Kosmiczne śmieci

Pomimo że stwierdzenie to odnosiło się oryginalnie do nieprzyjemnej natury człowieka, znajdującej odbicie w wojnach, wyzysku i przemocy, które wciąż dotykają większość ludzkości, może także stanowić komentarz do tego, jak być może w przyszłości będziemy prezentować się z kosmosu: niebieska planeta otoczona przez orbitujące, nieużywane już statki kosmiczne - czyli przez tzw. kosmiczne śmieci.

Historia wyrzucania w przestrzeń kosmiczną albo w jej okolice przeróżnych wytworów rąk ludzkich ma grubo ponad pół wieku - już podczas drugiej wojny światowej niemieckie rakiety balistyczne A4/V2 osiągały wysokość 80 km, a późniejsze rakiety amerykańskie potrafiły wznosić się jeszcze wyżej, przekraczając tym samym linię Kármána, czyli znajdującą się na wysokości ok. 100 km nad powierzchnią Ziemi umowną granicę kosmosu. Jednak pierwszym obiektem, pozostającym w przestrzeni dłużej niż tylko parę minut, stał się wystrzelony 4 października 1957 roku sowiecki sputnik. Udało mu się orbitować przez całe trzy miesiące, zanim spadł i spalił się w atmosferze.

Potem wystrzelono w przestrzeń kosmiczną kolejne sputniki i całe mnóstwo innych statków kosmicznych w ramach amerykańskich i sowieckich programów, jak np. Mercury, Gemini czy Apollo. Od 1957 roku program Space Surveillance Network skatalogował ponad 20 tys. stworzonych przez człowieka obiektów, które wkroczyły w przestrzeń kosmiczną. O tym, jak wiele jest ich obecnie na orbicie, można się przekonać, obserwując w pogodną noc niebo (wolno przemieszczające się obiekty to właśnie satelity; jeśli obserwowany obiekt przemieszcza się szybko i zaraz znika, to najprawdopodobniej jest meteor, jeśli natomiast miga, jest to najpewniej samolot).

Co więcej, wydaje się, że wkraczamy obecnie w następny etap podboju kosmosu, a dokładnie w epokę komercjalizacji lotów kosmicznych. 8 grudnia 2010 roku z kosmodromu na Florydzie został wystrzelony SpaceX Dragon, pierwszy będący własnością prywatnej firmy statek kosmiczny, któremu udało się wznieść na orbitę Ziemi i potem w całości wylądować na powierzchni Ziemi, a konkretnie na powierzchni Oceanu Spokojnego. Z kolei firma Richarda Bransona, Virgin Galactic, deklaruje, że być może już od przyszłego roku rozpocznie regularne komercyjne loty kosmiczne, które będą osiągać wysokość ok. 110 km. Cena "wycieczki" to ok. 200 tys. dolarów, co jest kwotą całkiem przystępną w porównaniu z 20 mln, które płacili za kilka dni w kosmosie klienci rosyjskiego Mira. Mówi się też o planach wprowadzenia szybkich przelotów pomiędzy kontynentami - dzięki wyrzuceniu samolotu na orbitę, wyczerpująca dwudziestoparogodzinna podróż Londyn-Sydney trwałaby ok. dwóch godzin.

Wszystko to, pobudzając wyobraźnię drzemiącego w każdym z nas odkrywcy, brzmi dla ludzkiego ucha bardzo przyjemnie, ale zastanówmy się przez chwilę, co dzieje się z tymi wystrzelonymi w kosmos satelitami, które wyszły już z użytku, lub też z tymi częściami statków kosmicznych, które podczas lotu w kosmosie są "gubione", jak to się dzieje z pustymi zbiornikami po paliwie.

Jak wiadomo, aby utrzymać się na orbicie, satelita musi cały czas pozostawać w ruchu. Gdyby go nagle zupełnie zatrzymać, spadłby prosto na Ziemię. Im mniejsza zatem prędkość orbitalna satelity, tym szybciej on spada, obniżając się kolejno na niższe i niższe orbity. Satelity krążą bowiem na różnych orbitach, ale zawsze na wysokościach, gdzie występuje jeszcze szczątkowa atmosfera ziemska; przykładowo amerykańskie wahadłowce latają na wysokości 150-450 km nad Ziemią, satelity wojskowe na wysokości 500-1000 km, a satelity komunikacyjne są wynoszone na wysokość 36 tys. km. Owa szczątkowa atmosfera ziemska wchodzi zatem z satelitami w kontakt, powodując tarcie, a tym samym i hamowanie, na skutek którego satelity zaczynają tracić swoją wysokość. To tracenie wysokości nieuchronnie musiałoby doprowadzać do przedwczesnego upadku takiego satelity na Ziemię i żeby temu zapobiec, raz na jakiś czas uruchamia się ich silniki, aby wznieść je z powrotem na pożądaną orbitę.

Oczywiście, gdy satelita przestaje funkcjonować, nie koryguje się już jego trajektorii i powoli spada on, aż wreszcie, wkroczywszy w gęstsze warstwy atmosfery, ulega spaleniu - obecnie taki los spotyka średnio jednego satelitę dziennie. Jednak Arrun Saunders i Hugh Lewis z University of Southampton w Wielkiej Brytanii, przestudiowawszy orbity ponad 30 satelitów na przestrzeni ok. 40 lat, zauważyli, że czas, jaki zajmuje satelitom spadek z orbity, coraz bardziej się wydłuża. Tłumaczy się to oziębianiem się i rozrzedzaniem górnych warstw atmosfery na skutek wzrastających poziomów dwutlenku węgla.

Nie wygląda to może na zbyt wielki problem, ale faktem jest, że wokół naszej planety robi się coraz tłoczniej: już teraz spośród ponad 8 tys. obiektów kosmicznych znajdujących się na orbicie tylko ok. 3 tys. to funkcjonujące satelity - reszta to statki i części statków kosmicznych, które wyszły już z użycia i teraz stanowią jedynie zagrożenie dla tych, które są jeszcze eksploatowane. Na przykład w 2009 roku jeden z takich "kosmicznych wraków" wleciał na orbitę nadal funkcjonującego satelity, co zakończyło się kolizją, w wyniku której oba te obiekty uległy zniszczeniu.

Co zatem zrobić, aby takim zderzeniom zapobiec? Jedną z propozycji jest programowanie silników tak, aby na koniec swojego czynnego życia wypychały satelity w atmosferę ziemską, gdzie te, pod wpływem tarcia, by się spalały. Niestety, nie jest to rozwiązanie najtańsze, gdyż wymaga dodatkowych zapasów paliwa, co z kolei oznacza zwiększenie masy takich satelitów i tym samym zwiększenie kosztów wynoszenia ich w kosmos.

Inne, oszczędniejsze rozwiązanie przedstawiła ostatnio na konferencji w Toronto Kristin Gates z Global Aerospace Corporation w Altadena w Kalifornii. Wedle jej propozycji, każdy satelita wystrzeliwany w przestrzeń kosmiczną byłby wyposażony w specjalny balon, zwinięty i przechowywany na pokładzie. Kiedy satelita miałby wyjść z użytku, balon napełniałby się np. helem, stwarzając w ten sposób dodatkowy opór podczas kontaktu satelity z rozrzedzonymi warstwami zewnętrznymi atmosfery Ziemi, tym samym przyspieszając proces jego spadania.

Rozważając kwestię spadających statków kosmicznych, nie sposób nie wspomnieć, że czasem satelita w atmosferze nie spali się całkowicie - wtedy niektóre jego fragmenty docierają do powierzchni Ziemi. Jeden z bardziej znanych takich przypadków miał miejsce w 1962 roku, kiedy to kawałek metalu o masie 9,5 kg, zidentyfikowany potem jako część wystrzelonego dwa lata wcześniej sowieckiego Sputnika IV, spadł na skrzyżowanie ulic w Manitowoc w Wisconsin, USA. Z kolei w 1997 roku lekki fragment o wymiarach 10 na 13 cm uderzył w kobietę w Turley, w Oklahomie, na szczęście nie powodując żadnych obrażeń. Później został on zidentyfikowany jako fragment drugiego członu wystrzelonej niemal rok wcześniej rakiety Delta II.

Zdarza się także, że niektóre takie spadające z kosmosu fragmenty potrafią być całkiem ciężkie, tak jak zbiornik paliwowy o masie 270 kg, który w 1997 roku wylądował w okolicy Georgetown w Teksasie. Warto również wspomnieć o ryzyku, że meteoryt (lub też inny wystarczająco duży obiekt z kosmosu) mógłby stać się przyczyną katastrofy lotniczej. O ile prawdopodobieństwo uderzenia obiektu kosmicznego w konkretny samolot jest znikome, o tyle wedle niektórych obliczeń statystycznych uwzględniających przeciętną liczbę lotów w całej dotychczasowej historii awiacji oraz liczbę spadających na Ziemię meteorytów, które mogłyby spowodować uszkodzenia zagrażające samolotowi, szansa, że w tym czasie któryś z samolotów został faktycznie trafiony przez spadający meteor lub fragment satelity wynosi już 10%.

Nic dziwnego zatem, że naukowcy przebąkują o konieczności nałożenia podatku na tych, którzy nie pozbywają się tych tzw. kosmicznych śmieci w sposób bezpieczny. Zgromadzone w ten sposób fundusze można by potem wykorzystać do wypłaty rekompensat właścicielom uszkodzonych przez kosmiczne odpady satelitów. Jeśli wziąć jednak pod uwagę, jak ciężko jest osiągnąć światowy konsensus w dużo bardziej "przyziemnych" sprawach, jak np. podatek od emitowanego w atmosferę dwutlenku węgla, z pewnością nie nastąpi to zbyt prędko. Na razie jedyną formą zabezpieczenia dostępną nam, zwykłym śmiertelnikom, jest polisa ubezpieczeniowa. I tak standardowe ubezpieczenie domu u głównych ubezpieczycieli pokrywa także uszkodzenia na skutek uderzenia statków powietrznych, a więc również i satelitów. Jednak pamiętać należy, że taka polisa nie ubezpiecza nas już np. od uderzenia meteorytów, które, nie będąc wytworem rąk ludzkich, nie mieszczą się w wymienionej przez ubezpieczyciela kategorii.

Ponieważ całkiem niedługo, bo za parę miesięcy, również i Polacy mają zasilić tę kosmiczną flotyllę - w 2011 roku zostanie wyniesiony na orbitę pierwszy polski satelita Lem, a w dwa lata później dołączy do niego następny, Heweliusz - warto, żebyśmy i my przypomnieli sobie, że kosmos, choć wielki ponad naszą wyobraźnię, nie jest miejscem, gdzie nasze czyny pozostają bez konsekwencji i sprawa kosmicznych śmieci jest tego najlepszym przykładem.

Paulina Wojciechowska, Krzysztof Bolejko

PAULINA WOJCIECHOWSKA, absolwentka dziennikarstwa na UW, handlu na University of New England (Australia), studiuje medycynę na Australian National University

DR KRZYSZTOF BOLEJKO, absolwent astronomii na UW, kosmolog na Wydziale Astrofizyki University of Oxford