Proces raziskovanja vesolja, ki se je tako rekoč začel sredi 20. stoletja, je običajno predstavljen s pozitivne strani kot nova stopnja v razvoju znanstvenega in tehnološkega znanja. Vendar pa se je že po izstrelitvi prvega satelita vzporedno začel povsem drugačen negativni proces, povezan z zamašitvijo orbit blizu Zemlje. Umetne razbitine v vesolju predstavljajo številne grožnje tako za vesoljska plovila kot za Zemljo.
Viri vesoljskih odpadkov
Smeti se v tem primeru nanašajo na derivate umetne narave, ki so zelo raznoliki, a so povezani z neposredno človeško dejavnostjo. Na primer, naravni meteoroidi ne predstavljajo nevarnosti, za razliko od odpadkov, ki jih je ustvaril človek, ki predstavljajo grožnjo zaradi svojega dolgega bivanja v nizki Zemljini orbiti.
Torej, od kod prihajajo nevarni naplavi v vesolju? Večina jeki nastanejo med izstrelitvami satelitov in izstrelitvami drugih vozil v orbito. V takšne procese so nujno vključene spremljevalne ladje s posadko ali avtomatske ladje, ki za sabo puščajo tehnične predmete in potrošni material. Najnevarnejši vir tovrstnega onesnaženja je uničenje satelitov in ladij v orbiti, zaradi česar v vesolju ostanejo neupravljana oprema in strukturni deli letal. Sami drobci po padcih opreme ali v procesu načrtovanega izpusta odpadkov ne predstavljajo resne grožnje niti v enem številu. Vendar pa pri dolgotrajnem kopičenju nastajajo veliki predmeti, pogosto z visokim radioaktivnim potencialom, zaradi česar jih je težko uničiti.
Pomembno vlogo v procesih nastajanja nevarnih naplavin igra učinek "starostne" razgradnje naplavin iz vesoljskih objektov v agresivnem okolju. Na enaka kopičenja naplavin negativno vplivajo kozmični prah, sevanje, temperaturni ekstremi, oksidacija kisika itd. Tako se je treba ukvarjati ne le s fizičnimi elementi, ki predstavljajo nevarnost trka, temveč z nenadzorovanimi in eksplozivnimi materiali, ki povečujejo tveganje nesreč.
Spremljanje vesoljskih odpadkov
Obstoječe nevarnosti, povezane s prisotnostjo vesoljskih odpadkov, zahtevajo tudi nenehne raziskave orbit v bližini Zemlje. Posebne naprave skenirajo umetne odpadke glede na več značilnosti, vključno z velikostjo, maso, obliko, hitrostjo,trajektorija, sestava itd. Glede na oddaljenost od Zemlje se uporablja določena oprema. Na primer, nizka zemeljska orbita sistema LEO običajno pokriva razdaljo od 100 do 2000 km. V tem spektru delujejo radijske tehnike, radarji, optične, optoelektronske, laserske in druge naprave za opazovanje vesoljskih odpadkov. Hkrati se razvijajo posebni algoritmi za analizo informacij, prejetih na teh napravah. Za kombiniranje niza razdrobljenih podatkov se uporabljajo zapleteni matematični računski modeli, ki dajejo relativno popolno sliko dogajanja na določenem področju opazovanja.
Kljub uporabi visokotehnoloških metod spremljanja še vedno obstajajo težave pri sledenju majhnih delcev, majhnih le nekaj milimetrov. Takšne drobce lahko samo delno preučijo senzorji na krovu, vendar to ni dovolj za pridobitev izčrpnih informacij, na primer o kemični sestavi predmeta. Ena od smeri spremljanja tovrstnih delcev je tako imenovano pasivno merjenje. Nekoč so po tem principu preučevali komponente vesoljske postaje Mir, vrnjene na Zemljo. Bistvo te tehnologije je registrirati udarce preučevanih delcev na površino aparata v odprtem prostoru. V laboratorijih so analizirali različne vrste poškodb, kar je omogočilo pridobitev dodatnih informacij o vesoljskih odpadkih. Danes ekipe kozmonavtov delajo po tej raziskovalni poti neposredno v orbiti in pregledujejo površine delujočih vesoljskih plovil.
Porazdelitev odpadkov v vesolju blizu Zemlje
Spremljanje vesolja kaže na neenakomerno porazdelitev naplavin različnih vrst v orbitah. Največje kopice opazimo v območju nizke orbite - zlasti v primerjavi z visokimi orbitami je lahko razlika v gostoti tisočkrat. Hkrati obstaja povezava med gostoto grozdov in velikostjo delcev. Prostorska gostota srednje velikih naplavin je običajno nižja v visokih orbitah kot v nizkih orbitah v manjšem deležu v primerjavi z grobozrnatimi elementi.
Na značilnosti porazdelitve vesoljskih odpadkov po Zemlji vplivajo številni dejavniki, med katerimi so značilnosti izvora. Na primer, majhni fragmenti, ki nastanejo kot posledica uničenja delov postaje ali satelitov, imajo nestabilne vektorje hitrosti. Kar zadeva velike naplavine, lahko zaradi svoje visoke dinamike doseže visoke nadmorske višine do 20.000 km in se širi tudi v geostacionarnem obroču. Na ravni 2000 km je neenakomerna porazdelitev s točkami povečanja gostote zlasti na 1000 in 1500 km. Mimogrede, geostacionarna orbita je najbolj zamašena in na njenem območju je zabeležena velika nagnjenost naplavin k odnašanju.
Trendi razvoja vesoljskih odpadkov
Vesoljski znanstveniki so bolj zaskrbljeni zaradi potencialnih in ne trenutnih groženjnaplavin v zemeljskih orbitah. Trenutno študije kažejo na povečanje stopnje onesnaženosti za 4-5% na leto. Poleg tega vloga izstrelitev vesoljskih plovil še ni bila zanesljivo ocenjena glede na rast populacije tujkov v različnih orbitah. Veliki predmeti so primerni za napovedovanje, vendar, kot smo že omenili, omejene informacije o majhnih naplavin tudi v bližnjem vesolju ne omogočajo, da bi z visoko stopnjo objektivnosti govorili o značilnostih množičnih odpadkov. Kljub temu znanstveniki naredijo dva nedvoumna sklepa o majhnih ostankih:
- Obseg majhnih delcev, ki nastanejo kot posledica uničenja, se postopoma povečuje s povečanjem števila trkov. Tako v laboratorijskih pogojih kot v teoretičnih študijah se je pokazalo, da majhni drobci predstavljajo pomemben delež elementov, ki so ločeni od predmetov uničenja.
- Zelo majhni delci v obliki istih produktov trka so bolj dovzetni za negativne učinke zunanjih sil. Učinek razgradnje, ko so naplavine dlje časa v agresivnih razmerah, zmanjša verjetnost zanesljive ocene prihodnosti takih kopičenja.
Očitno se bodo težave pri iskanju naplavin v vesolju samo še poslabšale, kar zahteva sprejetje ustreznih ukrepov. Toda tudi s popolno zaustavitvijo projektov, povezanih z vesoljem, bo zemeljska orbita še naprej zamašena zaradi trka obstoječih elementov onesnaževanja z naravnimi delci. Po inerciji se bo ta proces nadaljeval še vsaj 100let.
Vrste učinkov onesnaženja vesolja
Najnevarnejše negativne posledice vpliva vesoljskih odpadkov vključujejo naslednje:
- Ekološka škoda na Zemlji. Sama prisotnost tehnogenih odpadkov v orbiti blizu Zemlje povzroči spremembo ekološkega ozadja in krši prvotno čistost okolja. Po mnenju astronomov-opazovalcev proces zmanjševanja preglednosti blizuzemeljskega prostora že napreduje, kar pojasnjuje tudi prisotnost motenj pri delovanju radijske opreme. Neposredno za Zemljo lahko opazimo nevarnost padajočih komponent z gorivnimi materiali, ki zagotavljajo delovanje reaktivnih motorjev.
- Ruševine, ki padajo na Zemljo. Tudi brez radioaktivnega učinka lahko padec umetnih odpadkov iz bližnjega vesolja povzroči katastrofalne posledice. Do danes so imeli največji iztovarjeni predmeti maso največ 100 ton, vendar to ni predstavljalo resne nevarnosti za planet. Po drugi strani pa bo, ko se bo intenzivnost oviranja Zemljine orbite povečala, bo ta scenarij vse bolj črn.
- Nevarnost trka v vesolju. Ne podcenjujte škode vesoljskih odpadkov za opremo, ki se uporablja za podporo letenju. Isti vplivi velikih in majhnih delcev lahko privedejo do znatnih motenj v delovanju naprav, velike nesreče pa ogrozijo možnosti za izvedbo dragih ambicioznih projektov.
Sistemi ocenjevanja škode zaradi trkasmeti
Najprej se že uveljavljena praksa analiziranja učinkov na površino vesoljskih plovil uporablja z zunanjim pregledom s strani samih kozmonavtov. Kot je bilo omenjeno zgoraj, se lahko rezultati takšnih študij dodatno uporabijo za določitev značilnosti smeti. Najnatančnejše analitične informacije pa dajejo le laboratorijski testi, pri katerih so ciljni materiali umetno prizadeti. Imitacija trka opreme z naplavinami v vesolju se izvaja z ultrahitrimi udarci. Nadalje se s pomočjo računalniškega in digitalnega modeliranja dobljeni podatki obdelajo z analizo značilnosti poškodbe in mehanike udarca na ciljni objekt. Med glavnimi kazalniki so lastnosti, kot so moč, ohranjanje funkcionalnosti, preživetje posameznih komponent, stopnja razdrobljenosti itd.
Določanje stopnje nevarnosti vesoljskih odpadkov
Tudi v fazah projektiranja orbitalnih postaj in vesoljskih kompleksov se upošteva možnost trka z različnimi vrstami naplavin. Za izračun optimalne zanesljivosti konstrukcije se uporabljajo podatki o določenem okolju, v katerem se bo naprava uporabljala. Hkrati pa je še vedno pomemben problem netočnost eksperimentalnih in analitičnih metod za ocenjevanje groženj. Naplavine v vesolju je mogoče preučiti le do določene stopnje predpostavk, zaradi česar je oblikovalcem težko ustrezno pripraviti vozila na trke pri visoki hitrosti. ZaZa približno oceno ogroženosti se uporablja koncept splošnih tokov vesoljskih odpadkov, ki jih lahko potencialno naletimo na poti vesoljskega plovila. Nadaljnji podatki so prikazani o gostoti pretoka, hitrosti, napadnih kotih in številu pričakovanih udarcev.
Načini za zmanjšanje groženj zaradi naplavin v vesolju
Relativno nizka raven spremljanja in karakterizacije vesoljskih odpadkov z njihovo napovedjo je le del problema. Na sedanji stopnji se strokovnjaki soočajo s številnimi vprašanji, povezanimi z zmanjševanjem tveganja negativnega vpliva umetnih odpadkov v vesolju. Danes se razmišljata o dveh smereh za rešitev tega problema. Prvič, to je splošno zmanjšanje letov, pa tudi zmanjšanje tehnoloških procesov, ki vodijo do zamašitve orbit na različnih ravneh. Drugič, lahko govorimo o strukturni optimizaciji vozil z zmanjšanjem delov, ki bi lahko postali vesoljski odpadki. Posebna pozornost v sistemih za nadzor vesolja je danes namenjena kontaminaciji z radioaktivnimi snovmi. To se nanaša na zmanjševanje količine izpušnih plinov motorja do prehoda na bistveno nove vire goriva.
Možnosti za boj proti naplavin v bližnjem vesolju
Aktivno delo v smeri urejanja vesoljskih dejavnosti na globalni ravni daje razlog za optimizem pri oceni razvoja razmer v prihodnosti. Skrbni odnos do čistoče orbitalnih okolij je vključen v koncepte strateških programov največjih držav, ki prispevajonajvečji prispevek k boju proti naplavin v vesolju. Čiščenje in odstranjevanje majhnih in velikih delcev v poligonalne orbite je eno ključnih področij čiščenja prostora pred onesnaževanjem, ki ga povzroči človek, vendar učinkovitih metod za implementacijo tega koncepta še ni. To je tehnološko težka naloga, zato je trenutno glavni poudarek še vedno na načinih optimizacije človekovih dejavnosti v vesolju.
Sklep
Eden od radikalnih načinov za reševanje težav z vesoljskimi odpadki je popolnoma prenehati izstreljevati orbitalne postaje in satelite, dokler se ne pojavijo novi in cenovno dostopnejši načini čiščenja okolja blizu Zemlje. A ta smer je utopična tudi zaradi številnih ekonomskih in tehnoloških razlogov. Kljub temu obstajajo predpogoji za spremembo razmer na bolje. Tudi če pogledate nekaj desetletij nazaj, lahko opazite temeljne spremembe v odnosu osebe do tega problema. Torej, če je bila med delovanjem vesoljske postaje Mir običajna praksa neposreden izpust odpadnih produktov posadke, si je danes tega nemogoče predstavljati. Uvajajo se vedno strožja pravila za regulacijo procesov bivanja v vesolju. To dokazujejo tudi mednarodne konvencije, po katerih so države, ki sodelujejo v vesoljskih dejavnostih, dolžne upoštevati načela zmanjševanja negativnih vplivov na ekološke razmere v okolju blizu Zemlje.
