Problem onesnaževanja vesolja skrbi celotno letalsko skupnost. Takšen hipotetični razvoj v nizki zemeljski orbiti, kot je Kesslerjev sindrom, ki napoveduje nastanek vesoljskih naplavin izpod nadzora, je vznemiril celo priljubljene medije. Jasno je, da so potrebne temeljite raziskave, da bi razumeli, s kakšno nevarnostjo je celo majhen delček, in izračunali, koliko smo pripravljeni plačati za čiščenje vesolja.
Danes se politiki, znanstveniki, tehniki in širša javnost globoko zavedajo širjenja vesoljskih naplavin. Zahvaljujoč temeljnemu delu J-K. Liouville in Nicholas Johnson, ki sta bila objavljena leta 2006, razumemo, da se bo stopnja naplavin v prihodnje verjetno še povečevala, čeprav bodo vsi izstrelki ustavljeni. Razlog za to trajno rast so trki, ki naj bi se zgodili med sateliti in raketnimi stopnjami, ki so že v orbiti. To zelo skrbi mnoge satelitske operaterje, ki so prisiljeni sprejeti ustrezne ukrepe za zaščito svojega premoženja.
Nekateri strokovnjaki menijo, da bodo ti incidenti le začetek vrste trkov, ki bodo skoraj onemogočili dostop do nizke orbite Zemlje. Ta pojav, ki ga je prvi podrobno opisal svetovalec NASA Donald Kessler, se običajno imenuje Kesslerjev sindrom. Toda resničnost se bo verjetno zelo razlikovala od podobnih napovedi ali dogodkov, prikazanih v celovečercu "Gravitacija". Dejansko so rezultati, predstavljeni Medagencijskemu odboru za usklajevanje vesoljskih odpadkov (IADC) na šesti evropski konferenci o tej temi, pokazali na pričakovano povečanje ruševin le za 30 odstotkov v 200 letih z neprekinjenimi izstrelitvami.
Trki se bodo še dogajali, resničnost pa bo daleč od katastrofalnega scenarija, ki se ga nekateri bojijo. Rast količine vesoljskih naplavin se lahko zmanjša na precej skromno raven. Predlog IADC je širjenje in dosledno upoštevanje smernic za zmanjševanje vesoljskih naplavin, zlasti v zvezi z nevtralizacijo virov energije, ki bi jih bilo treba v celoti razviti do konca leta, in odstranjevanje po koncu leta. Kljub temu pa z vidika IADC pričakovano povečanje količine odpadkov kljub stalnim prizadevanjem še vedno zahteva uvedbo dodatnih ukrepov za boj proti obstoječim dejavnikom tveganja.
Ni napredka?
Devet let po objavi dela Liouvillea in Johnsona je bilo opaziti veliko zanimanje za obnovo vesoljskega okolja. Po svetu so bili narejeni zlasti koraki za razvoj metod za odstranjevanje predmetov z nizke zemeljske orbite. Evropska vesoljska agencija je na primer nedavno objavila, da namerava v naslednjem desetletju zagotoviti podporo vlade za izstrelitev evropskega vesoljskega plovila. Agencija je izvedla številne študije za določitev racionalnih in zanesljivih načinov za dosego cilja. Ključni element načrtovanja so bili računalniški modeli prostora za razbitine, ki so pokazali, da je rast naplavin mogoče preprečiti z odstranitvijo določenih vesoljskih plovil ali raketnih stopenj. V računalniških simulacijah so ti predmeti opredeljeni kot najbolj nagnjeni k trkom, zato bi se moralo po odstranitvi iz orbite število trkov močno zmanjšati, kar bo preprečilo pojav novih naplavin zaradi razprševanja naplavin.
Skoraj deset let je minilo od objave dela Liouvillea in Johnsona in presenetljivo je, da na mednarodni ali nacionalni ravni ni metodoloških načel, ki bi jasno opredelila ukrepe za odpravo posledic onesnaženja bližnjega zemeljskega prostora. Zdi se, da je kljub pozivom k ukrepanju nekaj apatije glede razvoja postopka odstranjevanja naplavin. Toda ali je res tako?
Pravzaprav situacija ni tako preprosta, kot se zdi. Kar zadeva postopek odstranjevanja vesoljskih naplavin, je treba odgovoriti na nekaj temeljnih vprašanj. Zlasti zaskrbljujoča so vprašanja v zvezi z lastništvom, odgovornostjo in preglednostjo. Na primer, številne tehnologije, ki so na voljo za odstranjevanje naplavin, se lahko uporabijo tudi za odstranjevanje ali onemogočanje aktivnega vesoljskega plovila. Zato lahko pričakujemo obtožbe, da so te tehnologije orožje. Obstajajo tudi vprašanja glede stroškov doslednega programa odstranjevanja smeti. Nekateri tehniki so to ocenili na desetine bilijonov dolarjev.
Morda pa je najpomembnejši razlog za pomanjkanje ustreznih metodoloških načel v tem, da še ne vemo, kako izvesti melioracijo, s katero v praksi mislimo na čiščenje vesolja. Toda to ne pomeni, da ne vemo, katere tehnologije potrebujemo.
Algoritmi za enkratno uporabo so že praktično razviti. Pravi problem izhaja iz na videz preproste naloge: določiti "pravilne" naplavine, ki jih je treba odstraniti iz orbite. In dokler ne bomo rešili tega problema, se zdi, da ne bomo mogli povrniti prostora.
Igranje razbitin
Za spoznanje problematične narave reševanja tako na videz preproste naloge, kot je identificiranje smeti, ki jo je treba odstraniti, uporabimo analogijo igre s krovom 52 navadnih igralnih kart. Po tej analogiji vsak zemljevid predstavlja objekt v vesolju, ki ga želimo odstraniti, da preprečimo trk. Ko so karte razdeljene, postavimo vsako kartico posebej na mizo z licem navzdol. Naš cilj je zdaj poskusiti identificirati asove in jih odstraniti z mize, saj te kartice predstavljajo satelite ali druge velike predmete vesoljskih naplavin, ki bi lahko v nekem trenutku v prihodnosti postali udeleženci trka. S mize lahko odstranimo toliko kart, kolikor želimo, vendar moramo vsakič, ko odstranimo eno kartico, plačati 10 USD. Poleg tega, ko se odmikamo, nimamo pravice pogledati zemljevida (če satelit odstranimo iz orbite, ne moremo z gotovostjo reči, kaj točno bi lahko bil udeleženec trka). Nazadnje moramo plačati 100 USD za vsakega asa, ki ostane na mizi, kar predstavlja potencialne izgube, ki so posledica trkov z našimi sateliti (v resnici se lahko stroški zamenjave satelita gibljejo od 100.000 USD do 2 milijard USD).
No, kako lahko rešimo ta problem? Na hrbtni strani so vse karte enake, zato ni mogoče ugotoviti, kje so asi, in edini način, da se prepričamo, da smo počistili vse asove, je, da počistimo vse karte z mize. V našem primeru bo to stalo največ 520 USD. V vesolju se soočamo z isto težavo: ne vemo natančno, kateri predmeti so lahko v trčenju, vendar je odstranjevanje vseh predrago, zato moramo izbrati. Predpostavimo, da smo se odločili: če odstranimo eno karto v vrednosti 10 USD, kakšna je verjetnost, da smo odstranili asa? No, verjetnost, da je karta as, je štiri deljivo s 52, z drugimi besedami približno 0, 08 ali 8 odstotkov. Tako je verjetnost, da karta ni as, 92 odstotkov. To je verjetnost, da smo zapravili 10 dolarjev.
Kaj se zgodi, če tokrat vzamemo drugo kartico (kar nas bo stalo še 10 USD)? Verjetnost, da je druga karta as, je odvisna od tega, ali je bila prva karta as. Če bi bilo tako, potem je verjetnost, da je tudi druga karta as, tri deljeno s 51 (ker so zdaj v krovu le trije asi, ki so se zmanjšali za eno karto). Če prva karta ni as, potem je verjetnost, da je druga karta as, deljena s 51 (ker so v manjšem krovu še štirje asi).
S to metodo lahko ugotovimo verjetnost, da smo odstranili oba asa - preprosto pomnožimo verjetnost, da najdemo odgovor: 4/52 krat 3/51, kar nam daje verjetnost 0,0045 ali 0,45 odstotka v vrednosti 20 USD na dve karti odstranjeno. Ni ravno spodbudno.
Lahko pa določimo tudi verjetnost odstranitve vsaj enega asa. Po izvleku dveh kart obstaja 15 -odstotna možnost, da smo uspešno odstranili vsaj enega asa. To se sliši bolj obetavno, a tudi kvote zdaj niso zelo dobre.
Izkazalo se je, da moramo za povečanje možnosti za izžrebanje vsaj enega asa odstraniti več kot devet kart (v vrednosti 90 USD) ali več kot 22 kartic (v vrednosti 220 USD), če želimo biti 90 -odstotno prepričani da smo odstranili enega od asov. Tudi če nam uspe, so na mizi še trije asi, tako da moramo skupaj plačati še 520 USD, kar je po naključju enak znesek, ki smo ga morali plačati, če smo izbrali možnost z odstranitvijo. Vse kartice.
Iger je konec
Če se vrnemo iz naše analogije nazaj v realno vesoljsko okolje, se zdi, da je situacija bolj zaskrbljujoča. Trenutno v orbiti s pomočjo ameriškega omrežja vesoljskih opazovalnih postaj sledi približno 20.000 predmetov, pri čemer približno šest odstotkov teh predmetov tehta več kot eno tono, kar bi lahko hipotetično sodelovalo pri trčenju in bi jih morda želeli odstraniti. Po analogiji s kartami je naša težava v tem, da je hrbet vseh kart enak in verjetnost, da je eden pikov as, je enaka verjetnosti, da je tudi drugi as. Kartic, ki jih želite, ne morete identificirati in jih odstraniti z mize. V resnici so naše možnosti, da se izognemo trku, veliko večje kot pri igri s kartami, saj v orbiti lahko vidimo verjetnost, da bodo v trke vpleteni nekateri predmeti, in se lahko nanje osredotočimo. Na primer, predmeti, ki so v gosto poseljenih orbitah, na primer heliosinhroni na višinah med 600 in 900 kilometrov, bodo najverjetneje vključeni v trke zaradi zastojev na tem območju. Če se osredotočimo na podobne objekte (in druge na podobno obremenjene orbite) in upoštevamo napovedi možnosti njihovega trka, se izkaže, da moramo odstraniti približno 50 predmetov, da bi zmanjšali pričakovano število katastrofalnih trkov za samo eno enoto, kar izhaja iz rezultatov raziskav članov vesoljske agencije IADC.
Izkazalo se je, da je treba, čeprav je mogoče z enim čistejšim vesoljskim plovilom odstraniti več objektov (in zdi se, da je pet ciljev vsestranska alternativa), opraviti številne lete - pogosto zahtevne in ambiciozne - le za preprečitev enega trka.
Zakaj ne moremo natančneje predvideti verjetnosti trkov in odstraniti le tiste predmete, za katere zagotovo vemo, da bodo nevarni? Na pot satelita lahko vplivajo številni parametri, vključno z orientacijo satelita, pa naj gre za neredno gibanje ali vesoljsko vreme (kar lahko vpliva na upor satelitov). Že majhne napake v začetnih vrednostih lahko povzročijo velika odstopanja v rezultatih izračuna položaja satelita v primerjavi z realnostjo in po relativno kratkem času. Pravzaprav uporabljamo isto tehniko kot napovedovalci: modele uporabljamo za ustvarjanje verjetnosti konkretnih rezultatov, ne pa tudi dejstva, da bodo ti rezultati kdaj doseženi.
Tako imamo tehnologije, ki jih lahko občasno uporabimo za odstranjevanje vesoljskih naplavin. To je stališče Evropske vesoljske agencije s svojim načrtovanim poslanstvom e. Deorbit, vendar še vedno obstajajo težave, ki jih je treba rešiti, da bi opredelili najprimernejše objekte za odstranitev. Te težave je treba odpraviti, preden bodo potrebne smernice in metodološka načela na voljo zainteresiranim za pripravo dolgoročnega programa odstranjevanja vesoljskih naplavin, ki je bistven za učinkovito sanacijo okolja.
Metodološka načela v smislu posebnih območij, njihovega števila, zahtev in omejitev so bistvena za povečanje verjetnosti, da bodo prizadevanja za sanacijo okolja učinkovita in vredna. Za razvoj takšnih metodoloških načel moramo premisliti svoja nerazumna pričakovanja o ugodnem izidu.
