Gdy patrzymy w nocne niebo, widzimy nad sobą miliony roziskrzonych gwiazd. Zapominamy o tym, że nad naszymi głowami latają różne inne obiekty, wytworzone przez ludzi.
Czym są kosmiczne śmieci?
Przestrzeń kosmiczna nie jest jedynie wyhaftowanym złotymi gwiazdami firmamentem, ale jest także miejscem wykorzystywanym w celach naukowych, aby poszerzyć wiedzę o Kosmosie. Wysyła się astronautów na Międzynarodową Stację Kosmiczną, dzięki czemu mogą prowadzić badania czy obserwacje astronomiczne, np. wykorzystując teleskop Hubble’a.
Nieboskłon jest także „domem” dla satelitów, z których korzystamy codziennie, chociażby używając GPS czy korzystając z Internetu.
Niestety to oznacza, że w przestrzeni kosmicznej roi się od wielu niechcianych obiektów, które niejednokrotnie sprawiają kłopoty.
Kosmiczne śmieci (lub inaczej kosmiczne odpady, lub po angielsku space debris), bo to o nich mowa, definiuje się jako obiekty wytworzone przez człowieka, a które nie spełniają już roli, do której zostały przeznaczone.
Wśród kosmicznych odpadów można zasadniczo wyróżnić zużyte człony rakiet wielostopniowych, nieczynne satelity, niepotrzebne skafandry i inne przedmioty wyrzucane przez kosmonautów, a także odłamki powstałe w wyniku zderzenia lub wybuchu satelitów i rakiet.
Skąd biorą się kosmiczne śmieci, jakie jest główne źródło zanieczyszczeń?
Okres działalności człowieka w przestrzeni kosmicznej zaczął się w drugiej połowie XX wieku, a więc nie tak dawno temu. Wystrzelenie pierwszego sputnika w Kosmos miało miejsce w 1957 roku.
Od 1957 roku na orbicie okołoziemskiej zostało umieszczonych około 60 tysięcy obiektów, a połowa z nich wciąż się tam znajduje. Sputnik 1 swoją misję pełnił do stycznia 1958 roku, kiedy to stał się pierwszym kosmicznym odpadkiem w historii.
W kolejnych latach w wyniku wyścigu w zakresie kosmonautyki ilość wysyłanych satelitów rosła, a co za tym idzie wzrastała liczba space debris. Do ich przyrostu przyczyniło się używanie w latach 60. XX wieku przez USA rakiet nośnych Delta. Do tej pory wystrzelono ich ponad 300.
Powstawanie kosmicznych śmieci jest wynikiem zachowań i mechanizmów, które były utrwalane przez lata. Jeśli spojrzymy na schemat działania każdej z misji kosmicznych, to wszystkie w gruncie rzeczy kończą się w taki sam sposób. Po wystrzeleniu w przestrzeń kosmiczną statek jest używany aż do wyczerpania paliwa. Gdy go zabraknie, załoga ewakuuje się, a statek kosmiczny pozostaje w przestrzeni kosmicznej. Na pokładzie niejednokrotnie zostawiane są przedmioty osobiste astronautów, np. ubrania, kamery, środki higieny osobistej.
Należy pamiętać przy tym, że na orbicie Ziemi krąży wiele takich statków i satelitów, które w końcu zostają opuszczone. Wszystkie te kosmiczne śmieci krążą w przestrzeni kosmicznej, czasami zderzając się ze sobą. Wtedy rozbijane są na mniejsze odpady, a im więcej odłamków, tym większe ryzyko kolizji między nimi czy innymi obiektami.
Jak rozwijające się technologie wpływają na problem ze śmieciami
Nie tylko prace na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej czy inne działania ludzkie w Kosmosie przyczyniają się do powstawania kosmicznych śmieci. W ciągu ostatniej dekady w niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) zintensyfikowano rozbudowę konstelacji satelitów obsługujących Internet, np. systemu Starlink.
Jest to konsekwencja rosnącego zapotrzebowania na usługi internetowe. W obecnych czasach nie jesteśmy w stanie wyobrazić sobie życia bez telefonów czy komputerów. Zasięg i Internet to dobro dziś tak potrzebne do codziennego funkcjonowania, jak dostęp do wody pitnej czy elektryczności.
Satelity rozmieszczone wokół Ziemi pomagają nam w podróżach, treningach czy w sprawdzeniu prognozy pogody.
Dzięki ich obecności na orbicie Ziemi naukowcy mogą badać klimat, a te informacje z kolei wykorzystywane są w lotnictwie i rolnictwie. Satelity stały się także podstawowym narzędziem do walki z klęskami żywiołowymi i są używane np. przy pożarach lasów.
GPS, telekomunikacja to usługi szczególnie pomocne w ratownictwie, zwłaszcza w górach czy na morzu.
Cena tych korzyści jest jednak duża. Od drugiej połowy XX wieku wystrzelono ok. 60 tysięcy obiektów, połowa z nich jest tam do dzisiaj, ale jedynie 9 tysięcy to satelity aktywne, które dostarczają informacji do aplikacji i innych usług internetowych. Reszta z nich to bezużyteczne, stanowiące potencjalne zagrożenie, kosmiczne śmieci.
Ile jest śmieci w Kosmosie? Jaka jest skala problemu na orbicie?
Żeby dostrzec skalę problemu, trzeba najpierw przyjrzeć się, jak powstają i jak dzielone są kosmiczne śmieci.
Space debris powstają najpierw poprzez porzucanie elementów satelitów czy całych statków kosmicznych, a następnie poprzez zderzanie się kosmicznych śmieci.
Czasami odłamki powstają na skutek zestrzelenia sztucznych satelitów przez kraje. Indie w 2019 roku dokonały zestrzelenia swojego satelity z wysokości 300 km. To sprawiło, że w niskiej orbicie okołoziemskiej pojawiło się 400 mniejszych odpadków zamiast jednego.
Podział kosmicznych śmieci
Space debris mogą przybierać różne rozmiary. Najczęściej dzieli się je na małe śmieci i duże odpady.
Za małe uznawane są odłamki o rozmiarze poniżej 1 cm. Ich obserwacja z Ziemi jest utrudniona, a stopień zagrożenia dla ludzi i obiektów jest niski.
Drugą kategorię tworzą śmieci duże, czyli takie, których rozmiar zaczyna się od 10 cm wzwyż, przy wadze około 1 kg. Możliwe jest zaobserwowanie ich z Ziemi, co oznacza, że stopień zagrożenia dla ludzi i obiektów jest wysoki. Są one możliwe do monitorowania.
Agencje kosmiczne śledzą ponad 23 tysiące śmieci większych niż 1 cm – ich całkowita liczba liczona jest na około pół miliona, chociaż może ich krążyć po orbicie nawet 1 mld.
Europejska Agencja Kosmiczna przygotowała statystyki, które wskazują na następującą liczbę śmieci kosmicznych: obiektów większych niż 10 cm – 36 500, a odpadków o średnicy większej niż 1 cm – 1 mln.
Jednak jest jeszcze jedna kategoria: 130 mln obiektów o średnicy od 1 mm do 1 cm (są to dane na 2023 rok).
Jakie problemy tworzą misje kosmiczne – kosmiczne śmieci Nasa
NASA, podobnie jak inne agencje kosmiczne, mają swój udział w tworzeniu kosmicznego śmietniska latającego nad naszymi głowami. Na pewno pamiętamy z różnych filmów, jak wygląda lot rakiety: po starcie, po tym jak statek kosmiczny osiągnie konkretną wysokość, kolejne człony rakiety zostają odłączane, by następnie pozostać na orbicie jako kosmiczne śmieci, gdyż nie ma dla nich dalszego zastosowania.
Do tego trzeba także dodać wcześniej wspomnianą fragmentację obiektów, które dzielą się na skutek kolizji lub eksplozji odpadów. Podczas misji załogowych kosmonauci mogą także przypadkowo pozostawić w przestrzeni drobne przedmioty (np. narzędzia lub elementy wyposażenia), które jednak nadal stwarzają pewne zagrożenie, zwłaszcza na niskiej orbicie.
Jakie zagrożenia niosą za sobą kosmiczne śmieci – czy są niebezpieczne dla Ziemi?
Chociaż problem kosmicznych śmieci wydaje się odległy i oderwany od naszego codziennego życia, to jednak nie jest on do końca tak błahy, jak się może wydawać.
Od lat 80. XX wieku zaczęto dostrzegać problem związany z kosmicznymi śmieciami. Na początku lat 80. zostały przeprowadzone badania przez NASA i NORAD, które miały na celu poznanie środowiska kosmicznych śmieci.
Zagrożenie w Kosmosie
Dlaczego stanowią one przedmiot dyskusji organizacji kosmicznych?
Przede wszystkim stanowią problem dla lotów kosmicznych. Z czego to wynika? Pomimo małych rozmiarów części kosmicznych śmieci mogą wyrządzić duże szkody np. w poszyciu statków kosmicznych. Powodem są prędkości orbitalne (często to około 10 km/s). Przy takich prędkościach ciało o masie 1 kg ma energię kinetyczną dającą się porównać do załadowanej ciężarówki (masa 35 000 kg) jadącej z prędkością 190 km/h.
Podczas zderzenia takiego odłamka z aktywnym satelitą może dojść do poważnego uszkodzenia, a nawet zniszczenia go. A to z kolei wiąże się z powstawaniem kolejnych kosmicznych śmieci.
Innym tematem często przywoływanym przy omawianiu problemu kosmicznych śmieci jest tzw. syndrom Kesslera. Polega on na łańcuchowym zderzaniu się space debris nagromadzonych na niskich orbitach kosmicznych. Syndrom Kesslera skutkuje generowaniem kolejnych kosmicznych śmieci.
Zagrożenie dla ludzi
Niedziałające satelity nie pozostają na niskiej orbicie okołoziemskiej przez cały czas, ale z powodu oporu atmosferycznego są ściągane w kierunku Ziemi. Naturalny ich rozpad może zająć kilka miesięcy lub kilka tysięcy lat. Trudno przez to przewidzieć, w którym miejscu na naszej planecie wyląduje taki odłamek.
Pierwszy kontakt człowieka z fragmentem kosmicznym (i jedyny dotąd) miał miejsce w Tulsie (USA) w 1997 roku. Kobieta podczas spaceru z psem została uderzona przez metalowy element, który okazał się fragmentem rakiety. W tym dniu w Teksasie spadł do ogródka inny element rakiety – ważył on 250 kg.
Szanse na trafienie odłamka kosmicznego w człowieka wynoszą 10%, mimo wszystko jest to dość duża szansa.
Jak możemy rozwiązać problem śmieci w Kosmosie?
W celu rozwiązania problemu zaśmiecania Kosmosu powołano do życia Komitet ds. Pokojowego Wykorzystania Przestrzeni Kosmicznej ONZ. Oprócz tego organizacje państwowe i międzynarodowe (NASA, ESA, UE, ONZ, OECD) podejmują działania w celu minimalizowania i redukowania ilości śmieci kosmicznych. Nie da się aktualnie rozwiązać całkowicie problemu śmieci, ale wdraża się działania, które mają na celu opanowanie ich na najbliższe dekady.
Powstało m. in. zarządzenie, by konstruować satelity w taki sposób, by maksymalnie po 25 latach od zakończenia misji dało się je bezpiecznie sprowadzić w atmosferę. Kolejnym wymogiem jest takie budowanie pojazdów, by proces ich spalenia mógł odbyć się całkowicie w atmosferze. Powstał także projekt stosowania do małych śmieci krążących po niskiej orbicie Ziemi wiązek laserowych, dzięki którym można będzie obniżać ich orbitę.
Źródła
- K. Sala, Kosmiczne śmieci jako globalne wyzwanie ekologiczne, „Środkowoeuropejskie Studia Polityczne”, 2023, nr 2, s. 187-201.
- M. Słonina, Kosmiczne wysypisko, „ACADEMIA. Magazyn Polskiej Akademii Nauk”, 2023, s. 12-15.
- M. Polkowska, M. Toumi, Odpowiedzialność za zanieczyszczenie przestrzeni kosmicznej, „Biuletyn Stowarzyszenia Absolwentów i Przyjaciół Wydziału Prawa Katolickiego Uniwersytetu Lubelskiego”, 2023, t. XVIII, s. 235-254.
© Źródło zdjęcia głównego: Canva.
