Kosmiczne śmieci są coraz większym problemem. Ich obecność na orbicie generuje znaczne koszty

Liczba kosmicznych odpadów stale rośnie. Ich źródłem są obiekty, które zostały wysłane w kosmos, zakończyły misję lub uległy rozpadowi. Krążące w przestrzeni kosmicznej fragmenty tych obiektów stwarzają ryzyko kolizji z tymi, które są obecnie eksploatowane. Unikanie takich zdarzeń wiąże się z koniecznością ponoszenia wydatków na monitoring zagrożeń czy zwiększeniem zużycia paliwa poprzez obieranie niekolizyjnych kursów. Jednym ze sposobów na zmniejszenie tego problemu jest wydłużenie eksploatacji obiektów poprzez ich tankowanie na orbicie. Polacy pracują nad taką technologią.

– Gospodarka kosmiczna stale rośnie, a wraz z nią coraz bardziej znaczący jest problem śmieci kosmicznych, czyli obiektów, które ulegają awarii lub już po wykonaniu swojej misji zostają na orbicie – mówi w wywiadzie dla agencji Newseria Innowacje Marcin Dobrowolski, prezes zarządu PIAP Space.

Z danych Europejskiej Agencji Kosmicznej wynika, że od 1957 roku na orbitę wysłano ponad 19 tys. satelitów. W kosmosie wciąż jest ponad 13 tys. z nich, ale tych, które funkcjonują, jest nieco ponad 10 tys. Całkowita masa wszystkich obiektów na orbicie okołoziemskiej wynosi 12,9 tys. t.

– Śmieci kosmiczne stanowią coraz większe wyzwanie do funkcjonowania na orbicie. Międzynarodowa stacja Kosmiczna (ISS) co kilka miesięcy musi zmieniać swoją pozycję, gdyż na jej trajektorii pojawia się obiekt, który może w nią uderzyć. Również satelity wojskowe, pogodowe, obrazujące Ziemię co jakiś czas muszą zmieniać swoją pozycję, aby nie doszło do zderzeń z obiektami, które lecą im naprzeciwko. Powoduje to zmniejszenie ilości paliwa w tych funkcjonujących satelitach, przez co skróceniu ulega czas ich misji – zaznacza Marcin Dobrowolski.

Od 1957 roku doszło do ponad 650 zdarzeń skutkujących rozpadem obiektów kosmicznych na kawałki. W efekcie na orbicie może się znajdować ponad 40 tys. obiektów o średnicy większej niż 10 cm, 1,1 mln o wielkości od 1 cm do 10 cm. Tych najmniejszych, o średnicy poniżej 1 cm, może być nawet 130 mln.

– Jeżeli ilość obiektów, nad którymi nie panujemy w przestrzeni kosmicznej, drastycznie się zwiększy, może spowodować nieodwracalne, katastrofalne straty. Jedne obiekty będą uderzały w drugie, przez co tych małych odłamków będzie tak dużo, że niektóre orbity mogą być niezdatne do użytkowania – podkreśla prezes zarządu PIAP Space.

Co więcej, zwiększająca się liczba obiektów i śmieci kosmicznych niesie za sobą poważne konsekwencje, które są nie tylko związane z koniecznością szczegółowego zarządzania ruchem, ale również monitorowania potencjalnie niebezpiecznych obiektów. W efekcie ogromne nakłady przeznaczane są na instalacje kolejnych sensorów, radarów i teleskopów optycznych, służących obserwacji i przewidywaniu trajektorii ruchu śmieci kosmicznych. Gdyby bowiem doszło do kolizji, to dana orbita mogłaby być wyłączona z użytkowania na wiele lat, co w konsekwencji generowałoby kolejne straty i utrudnienia, również dla korzystających z danych satelitarnych, dla przykładu radarów pogodowych lub map/nawigacji. Stale podnoszony jest więc postulat związany z inwestowaniem w rozwiązania, które umożliwiałyby sprzątanie kosmicznych śmieci.

– Tworzone są odpowiednie regulacje, które wymuszają na operatorach i dostawcach satelitów, aby tak projektowali swoje misje i swoje satelity, żeby po maksymalnie 25 latach samoistnie mogły zejść z danej orbity na orbitę cmentarną lub spalić się w atmosferze ziemskiej. Natomiast nie wszystkie satelity są do tego przystosowane. Są pomysły używania systemów aktywnych, czyli na przykład rozkładanych żagli, które przyspieszają deorbitację satelity poprzez opór w górnych warstwach atmosfery. Innym systemem aktywnym są dołączane silniki rakietowe, zarówno chemiczne, jak również elektryczne. Część obiektów nie spełnia nawet i tego, dlatego rozważa się i planuje aktywne usuwanie śmieci kosmicznych. Jest to możliwe dzięki wysyłaniu misji serwisowych, które przechwycą dany obiekt, a następnie, przy wykorzystaniu własnych silników, go zdeorbitują – wyjaśnia Marcin Dobrowolski.

Eksperci wskazują, że jest to perspektywiczny obszar rozwoju różnego typu innowacji w branży kosmicznej, w którym prężnie działają polskie firmy.

– W PIAP Space opracowujemy różnego typu rozwiązania: ramię robotyczne, chwytaki do przechwytywania czy operowania narzędziami, czujniki, sensory, systemy wizyjne. Opracowywane systemy robotyczne wraz z sensorami bliskiego zasięgu pozwolą przeprowadzić wszystkie operacje, takie jak złapanie satelity klienta, zadokowanie, odkręcenie zaworów, przemieszczenie pewnych elementów czy też przetransferowanie płynów, paliwa, a następnie bezpieczne odłączenie się od obiektu – dodaje prezes PIAP Space. – Zagadnienie związane z operacjami na orbicie to nie tylko kwestia opracowania rozwiązań w firmach czy instytutach. Rozmawiamy z administracją, szczególnie z Polską Agencją Kosmiczną, która jest zainteresowana stworzeniem narodowego pojazdu do operacji na orbicie, nad którym w większym gronie firm i instytutów rozpoczęliśmy pracę.

Spółka wspólnie z naukowcami z Łukasiewicz – ILOT, w ramach projektu INORT (In-Orbit Refuelling Technology for Unprepared and Prepared Satellites), opracowuje też technologie niezbędne do działania systemów tankowania obiektów na orbicie okołoziemskiej. Chodzi o umożliwienie przeprowadzania operacji zbliżania się satelity do miejsca tankowania, dokowania, serwisu, a także odłączenia i bezpiecznego oddalenia się od obiektu. Będzie to pierwsze tego typu rozwiązanie w Europie.

– Operacje na orbicie, takie jak na przykład tankowanie, pozwalają wydłużyć życie danego obiektu. Zamiast pięciu, 10 czy 15 lat mogą one funkcjonować jeszcze kolejne pięć czy nawet 20 lat, przez co tych obiektów możemy wysyłać trochę mniej i w sposób bardziej ekonomiczny zarządzać infrastrukturą kosmiczną – mówi Marcin Dobrowolski.

NASA przeprowadziła analizę kosztów wynikających z poszczególnych technologii usuwania kosmicznych śmieci. W przypadku holowników umożliwiających sprowadzenie obiektów o średnicy większej niż 10 cm w ziemską atmosferę i skoncentrowanie opadu szczątków na dużym obszarze koszt utylizacji to od 4 do nawet 60 tys. dol. za kilogram. W przypadku przesuwania obiektów za pomocą naziemnych lub umieszczonych w kosmosie laserów koszt za kilogram to od 600 do 3 tys. dol. za kilogram, ale koszt wdrożenia technologii to odpowiednio około 600 i 300 mln dol. Fizyczne przemieszczanie kosmicznych odpadów, swoiste zamiatanie ich kosztowałoby z kolei od 90 do 900 tys. dol. za kilogram. Co ważne, według NASA poniesione na to wydatki zwracałyby się w stosunkowo szybkim tempie.