Kosmiczni śmieciarze i orbitalni mechanicy? Takie zawody to wbrew pozorom nieodległa przyszłość. A wszystko z powodu milionów śmieci, które znajdują się w kosmosie. Kolejne instytucje uruchamiają programy, które mają pomóc w uprzątnięciu orbity. W kilku takich projektach bierze udział Polska Agencja Kosmiczna, wykazać się mogą polscy naukowcy i przedstawiciele biznesu.

Gdy astronauci podczas spaceru kosmicznego naprawiają telskop Hubble’a, ich stacja kosmiczna zostaje uszkodzona – uderzają w nią szczątki rosyjskiego satelity. Zdarzenie jest tragiczne w skutkach – ginie niemal cała załoga misji. Dwoje astronautów, którym udało się przeżyć, rozpoczyna dramatyczną walkę o przetrwanie. Tak wygląda scenariusz filmu „Grawitacja”, nagrodzonego aż siedmioma Oscarami, tyle że ukazany na ekranie problem istnieje naprawdę.

Kosmiczny śmietnik

W tym roku miną 63 lata, odkąd na orbicie Ziemi pojawił się pierwszy sztuczny satelita. Był to radziecki Sputnik 1. Od tego czasu do przestrzeni kosmicznej trafiły tysiące tego typu obiektów. Wśród nich były satelity badawcze, meteorologiczne, telekomunikacyjne, nawigacyjne czy rozpoznawcze. Misja większości z nich została już dawno zakończona, ale cały czas pozostają one w przestrzeni kosmicznej. – Kosmiczne śmieci, nawet te najmniejsze, które znajdują się w przestrzeni kosmicznej stanowią ogromne zagrożenie. Poruszają się z ogromną prędkością, więc nawet kiedy bardzo mały obiekt zderzy się z dużym, może go po prostu uszkodzić – mówi prof. Maciej Konacki z Polskiej Agencji Kosmicznej. – W efekcie zderzenia takie obiekty mogą wygenerować nawet kilka tysięcy kolejnych odłamków – dodaje.

Zgodnie z danymi Europejskiej Agencji Kosmicznej (dane ze stycznia 2019 roku), w przestrzeni kosmicznej wokół Ziemi znajduje się 5400 obiektów, których rozmiar przekracza jeden metr, 34 tys. obiektów jest (w tym dwa tysiące działających satelitów) większych niż 10 cm, 900 tys. obiektów większych niż jeden centymetr oraz 130 000 000 mniejszych. Z każdym dniem pojawiają się kolejne, nic więc dziwnego, że ryzyko kolizji rośnie.

Do jednego z najniebezpieczniejszych zdarzeń związanych z kosmicznymi śmieciami doszło w 2009 roku. Amerykański satelita telekomunikacyjny Iridium 33 zderzył się z innym, nieczynnym już rosyjskim wojskowym — Kosmos 2251. W wyniku zdarzenia oba obiekty rozpadły się na tysiące fragmentów.

Niebezpieczeństwo nie ominęło także jednego z pięciu polskich satelitów orbitujących wokół Ziemi. Pod koniec ubiegłego roku BRITE2-PL Heweliusz, który umożliwia obserwację zmian jasności gwiazd, znalazł się bardzo blisko fragmentu rakiety Pegasus. Fakt, że nie doszło do zderzenia, eksperci oceniają w kategoriach cudu, ponieważ oba pędzące z prędkością 15 tys. km/h obiekty minęły się zaledwie o 11 metrów.

Czym groziłoby zderzenie? Z perspektywy Ziemi problem kosmicznych śmieci może się wydawać abstrakcyjny, jednak tak nie jest. Sztuczne satelity, które orbitują wokół Ziemi, spełniają wiele zadań, zapewniają łączność, umożliwiają komunikację, dzięki pozyskiwanymi przez nie danymi funkcjonuje np. wiele aplikacji, które każdy ma w swoim telefonie. Nic więc dziwnego, że to tak ważne, aby pozostały sprawne jak najdłużej.

Jednak bezpieczeństwo orbitujących satelitów jest ważne także z przyziemnych – dosłownie — powodów. Zdarza się bowiem, że znajdujące się w przestrzeni kosmicznej obiekty, są dezorbitowane przez swoich właścicieli. Wówczas są one kierowane do atmosfery, gdzie w większości ulegają spaleniu. Fragmenty, które przetrwają ten proces, lądują w oceanach. Agencje kosmiczne wyznaczyły nawet specjalny rejon, gdzie kosmiczne szczątki mogą bezpiecznie lądować. „Kosmiczny cmentarz” — bo tak potocznie mówi się o tym miejscu — znajduje się na Pacyfiku, z dala od lądu. Żywot w nim zakończyło już 250 obiektów. Największym była stacja kosmiczna Mir, której szczątki spoczęły na głębokości 4 kilometrów w 2001 roku.

Znacznie gorzej wygląda sytuacja, kiedy kosmiczne śmieci spadają na Ziemię samoistnie. Takie zdarzenie miało miejsce między innymi w 2001 roku, gdy elementy rakiety Delta II, która osiem lat wcześniej wyniosła na orbitę satelitę GPS, spadły na teren Arabii Saudyjskiej. Jeszcze poważniej wyglądał wypadek, który miał miejsce w 1978 roku. Wówczas radziecki satelita Kosmos 954 runął na teren Kanady, rozprzestrzeniając radioaktywne paliwo, które znajdowało się na jego pokładzie. Wielokrotnie także szczątki chińskich satelitów znajdowano na terenie Tajlandii. Do niebezpiecznego zdarzenia doszło również na Kubie. W 1979 roku fragment stacji Skylab spadł na farmę, zabijając pasącą się krowę.

Europa ma satelity na oku

Na razie jedynym sposobem radzenia sobie z kosmicznymi śmieciami jest ich obserwacja. Takie działanie od wielu lat prowadzi NASA. Dzięki temu powstaje specjalny katalog, w którym można znaleźć informacje o orbitujących w przestrzeni kosmicznej odpadach. W 2015 roku podobny program wdrożyła także Komisja Europejska. EU Space Surveillance and Tracking (EUSST), czyli europejski program nadzorowania i śledzenia przestrzeni kosmicznej zainicjowało pięć państw — Francja, Niemcy, Włochy, Hiszpania i Wielka Brytania. Trzy lata później dołączyła do nich Portugalia, Rumunia, a także Polska. — Fakt, że Polska weszła do tego konsorcjum, pokazuje, że na poziomie merytorycznym, gdzie liczą się argumenty, zasoby, ludzie, mamy mocną pozycję – mówi Michał Szaniawski, prezes Polskiej Agencji Kosmicznej.

Polska w ramach działalności w EUSST podjęła się zbudowania tzw. krajowego systemu świadomości sytuacyjnej w przestrzeni kosmicznej. Chodzi m.in. o utworzenie globalnej sieci, która miałaby przetwarzać dane zgromadzone przez znajdujące się na całym świecie polskie teleskopy. Ważną rolę w tym projekcie odgrywają m.in. te, które ulokowaliśmy w Republice Południowej Afryki, Australii i Argentynie (powstały w ramach programu Solaris). Ich pierwotnym przeznaczeniem było poszukiwanie planet pozasłonecznych w układach gwiazd podwójnych, teraz znalazły nowe zastosowanie.

Jak mówi prof. Maciej Konacki z PAK, naukowcy dzięki wykonanym za pomocą teleskopów zdjęciom określają położenie znajdujących się w przestrzeni kosmicznej obiektów, a także orbitę, po której się poruszają. Dzięki temu, można z wyprzedzeniem określić, w jakiej pozycji znajdą się za jakiś czas i czy nie zagrażają innym elementom w kosmosie. – Jeśli istnieje niebezpieczeństwo, że dojdzie do zderzenia, taka informacja jest przekazywana operatorom satelitów. Wówczas mogą oni interweniować, na przykład manewrując obiektem – mówi naukowiec. Zaznacza jednak, że nie zawsze jest to możliwe, bo nie wszystkie satelity, m.in. polski BRITE2-PL Heweliusz, są wyposażone w silnik. – Musimy też pamiętać o ilości paliwa. Każdy manewr powoduje, że go ubywa, co może znacznie skrócić żywotność danego obiektu – dodaje.

Wszystkie dane gromadzone przez polskich naukowców trafiają do funkcjonującego w ramach agencji Narodowego Centrum Operacyjnej Świadomości Sytuacyjnej Przestrzeni Kosmicznej, które je przetwarza, a następnie przekazuje do EUSST.

Na działalność obserwacyjną w europejskim programie nadzorowania PAK otrzymała grant w wysokości 1,8 mln euro. Kolejny jest właśnie negocjowany. Zgodnie z zapowiedzią prezesa agencji, ma być on znacznie wyższy i zostanie przeznaczony na rozbudowę infrastruktury. Jednak jak zaznacza prof. Konacki, prowadzenie tego typu działalności ma wpływ na wiele dziedzin. – Jeżeli będziemy chcieli wynosić w przestrzeń kosmiczną własne satelity, np. wojskowe, powinniśmy wiedzieć, co się dzieje na orbicie, bo to przełoży się na poziom ich bezpieczeństwa. Nie powinniśmy w tej kwestii polegać tylko na informacjach od innych państw – wyjaśnia.

Jednak naukowcy wiedzą, że sama obserwacja nie jest rozwiązaniem docelowym. Każdego dnia w przestrzeni kosmicznej pojawiają się bowiem kolejne obiekty. Tylko należąca do amerykańskiego przedsiębiorcy Elona Muska firma SpaceX zamierza w najbliższych latach wysłać w kosmos liczącą tysiące sztuk konstelację satelitów, które zapewnią dostęp do Internetu w każdym zakątku Ziemi. A przecież odrębne programy kosmiczne mają także inne firmy czy instytucje badawcze.

Polska Agencja Kosmiczna szacuje, że w ciągu 10 lat na orbicie znajdzie się 50 tysięcy satelitów. Takie zagęszczenie może spotęgować liczbę wypadków, ale nie jest to jedyny problem. Zaśmiecona orbita może utrudnić także prace astronomom, którzy w swoich teleskopach będą widzieli przede wszystkim świecące obiekty, które w kosmos wysłał człowiek.

Specjaliści z PAK oceniają, że aby zapanować nad sytuacją w kosmosie konieczne będzie wprowadzenie regulacji, podobnych do tych, jakie funkcjonują w lotnictwie. Space Traffic Management ma nie tylko pomóc w koordynacji ruchem obiektów w kosmosie, ale także nadzorować wysyłanie na orbitę kolejnych.

Europejska Agencja Kosmiczna w ramach programu Active Debris Removal (ang. aktywne usuwanie śmieci) stara się znaleźć rozwiązania, które mogłoby pomóc zautomatyzować proces usuwania śmieci. Jednym z rozwiązań jest wysyłanie w przestrzeń kosmiczną satelitów, które ściągałyby orbitujące elementy do atmosfery. Pierwsza taka misja ClearSpace-1 ma się odbyć w 2025 roku. Wówczas z przestrzeni kosmicznej ma zniknąć ważący 100 kg fragment rakiety. Zgodnie z założeniami agencji, także same satelity mogłyby być w przyszłości serwisowane na orbicie.

Michał Szaniawski przewiduje, że za 5-10 lat takie usługi staną się powszechne. – Jeśli dany satelita był drogi, jego właściciel może chcieć go na przykład zatankować, aby przedłużyć jego żywot. Istnieje też inna opcja – jeśli dany obiekt był na przykład wyposażony w panele słoneczne, właścicielowi może zależeć na tym, aby je odzyskać i wykorzystać przy kolejnych projektach – mówi prezes PAK. Zapewnia także, że polski sektor kosmiczny ma szanse, aby zaistnieć w obu obszarach. – Musimy rozwijać technologię, której jeszcze nie ma, ale wkrótce będzie niezbędna. To wielka szansa zarówno dla instytucji naukowych jak i przedstawicieli przemysłu – zaznacza.