Kosmiczne śmieci mogą zmienić naszą przyszłość. Sprawdziłem, czego powinniśmy się obawiać

Niewidoczny gołym okiem strumień szczątków okrąża Ziemię, stale rosnąc. To tysiące ton groźnych odpadków, z coraz większym realnym impetem na nasze życia. Z kolei szczątki po nieudanych startach rakiet mogą truć planetę tu i teraz.

Wedle tzw. syndromu Kesslera, kosmiczne śmieci mogą odebrać nasze marzenia o opuszczeniu Ziemi.

Przyjrzyjmy się, na czym polega problem i jak ma się obecnie do rzeczywistości, o co zapytałem również Polską Agencję Kosmiczną (POLSA).

To szczątki satelitów, rakiet i statków kosmicznych, zgubiony ekwipunek, nawet zamrożone płyny wyciekłe ze stacji kosmicznej. Wedle obliczeń Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), Ziemię okrąża ponad sto milionów odpadów. 128 mln z nich to obiekty o średnicy poniżej 1 centymetra, 900 tys. ma średnicę 1-10 cm, a ok. 40 tys. jest większych. W 2020 roku oszacowano ich łączną wagę na 8000 ton.

Niska orbita okołoziemska (LEO), na wysokości 200-2000 km nad Ziemią, może być już w 85 proc. zaśmiecona. O krytycznej masie odpadów NASA ostrzegała w 2011 roku.

Jeśli szczątki latają nisko, to wystarczy czasem kilka godzin, aby spadły i spaliły się w atmosferze (co wywołuje inne kłopoty, o czym później). Powyżej tysiąca km nad Ziemią mówimy już o czasie lotu liczonym w tysiącleciach.

Przedmioty umieszczone na orbicie okołoziemskiej zasuwają. Tak z przeciętną prędkością 10 kilometrów na sekundę, a zderzając się z np. satelitą, generują tysiące kolejnych. Te mogą wpaść na następne, tworząc reakcję łańcuchową.

Wedle jednego scenariusza, może wywołać ona tzw. kaskadę kolizyjną. Znaną właśnie jako syndrom Kesslera. W jej efekcie Ziemię na zawsze spowije chmura odłamków, a wszystko, co w nią wleci, będzie jak wrzucone w blender. 

Taki scenariusz przygotowali w 1978 roku naukowcy NASA Donald J. Kessler i Burton G. Cour Palais.

I dalej pozostaje aktualną przestrogą. Już w 2009 roku Kessler dokonał obliczeń pokazujących, że środowisko kosmicznych śmieci jest już niestabilne, czyli będą gromadzić się szybciej, niż będziemy je usuwać. W 2011 roku raport amerykańskiej Narodowej Rady ds. Badań Naukowych ostrzegł NASA, że ilość śmieci kosmicznych, osiągnęła poziom krytyczny.

Agencje kosmiczne od dawna biorą poprawki lotów na orbitujące szczątki, rozpracowywane są również metody strącania ich na kurs gwarantujący spłonięcie (m.in. z pomocą laserów). Jak dotąd tragedii udaje się uniknąć.

Nawet tak ogromna jednostka jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) jest wyposażona w systemy manewrów unikowych w razie zagrożenia od czegoś większego (szansa 1 na 10 tys.) oraz zewnętrzne osłony na drobnicę. Do 2019 roku odnotowano 1400 małych uderzeń w stację. Najbardziej odczuwają to panele słoneczne stacji.

Podobne zabezpieczenia i zdolność do uchylania mają inne obiekty działające na orbicie.

Satelity umiejscowione na LEO mogą być jednak kuszącym celem do ataku, ze względu na niszczycielski potencjał reakcji łańcuchowej. Wedle szacunków NASA, celowe zniszczenie satelity o masie 10 ton mogłoby wyrządzić trwałe szkody na niskiej orbicie okołoziemskiej.

A co ze spadającymi obiektami? Niestety, małe śmieci palące się w atmosferze, wciąż przyczyniają się do zanieczyszczenia powietrza. Na samą Ziemię trafiają w całości przeważnie większe obiekty.

Sytuacje jak spod Poznania są, szczęśliwie, nadal niezwykle rzadkie.

Odpowiedź krótka brzmi: nie, porównując do dużego wzrostu liczby lotów kosmicznych. Więc o jakim małym procencie szansy mówimy w sytuacji takiej, jak w Wielkopolskiej? Polska Agencja Kosmiczna (POLSA) poinformowała mnie, że to ok. jednego promila.

POLSA wykonuje ok. 40-50 raportów rocznie dla obiektów o masie powyżej 1 tony przelatujących nad szerokościami obejmującymi nasz kraj. Taki wypadek jak w lutym odnotowano drugi raz w historii Polski. Pierwszy raz miał miejsce w 2012 roku.

Problemy z odłamkami lecącymi na głowy tworzą zwykle porzucone rakiety nośne.

Ciężko jest obliczyć, gdzie spadną z powodu braku kluczowych informacji o materiałach, z których je wykonano. A są jeszcze inne prywatne firmy czy duże programy kosmiczne Chin i Rosji, jak wiemy, przecież tak otwartych do dzielenia się informacjami z zachodem.

A kiedy już jakiś obiekt jest na kursie kolizyjnym, nie jest łatwo wyliczyć, gdzie dokładnie zaryje w Ziemię.

POLSA wykonuje obserwacje optyczne na potrzeby EUSST korzystając z automatycznych zestawów teleskopowych. EUSST to z kolei system obserwacji i śledzenia przestrzeni kosmicznej (SST) jest częścią komponentu świadomości sytuacyjnej w przestrzeni kosmicznej (SSA) Programu kosmicznego UE, przyjętego przez Unię Europejską w 2021 r.

Jedna kamera przy bezchmurnej pogodzie wykonuje kilkanaście tysięcy zdjęć jednej nocy. Przy tak dużych ilościach danych niezbędne są zaawansowane systemy przetwarzania danych oraz wysoki poziom automatyzacji i niezawodności procesów.

W zakresie obserwacji laserowych POLSA współpracuje z CBK PAN, który to dostarcza takich obserwacji na potrzeby m.in. EUSST.

Szacuje się, że każda nieudana próba lotu megarakiety kosztuje Elona Muska ok. 200 mln dolarów. W skali jego majątku to grosze, a jakby nie patrzeć, testy udane czy nie, przybliżają SpaceX o krok do zbudowania niezawodnego systemu lotu i powrotu.

Elon Musk jest, jaki jest, ale wprowadził świat w nową erę lotów komercyjnych, znajdując odpowiednich ludzi do stworzenia SpaceX. Ta firmy przeprowadza więcej startów rakiet niż światowe agencje kosmiczne, do tego redukując koszty i umożliwiając ponowne użycie rakiet, zamiast cóż – robienia z nich śmieci.

Niemniej, im więcej lotów i obiektów wynoszonych poza Ziemię, tym większa szansa na te nieudane.

Piątkowa eksplozja Starshipa może dostarczyła efekciarskich fajerwerków, ale wywoła chaos w ruchu lotniczym, bo spadające szczątki zagrażały samolotom. Podobny incydent miał miejsce 16 stycznia.

Od początku tego roku naukowcy alarmują o zwiększeniu czujności wobec rosnącego ryzyka takich wydarzeń i jak widać, mają sporo racji. Z kolei w Teksasie SpaceX mierzy się z różnymi oskarżeniami – od zatruwania wody po zanieczyszczanie środowiska szczątkami wybuchających rakiet.

Rosjanie i Chińczycy również rozrzucają po swoim terytorium ślady po nieudanych kosmicznych lotach, ale nie przejmują się opinią społeczną tak bardzo.

SpaceX ma w planach zatrważająca liczbę satelitów Starlink w konstelacji 30-40 tys. jednostek. Średnio 10 razy tyle, co obecnie uznaje się za dużo. Każda z przeciętną żywotnością 5 lat.

Wprawdzie satelity firmy Muska zostały zaprojektowane na maksymalizację spalenia w atmosferze, nadal dokładają się do jej zanieczyszczania i wciąż bada się, jak bardzo destruktywne są dla warstwy ozonowej. Jak podaje Space.com, dziennie w atmosferze pali się 500 kilogramów odpadów pochodzących z satelitów.

Firmy kosmiczne od dłuższego czasu produkują satelity i inne instrumenty z myślą o tym, aby zminimalizować tworzenie odpadków i wpływ na środowisko. Powstają rozwiązania zapewniające lepszy monitoring kosmicznych śmieci i ich możliwe usuwanie.

Warto jednak mieć z tyłu głowy syndrom Kesslera i inne zagrożenia.

Dość powiedzieć, że kosmiczne śmieci wskazywane są jako jedno z możliwych wyjaśnień dla paradoksu Fermiego, czyli braku śladów po cywilizacji w kosmosie – ta może ukrywać się pod warstwą śmieci, nie mogąc opuścić swojej planety.

Wiemy za to, że ludzie lotów kosmicznych nie zaprzestaną. Nie kiedy Mars wydaje się na wyciągnięcie ręki. O ile sami się od niego nie odetniemy.