Jak se nízká oběžná dráha Země promění v hromadu odpadků

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Smetná stopa člověka se dlouho táhla za planetu, daleko do vesmíru. Zatímco aktivisté a politici řeší, co na Zemi s domovním odpadem, na orbitách se hromadí tuny spotřebovaného vybavení.

Pojďme zjistit, z čeho jsou vesmírné skládky vyrobeny, kde se nacházejí a zda nám na hlavu mohou padat „nebeské“trosky (spoiler: už se to stalo).

Jaký odpad létá ve vesmíru

Vesmírný věk začal vypuštěním první umělé družice v roce 1957. Od té doby lidstvo vypustilo mnoho raket a na oběžnou dráhu vyslalo téměř 11 000 satelitů. V posledních letech se počet vesmírných misí dramaticky zvýšil. Nyní blízkozemský prostor zkoumají nejen státy – do byznysu se zapojily soukromé firmy a neziskové organizace. Zátěž na oběžné dráze roste.

Jak se měnil počet objektů v blízkozemském prostoru

Satelity se však jako každá jiná technika porouchají a zastarají. Nahrazují je nová zařízení a selhaná zařízení jsou nucena dožít svůj život na oběžné dráze v podobě šrotu. V blízkém i vzdáleném okolí naší planety se objevily „skládky“.

Všechny nefunkční technické objekty a jejich fragmenty jsou klasifikovány jako vesmírný odpad. Většinu z toho tvoří raketové stupně, staré satelity a jejich úlomky. I přes neustálé starty nových zařízení je pracovních satelitů na oběžné dráze mnohem méně než „odpadu“. Podle odhadů Evropské kosmické agentury (ESA) je v blízkozemském prostoru 128 milionů drobných úlomků, jejichž velikost nepřesahuje centimetr, 900 tisíc úlomků od 1 do 10 cm a 34 tisíc - více než 10 cm Pro srovnání: fungují pouze 3 satelity, 9 tis.

Nejaktivněji lidstvo využívá nízkou oběžnou dráhu Země (200-2000 km nad mořem). Tato část kosmického prostoru je „nejhustěji osídlená“a zároveň „nejšpinavější“. Ve výšce 650-1000 km se nachází první „skládka“– „žijí“zde stará vozidla, různě velké trosky a vojenské satelity s jadernými zařízeními. Takové výšky pro uložení potenciálně nebezpečných předmětů nebyly zvoleny náhodou: mohou tam být asi dva tisíce let. Druhé oficiální „testovací místo“se nachází ve výšce asi 36 tisíc km – jsou tam posílány všechny satelity, které sloužily z geostacionární dráhy.

Vesmírný odpad však „létá“nejen na místech k tomu speciálně určených. Ke srážce s úlomky v blízkozemském prostoru může dojít kdekoli, protože je téměř nemožné předpovědět pohyb malých částic. Velkým úlomkům se ale skutečně dá vyhnout – většinu z nich sledují světové vesmírné agentury. Pokud v nadcházejících letech společnosti jako SpaceX, OneWeb a Amazon rozmístí nad Zemí tisíce komunikačních satelitů, budou muset specialisté mnohem pečlivěji sledovat pohyb na oběžné dráze, aby se předešlo nehodám.

Kdo sleduje trosky ve vesmíru

Podle ESA sledují vesmírné pozorovací sítě pravidelně pouze 28 000 zvláště velkých úlomků. US Space Surveillance Network je jednou z předních služeb analýzy trajektorie vesmírného odpadu. Odborníci vedou katalog, kde jsou přinášeny předměty větší než 5-10 centimetrů z nízké oběžné dráhy Země a úlomky od 30 centimetrů umístěné blízko geostacionáře.

Ve Spojených státech existují další centra, která shromažďují a zpracovávají data nejen o „odpadu“, ale i o provozních zařízeních. Jejich geolokace jsou zveřejněny ve veřejné doméně na zdroji Space Track a na Twitteru 18. eskadry vesmírné kontroly se můžete dozvědět o ničení určitých vozidel. Na základě těchto informací byla vytvořena online mapa Stuff in Space, která v reálném čase ukazuje polohu satelitů (červené tečky), těles raket (modrá) a vesmírného odpadu (šedá). Mapa je aktualizována každý den a jasně ukazuje úzký „vztah“mezi provozními zařízeními a „odpady“.

Země Evropy, Rusko a Čína také pozorují pohyb na vesmírných „dráhách“pomocí dalekohledů nebo geostacionárních radarů. Srážky na oběžné dráze jsou vzácné, a to díky službám, které počítají pravděpodobnost havárií.

Odkud pochází vesmírný odpad?

Navzdory skutečnosti, že srážky ve vesmíru jsou vzácné, vážně ovlivňují růst „nebeských skládek“. K jedné z nejvážnějších vesmírných havárií došlo v roce 2009: americký komunikační satelit Iridium a nefunkční ruský vojenský aparát „Kosmos-2251“se nemohly rozptýlit. Jejich „setkání“dalo vzniknout velkému oblaku malých úlomků a více než 1,5 tisícům velkých úlomků, které dodnes zůstávají v blízkém zemském prostoru.

Výzkumníci označují exploze za hlavní důvod vzniku vesmírného odpadu. Nejčastěji k nim dochází v důsledku úniku nebo zahřívání paliva, které zůstává v nádržích již vyhořelých horních stupňů, posledních stupňů raket a satelitů. Zařízení exploduje kvůli konstrukčním chybám nebo vlivem drsného vesmírného prostředí. Například v roce 2018 se na oběžné dráze zřítily ruské a americké horní stupně „Fregat“a „Kentaur“, v roce 2012 byl náš „Briz-M“rozprášen na úlomky. V březnu 2021 explodovala stará americká meteorologická družice a před rokem se stupeň sovětské rakety Cyclone-3, která byla v blízkozemském prostoru 29 let, proměnil v 75 unášených úlomků.

Testy protisatelitních zbraní zanechávají velkou stopu trosek. V roce 2007 Čína zničila svůj vlastní Fengyun-1C raketou středního doletu ve výšce 865 km. Tvořilo asi 3, 5 tisíc velkých objektů a nespočetné množství úlomků do 5 centimetrů. V roce 2019 Indie také vypálila raketu na svůj satelit - asi 400 trosek rozptýlených na oběžné dráze v rozmezí 200 až 1600 km.

Specialisté ESA analyzovali více než 560 případů zničení zařízení. Jak poznamenávají, existují další důvody pro vznik vesmírného odpadu na oběžné dráze. Často se některé jeho části odpojí od aparátu, zničí se kvůli nedokonalostem konstrukce nebo selže při interakci se zemskou atmosférou.

Důvody zničení kosmických lodí

V roce 2020 specialisté z RS Components analyzovali, která z vesmírných mocností zaplnila vesmír silněji než ostatní. Ukázalo se, že největší část dnes sledovaných trosek patří Rusku a zemím SNS – 14 403 úlomků. Na druhém místě jsou Spojené státy (8734), na třetím - Čína (4688).

Proč jsou vesmírné skládky nebezpečné

Moderní satelity jsou vybaveny ochranou před mikrometeority a vesmírným odpadem, ale „brnění“ne vždy zachrání. Trosky z exploze pokračují v pohybu počáteční rychlostí. Jelikož v prostoru není znatelná třecí síla a nepůsobí obvyklá gravitace, prakticky nezpomalují.

Jejich rychlost může dosáhnout 8-10 km/s, což je téměř sedmkrát rychleji než kulka. Smrtelné mohou být i údery pomalejších úlomků. Kusy o velikosti nad 10 cm jsou schopny zcela zničit letadla. Srážky s úlomky většími než 1 cm narušují provoz kosmické lodi nebo způsobují výbuchy nefunkčních objektů. Milimetrové částice ve většině případů zanechávají na pouzdrech praskliny a třísky.

V roce 2016 zanechaly drobné úlomky o velikosti zrnka prachu 7mm důlek na skle okna ISS. Srážky s jakýmikoli úlomky úlomků jsou pro vesmírnou stanici nebezpečné, protože se na oběžné dráze pohybuje rychlostí více než 7,6 km/s. ISS pravidelně provádí úhybné manévry a koriguje svou dráhu: antimeteoritní panely nejsou schopny ochránit posádku při srážce s velkým úlomkem. Někdy jsou kosmonauti nuceni evakuovat stanici a vyčkat okamžiku nebezpečného přiblížení k vesmírnému odpadu v kosmické lodi Sojuz, aby v případě potřeby rychle opustili „potápějící se loď“.

Většina manévrů kosmických lodí se provádí proto, aby se zabránilo „setkání“s úlomky. Tyto akce jsou nákladné. Odborníci tráví hodiny výpočtem rizik a plánováním nové trajektorie. V okamžiku manévru se spotřebovává palivo, které si musíte vzít s sebou „v záloze“a přístroje „stojí v klidu“– nepředávají data potřebná pro výzkumníky.

Pro ty na Zemi nepředstavuje vesmírný odpad vážnou hrozbu. Malá zařízení dokážou shořet v atmosféře, zatímco velké použité části raket nebo satelitů jsou zpravidla spouštěny po dané trajektorii do Tichého oceánu nebo do neobydlených území v Kazachstánu. Jen jednou člověkem vytvořený vesmírný odpad zasáhl člověka. V roce 1997 spadl na obyvatelku Oklahomy Lottie Williamsovou vrak americké nosné rakety Delta II. Dívka byla zklamaná, když zjistila, že jí na rameno nespadl kousek hvězdy, ale úlomek palivové nádrže.

Vědecký konzultant NASA Donald Kessler učinil v roce 1978 nepříjemnou předpověď. Následně byl jím popisovaný jev nazván „Kesslerův syndrom“. Podle astrofyzika se jednoho dne koncentrace „odpadu“ve vesmíru zvýší natolik, že počet nehod začne nekontrolovatelně narůstat. Do letadel narazí trosky, ty se roztrhají na kusy a „zaútočí“na jiné objekty. Hromady kovového šrotu učiní nižší oběžné dráhy nepoužitelnými a kolem Země se objeví pás odpadků připomínající prstence Saturnu. Někteří odborníci se domnívají, že kritické koncentrace umělých objektů na oběžné dráze již bylo dosaženo.