Kaip žemumos orbita virsta šiukšlių krūva

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Žmogaus šiukšlių takas jau seniai nusidriekęs už planetos, toli į kosmosą. Kol aktyvistai ir politikai sprendžia, ką daryti su buitinėmis atliekomis Žemėje, orbitose kaupiasi tonos sunaudotos įrangos.

Išsiaiškinkime, iš ko pagaminti kosminiai sąvartynai, kur jie yra ir ar ant mūsų galvų gali kristi „dangiškos“nuolaužos (spoileris: taip jau nutiko).

Kokios šiukšlės skrenda kosmose

Kosmoso amžius prasidėjo nuo pirmojo dirbtinio palydovo paleidimo 1957 m. Nuo to laiko žmonija paleido daug raketų ir iškėlė į orbitą beveik 11 000 palydovų. Pastaraisiais metais kosminių misijų skaičius smarkiai išaugo. Dabar artimą žemę erdvę tyrinėja ne tik valstybės – į verslą įsijungė privačios firmos ir ne pelno organizacijos. Orbitų apkrova auga.

Kaip pasikeitė objektų skaičius artimoje žemėje

Tačiau palydovai, kaip ir bet kuri kita technika, genda ir pasensta. Juos pakeičia nauji įrenginiai, o sugedę įrenginiai priversti nugyventi savo gyvenimą orbitoje metalo laužo pavidalu. Artimoje ir tolimoje mūsų planetos apylinkėse atsirado „sąvartynų“.

Visi neveikiantys techniniai objektai ir jų fragmentai priskiriami kosminėms šiukšlėms. Didžiąją jos dalį sudaro raketų pakopos, seni palydovai ir jų fragmentai. Nepaisant nuolatinių naujų prietaisų paleidimo, orbitose veikiantys palydovai yra daug mažiau nei „atliekos“. Europos kosmoso agentūros (ESA) skaičiavimais, artimoje žemėje yra 128 milijonai mažų nuolaužų, kurių dydis neviršija centimetro, 900 tūkstančių skeveldrų nuo 1 iki 10 cm ir 34 tūkstančiai - daugiau nei 10 cm Palyginimui: veikia tik 3 palydovai, 9 tūkst.

Aktyviausiai žmonija naudoja žemą Žemės orbitą (200–2000 km virš jūros lygio). Ši kosmoso dalis yra „tankiausiai apgyvendinta“ir tuo pačiu „nešvariausia“. 650-1000 km aukštyje įsikūręs pirmasis „sąvartynas“– čia „gyvena“senos transporto priemonės, įvairaus dydžio šiukšlės ir kariniai palydovai su branduoliniais įrenginiais. Tokie aukščiai potencialiai pavojingiems objektams laikyti pasirinkti neatsitiktinai: jie ten gali būti apie du tūkstančius metų. Antroji oficiali „bandymų aikštelė“yra maždaug 36 tūkstančių km aukštyje – ten siunčiami visi iš geostacionarios orbitos tarnavę palydovai.

Tačiau kosminės šiukšlės „skraido“ne tik specialiai joms skirtose vietose. Susidūrimas su nuolaužomis artimoje žemės erdvėje gali įvykti bet kur, nes nuspėti mažų dalelių judėjimą beveik neįmanoma. Tačiau išsisukti nuo didelių fragmentų tikrai įmanoma – daugumą jų stebi pasaulio kosmoso agentūros. Jei artimiausiais metais tokios kompanijos kaip „SpaceX“, „OneWeb“ir „Amazon“išleis tūkstančius ryšio palydovų virš Žemės, specialistai turės kur kas atidžiau stebėti judėjimą orbitose, kad išvengtų nelaimingų atsitikimų.

Kas seka šiukšles erdvėje

ESA duomenimis, kosmoso stebėjimo tinklai reguliariai stebi tik 28 000 ypač didelių šiukšlių. JAV kosmoso stebėjimo tinklas yra viena iš pirmaujančių kosminių šiukšlių trajektorijos analizės paslaugų. Specialistai veda katalogą, kuriame atvežami objektai, esantys nuo žemos Žemės orbitos didesni nei 5-10 centimetrų ir nuo 30 centimetrų nuolaužos, esančios šalia geostacionario.

Jungtinėse Amerikos Valstijose yra ir kitų centrų, kurie renka ir apdoroja duomenis ne tik apie „atliekas“, bet ir apie veikiančius įrenginius. Jų geografinės vietos yra paskelbtos viešai „Space Track“šaltinyje, o iš 18-osios kosmoso valdymo eskadros „Twitter“galite sužinoti apie tam tikrų transporto priemonių sunaikinimą. Remiantis šia informacija, buvo sukurtas internetinis žemėlapis Stuff in Space, kuriame realiu laiku rodoma palydovų (raudonų taškelių), raketų kūnų (mėlyna) ir kosminių šiukšlių (pilka) padėtis. Žemėlapis atnaujinamas kiekvieną dieną ir aiškiai parodo glaudų „santykį“tarp veikiančių įrenginių ir „atliekų“.

Europos šalys, Rusija ir Kinija taip pat stebi judėjimą kosminiais „takais“, naudodamos teleskopus ar geostacionarius radarus. Dėl avarijų tikimybę apskaičiuojančių tarnybų susidūrimai orbitoje pasitaiko retai.

Iš kur atsiranda kosminės šiukšlės?

Nepaisant to, kad susidūrimai erdvėje yra reti, jie rimtai veikia „dangiškųjų sąvartynų“augimą. Viena rimčiausių kosminių nelaimių įvyko 2009 metais: amerikiečių ryšių palydovas „Iridium“ir neveikiantis Rusijos karinis aparatas „Kosmos-2251“negalėjo išsiskirstyti. Jų „susitikimas“sukėlė didelį debesį mažų šiukšlių ir daugiau nei 1,5 tūkstančio didelių skeveldrų, kurios iki šių dienų išliko artimoje žemei erdvėje.

Mokslininkai pagrindine kosminių šiukšlių susidarymo priežastimi vadina sprogimus. Dažniausiai jie atsiranda dėl nutekėjimo ar įkaitimo kuro, kuris lieka jau panaudotų viršutinių pakopų, paskutinių raketų ir palydovų pakopų bakuose. Įranga sprogsta dėl konstrukcijos trūkumų arba dėl atšiaurios erdvės aplinkos poveikio. Pavyzdžiui, 2018 metais orbitoje sudužo Rusijos ir Amerikos viršutinės pakopos „Fregat“ir „Centaur“, 2012 metais mūsų „Briz-M“buvo išsibarstę į fragmentus. 2021-ųjų kovą sprogo senas JAV meteorologinis palydovas, o prieš metus sovietinės raketos Cyclone-3 pakopa, netoli Žemės erdvėje išbuvusi 29 metus, virto 75 dreifuojančiais fragmentais.

Priešpalydovinių ginklų bandymai palieka didelį šiukšlių pėdsaką. 2007 metais Kinija 865 km aukštyje su vidutinio nuotolio raketa sunaikino nuosavą Fengyun-1C. Suformavo apie 3, 5 tūkstančius didelių objektų ir nesuskaičiuojamą skaičių fragmentų iki 5 centimetrų. 2019 metais Indija taip pat paleido raketą į savo palydovą – apie 400 nuolaužų, išsibarsčiusių orbitose nuo 200 iki 1600 km.

ESA specialistai išanalizavo daugiau nei 560 įrenginių sunaikinimo atvejų. Kaip jie pažymi, yra ir kitų priežasčių, kodėl orbitose susidaro kosminės šiukšlės. Dažnai kai kurios jo dalys yra atjungtos nuo aparato, sunaikinamos dėl konstrukcijos netobulumų arba sugenda sąveikaujant su Žemės atmosfera.

Erdvėlaivių sunaikinimo priežastys

2020 metais „RS Components“specialistai išanalizavo, kuri iš kosmoso galių užteršė erdvę stipriau nei kitos. Paaiškėjo, kad didžiausia šiandien susektų nuolaužų dalis priklauso Rusijai ir NVS šalims – 14 403 fragmentai. Antroje vietoje yra JAV (8734), trečioje – Kinija (4688).

Kodėl kosminiai sąvartynai yra pavojingi

Šiuolaikiniai palydovai aprūpinti apsauga nuo mikrometeoritų ir kosminių šiukšlių, tačiau „šarvai“ne visada gelbsti. Sprogimo nuolaužos ir toliau juda pradiniu greičiu. Kadangi erdvėje nėra juntamos trinties jėgos ir neveikia įprasta gravitacija, jos praktiškai nesulėtėja.

Jų greitis gali siekti 8-10 km/s, o tai beveik septynis kartus greičiau nei kulka. Lėtesnių fragmentų smūgiai taip pat gali būti mirtini. Didesni nei 10 cm gabalai gali visiškai sunaikinti orlaivį. Susidūrimai su didesnėmis nei 1 cm skeveldromis sutrikdo erdvėlaivio darbą arba sukelia neveikiančių objektų sprogimus. Milimetrinės dalelės daugeliu atvejų palieka įtrūkimus ir drožles ant korpusų.

2016 m. mažytė dulkės dydžio nuolauža ant ISS lango stiklo paliko 7 mm įdubimą. Susidūrimai su bet kokiomis nuolaužų nuolaužomis yra pavojingi kosminei stočiai, nes ji orbitoje juda didesniu nei 7,6 km/s greičiu. TKS reguliariai atlieka vengimo manevrus ir koreguoja savo orbitą: antimeteoritinės plokštės nepajėgia apsaugoti įgulos susidūrus su didelėmis nuolaužomis. Kartais kosmonautai yra priversti evakuotis iš stoties ir laukti pavojingo priartėjimo prie kosminių šiukšlių erdvėlaivyje Sojuz momento, kad prireikus greitai paliktų „skęstantį laivą“.

Dauguma erdvėlaivių manevrų atliekami siekiant išvengti „susitikimų“su šiukšlėmis. Šie veiksmai yra brangūs. Ekspertai valandų valandas skaičiuoja rizikas ir planuoja naują trajektoriją. Manevro momentu sunaudojamas kuras, kurį turi pasiimti su savimi „atsargoje“, o įrenginiai „stovėti nedarbingai“– neperduoda tyrėjams reikalingų duomenų.

Žemėje esantiems kosminės šiukšlės nekelia rimtos grėsmės. Maži prietaisai sugeba sudegti atmosferoje, o didelės panaudotos raketų ar palydovų dalys, kaip taisyklė, tam tikra trajektorija nuleidžiamos į Ramųjį vandenyną arba į negyvenamas teritorijas Kazachstane. Tik kartą žmogaus sukurtos kosminės šiukšlės pataikė į žmogų. 1997 metais ant Oklahomos gyventojos Lottie Williams nukrito amerikietiškos nešančiosios raketos Delta II nuolauža. Mergina nusivylė sužinojusi, kad jai ant peties užkrito ne žvaigždės gabalas, o degalų bako fragmentas.

NASA mokslinis konsultantas Donaldas Kessleris 1978 metais pateikė nemalonią prognozę. Vėliau jo aprašytas reiškinys buvo pavadintas „Kesslerio sindromu“. Astrofiziko teigimu, vieną dieną „atliekų“koncentracija kosmose išaugs tiek, kad avarijų skaičius ims nevaldomai augti. Nuolaužos trenksis į orlaivius, kurios bus suplėšytos į gabalus ir „atakos“kitus objektus. Metalo laužo krūvos žemesnes orbitas pavers netinkamomis, o aplink Žemę atsiras šiukšlių juosta, primenanti Saturno žiedus. Kai kurie ekspertai mano, kad kritinė žmogaus sukurtų objektų koncentracija orbitoje jau pasiekta.