Vyčištění blízkého vesmíru je mnohem obtížnější, než se na první pohled zdá
Problém znečištění vesmíru znepokojuje celou leteckou a kosmickou komunitu. Takový hypotetický vývoj na nízké oběžné dráze Země, jako je Kesslerův syndrom, který předpovídá vznik vesmírného odpadu mimo kontrolu, rozhýbal i populární média. Je jasné, že je třeba provést základní výzkum, abychom pochopili, jaké nebezpečí je spojeno i s malým fragmentem, a abychom mohli vypočítat, kolik jsme ochotni zaplatit za úklid vesmíru.
Politici, vědci, technici a široká veřejnost si dnes hluboce uvědomují šíření vesmírného odpadu. Díky zásadní práci J-K. Liouville a Nicholas Johnson, publikováni v roce 2006, chápeme, že míra úlomků bude v budoucnosti pravděpodobně nadále stoupat, i když jsou všechna vypouštění zastavena. Důvodem tohoto trvalého růstu jsou srážky, které by měly nastat mezi satelity a raketovými stupni již na oběžné dráze. To je velkým problémem mnoha satelitních operátorů, kteří jsou nuceni přijmout vhodná opatření na ochranu svého majetku.
Někteří odborníci se domnívají, že tyto incidenty budou jen začátkem série kolizí, které téměř znemožní přístup na nízkou oběžnou dráhu Země. Tento jev, který poprvé podrobně popsal konzultant NASA Donald Kessler, se běžně označuje jako Kesslerův syndrom. Realita se ale pravděpodobně bude velmi lišit od podobných předpovědí nebo událostí uvedených v celovečerním filmu „Gravitace“. Výsledky předložené Meziagenturnímu výboru pro koordinaci vesmírných odpadků (IADC) na šesté evropské konferenci na toto téma skutečně naznačovaly očekávaný nárůst úlomků pouze o 30 procent během 200 let s nepřetržitým startem.
Ke kolizím stále dochází, ale realita bude daleko od katastrofického scénáře, kterého se někteří obávají. Růst množství vesmírného odpadu lze snížit na poměrně mírnou úroveň. Návrh IADC má široce šířit a přísně dodržovat pokyny ke zmírňování vesmírných úlomků, zejména pokud jde o neutralizaci zdrojů energie, která by měla být plně rozvinuta do konce letu, a likvidace po skončení letu. Nicméně z hlediska IADC očekávané zvýšení množství odpadu, navzdory pokračujícímu úsilí, stále vyžaduje zavedení dalších opatření pro boj se stávajícími rizikovými faktory.
Žádný pokrok?
Významný zájem o rekultivaci vesmírného prostředí byl zaznamenán devět let po zveřejnění díla Liouville a Johnsona. Po celém světě byly podniknuty kroky zejména k vývoji metod pro odstraňování předmětů z nízké oběžné dráhy Země. Evropská kosmická agentura například nedávno oznámila svůj záměr zajistit vládní podporu pro spuštění evropské kosmické lodi v příštím desetiletí. Agentura provedla řadu studií s cílem určit racionální a spolehlivé způsoby, jak dosáhnout cíle. Klíčovým prvkem plánování byly počítačové modely prostoru trosek, které ukázaly, že růstu trosek lze zabránit odstraněním konkrétních stupňů kosmických lodí nebo raket. V počítačových simulacích jsou tyto objekty identifikovány jako nejnáchylnější ke srážkám, takže po jejich vyjmutí z oběžné dráhy by se měl počet kolizí prudce snížit, což zabrání vzniku nových úlomků v důsledku rozptylu trosek.
Od vydání díla Liouville a Johnsona uplynulo téměř deset let a je překvapivé, že na mezinárodní ani národní úrovni neexistují žádné metodologické principy, které by jasně definovaly opatření k eliminaci následků znečištění prostoru blízkého Země. Navzdory výzvám k akci se zdá, že existuje určitá apatie ohledně vývoje postupu při likvidaci odpadu. Ale je tomu skutečně tak?
Ve skutečnosti není situace tak jednoduchá, jak se zdá. Pokud jde o postup odstraňování vesmírného odpadu, existuje několik zásadních otázek, na které je ještě třeba odpovědět. Obzvláště znepokojivé jsou otázky související s vlastnictvím, odpovědností a transparentností. Například mnoho technologií nabízených k odstraňování trosek lze také použít k odebrání nebo deaktivaci aktivní kosmické lodi. Proto lze očekávat obvinění, že tyto technologie jsou zbraně. Existují také otázky týkající se nákladů na konzistentní program odstraňování odpadků. Někteří technici to odhadovali na desítky bilionů dolarů.
Asi nejdůležitější důvod nedostatku adekvátních metodických principů však spočívá v tom, že ještě nevíme, jak provádět rekultivaci, čímž v praxi rozumíme očistu vesmíru. To ale neznamená, že nevíme, jaké technologie potřebujeme.
Algoritmy pro jednorázové použití již byly prakticky vyvinuty. Skutečný problém vyplývá ze zdánlivě jednoduchého úkolu: určit „správné“úlomky, které mají být odstraněny z oběžné dráhy. A dokud nebudeme moci tento problém vyřešit, zdá se, že nebudeme moci získat zpět prostor.
Hraní trosek
Abychom si uvědomili problematickou povahu řešení tak zdánlivě jednoduchého úkolu, jako je identifikace odpadu, který má být odstraněn, použijeme analogii hry s balíčkem 52 obyčejných hracích karet. V této analogii každá mapa představuje objekt ve vesmíru, který bychom mohli chtít odstranit, abychom zabránili kolizi. Poté, co jsou karty rozdány, položíme každou kartu jednotlivě lícem dolů na stůl. Naším cílem nyní je pokusit se identifikovat esa a odstranit je ze stolu, protože tyto karty představují satelity nebo jiné velké objekty vesmírných odpadků, které se v budoucnu mohou stát účastníky kolize. Ze stolu můžeme odebrat tolik karet, kolik chceme, ale kdykoli odstraníme jednu kartu, musíme zaplatit 10 USD. Navíc, když se vzdalujeme, nemáme právo se na mapu dívat (pokud bude satelit odstraněn z oběžné dráhy, nemůžeme s jistotou říci, co přesně by se mohlo stát účastníkem kolize). Nakonec musíme zaplatit 100 dolarů za každé eso, které zůstane na stole, což představuje potenciální ztráty způsobené kolizemi zahrnujícími naše satelity (ve skutečnosti se náklady na výměnu satelitu mohou pohybovat od 100 000 do 2 miliard dolarů).
Jak můžeme tento problém vyřešit? Na zadní straně jsou všechny karty stejné, takže neexistuje způsob, jak zjistit, kde jsou esa, a jediný způsob, jak se ujistit, že jsme vymazali všechna esa, je vymazat všechny karty ze stolu. V našem případě to bude stát maximálně 520 $. Ve vesmíru se potýkáme se stejným problémem: nevíme přesně, které objekty mohou být účastníky srážek, ale je příliš nákladné je všechny odstranit, takže si musíme vybrat. Předpokládejme, že jsme se rozhodli: odebrat jednu kartu v hodnotě 10 $, jaká je pravděpodobnost, že jsme odstranili eso? Pravděpodobnost, že karta je esem, je čtyři dělitelná 52, jinými slovy zhruba 0, 08 nebo 8 procent. Pravděpodobnost, že karta není esem, je tedy 92 procent. Je pravděpodobné, že jsme promrhali svých 10 $.
Co se stane, když tentokrát vezmeme druhou kartu (což nás bude stát dalších 10 $)? Pravděpodobnost, že druhá karta je esem, závisí na tom, zda první karta byla esem. Pokud by tomu tak bylo, pak pravděpodobnost, že druhá karta je také esem, je dělena třemi 51 (protože nyní jsou v balíčku pouze tři esa, která se snížila o jednu kartu). Pokud první karta není esem, pak je pravděpodobnost, že druhá karta je esem, dělena čtyřmi 51 (protože v menším balíčku jsou stále čtyři esa).
Tuto metodu můžeme použít ke stanovení pravděpodobnosti, že jsme odstranili obě esa - jednoduše vynásobíme pravděpodobnosti, abychom našli odpověď: 4/52 krát 3/51, což nám dává pravděpodobnost 0,0045 nebo 0,45 procenta v hodnotě 20 $ za dvě karty odstraněny. Ne moc povzbudivé.
Můžeme však také určit pravděpodobnost odstranění alespoň jednoho z es. Po vylosování dvou karet existuje 15procentní šance, že jsme úspěšně odstranili alespoň jedno eso. Zní to slibněji, ale šance na to také nyní není příliš dobrá.
Ukazuje se, že abychom zvýšili šance na tažení alespoň jednoho esa, musíme odstranit více než devět karet (v hodnotě 90 $) nebo více než 22 karet (v hodnotě 220 $), pokud si chceme být jisti 90 procenty že jsme odstranili jedno z es. I kdybychom uspěli, tři esa jsou stále na stole, takže celkem musíme stále zaplatit 520 $, což je shodou okolností stejná částka, jakou jsme museli zaplatit, kdybychom vybrali možnost s odstraněním. Všechny karty.
Hry skončily
Když se vrátíme z naší analogie zpět do skutečného vesmírného prostředí, zdá se, že situace je více alarmující. V současné době je na oběžné dráze pomocí americké sítě vesmírných pozorovacích stanic sledováno přibližně 20 000 objektů, přičemž zhruba šest procent těchto objektů váží více než jednu tunu, což by se hypoteticky mohlo zúčastnit srážky a které bychom možná chtěli odstranit …. V analogii karet je náš problém v tom, že zadní strana všech karet je stejná a pravděpodobnost, že jedna je pikové eso, je stejná jako pravděpodobnost, že druhá je také esem. Neexistuje žádný způsob, jak identifikovat požadované karty a odstranit je ze stolu. Ve skutečnosti jsou naše šance vyhnout se kolizi mnohem vyšší než v karetní hře, protože na oběžné dráze můžeme vidět pravděpodobnost, že se některé objekty dostanou do kolize, a můžeme na ně zaměřit naši pozornost. Například objekty, které jsou na hustě obydlených oběžných drahách, jako jsou heliosynchronní ve výškách mezi 600 a 900 kilometry, budou s největší pravděpodobností zapojeny do kolizí v důsledku přetížení v této zóně. Pokud zaměříme svoji pozornost na podobné objekty (a ostatní na podobně přetížené oběžné dráhy) a vezmeme v úvahu předpovědi možnosti jejich kolize, ukazuje se, že musíme odstranit asi 50 objektů, abychom snížili očekávaný počet katastrofických srážek o pouze jedna jednotka, což vyplývá z výsledků výzkumu provedeného členy kosmické agentury IADC.
A ukazuje se, že i když lze pomocí jedné čistší kosmické lodi odstranit několik objektů (a pět cílů se zdá být všestrannou alternativou), mnoho letů - často náročných a ambiciózních - musí být provedeno pouze za účelem zabránění jedné kolizi.
Proč nejsme schopni přesněji předpovědět pravděpodobnost kolizí a odstranit pouze ty předměty, o kterých víme, že budou nebezpečné? Existuje mnoho parametrů, které mohou ovlivnit trajektorii satelitu, včetně orientace satelitu, ať už se jedná o nestálý pohyb nebo kosmické počasí (které může ovlivnit odpor, který zažívají satelity). I malé chyby v počátečních hodnotách mohou vést k velkým nesrovnalostem ve výsledcích výpočtu polohy satelitu ve srovnání s realitou, a to po relativně krátké době. Ve skutečnosti používáme stejnou techniku jako prognostici: používáme modely ke generování pravděpodobnosti konkrétních výsledků, ale ne skutečnosti, že tyto výsledky budou někdy získány.
Máme tedy technologie, které lze příležitostně použít k odstranění vesmírného odpadu. Tuto pozici zaujala Evropská vesmírná agentura se svou plánovanou misí e. Deorbit, ale stále existují problémy, které je třeba vyřešit, aby bylo možné identifikovat nejvhodnější objekty k odstranění. Tyto problémy je třeba řešit dříve, než budou zájemcům o přípravu dlouhodobého programu odstraňování vesmírného odpadu, který je nezbytný pro efektivní sanaci životního prostředí, k dispozici potřebné pokyny a metodologické zásady.
Metodologické zásady týkající se konkrétních lokalit, jejich počtu, požadavků a omezení jsou zásadní pro zvýšení pravděpodobnosti, že úsilí o nápravu životního prostředí bude účinné a užitečné. Abychom vyvinuli takové metodické principy, musíme přehodnotit naše nepřiměřená očekávání příznivého výsledku.