového odvetvia

Umelecká predstava momentu, keď ClearSpace-1 zachytáva objekt Vespa, foto ClearSpace

Podľa odborníkov budú mraky častíc poletujúcich v blízkom okolí Zeme nebezpečné aj keby sa mali z nejakého dôvodu celkom zastaviť nové kozmické lety. Vedci a technici sa preto neustále pokúšajú prísť s metódami na odstraňovanie hrozby. Jedným z takých nápadov je napríklad použitie vysokovýkonných pulzných laserov na vytvorenie plazmových výtryskov na povrchu odpadu na nízkych obežných dráhach. Takto by bolo možné spomaliť objekty natoľko, že by sa vrátili do atmosféry.
Technici zo spoločnosti GIT Satellite Communications tiež navrhujú spomaľovať vesmírne odpadky nie pomocou laseru, ale vody. Podľa šéfa vývoja GIT Jamesa Hollopetera by sa voda na obežnú dráhu mohla dopravovať na vyradených raketách – rakety by na orbite uvoľnili náklad a vytvorili stenu vody, do ktorej by narážal orbitálny odpad a týmto spôsobom spomaľoval, až by spadol z obežnej dráhy…
Spoločnosť Global Aerospace Corporation vyvíja zariadenie Gossamer Orbit Lowering Device (GOLD): systém využíva balón tenší ako plastové vrecko na pečivo, ktorý sa nafúkne plynom do veľkosti futbalového ihriska a potom sa pripevní na veľké kusy vesmírneho odpadu. Balón zvýši odpor objektov natoľko, že vesmírny odpad vstúpi do zemskej atmosféry a zhorí.
Spôsob, akým chce misia ClearSpace-1 riešiť odstraňovanie odpadu veľkosti nefunkčných satelitov na obežnej dráhe, určite nie je jediným možným. Takýto spôsob nie je riešením pre malé úlomky. Je však kľúčový, pretože zabezpečuje, aby nevznikli nové úlomky, uviedol pre Quark J. Šilha.
Je to však priamočiary spôsob (na odstránenie misie je potrebná misia) a na rozdiel od rôznych dômyselných spôsobov brzdenia orbitálneho odpadu aj naozaj aktívny. Zároveň bude prvým, ktorý sa má naplno vyskúšať v praxi a môže sa stať skutočne predzvesťou nového odvetvia: komerčnej likvidácie kozmického odpadu.

R

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 7/2022. Ak ešte nie ste našou predplatiteľkou/naším predplatiteľom a chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.
Komentáre