Problém znečistenia vesmíru znepokojuje celú leteckú a kozmickú komunitu. Takýto hypotetický vývoj na nízkej obežnej dráhe Zeme, ako napríklad Kesslerov syndróm, ktorý predpovedá vznik vesmírneho odpadu mimo kontroly, rozhýbal dokonca aj populárne médiá. Je zrejmé, že je potrebný zásadný výskum, aby sa pochopilo, aké nebezpečenstvo predstavuje aj malý fragment, a aby sa dalo vypočítať, koľko sme ochotní zaplatiť za vyčistenie vesmíru.
Politici, vedci, technici a široká verejnosť si dnes hlboko uvedomujú šírenie vesmírneho odpadu. Vďaka zásadnej práci J-K. Liouville a Nicholas Johnson, publikované v roku 2006, chápeme, že miera trosiek bude v budúcnosti pravdepodobne naďalej rásť, aj keď budú všetky štarty zastavené. Dôvodom tohto trvalého rastu sú kolízie, ktoré by mali nastať medzi satelitmi a raketovými stupňami, ktoré sú už na obežnej dráhe. To znepokojuje mnohých satelitných operátorov, ktorí sú nútení prijať primerané opatrenia na ochranu svojho majetku.
Niektorí odborníci sa domnievajú, že tieto incidenty budú len začiatkom série kolízií, ktoré takmer znemožnia prístup na nízku obežnú dráhu Zeme. Tento jav, ktorý prvýkrát podrobne popísal konzultant NASA Donald Kessler, sa bežne označuje ako Kesslerov syndróm. Realita sa však pravdepodobne bude veľmi líšiť od podobných predpovedí alebo udalostí uvedených v celovečernom filme „Gravitácia“. Výsledky predložené medziagentúrnemu koordinačnému výboru pre vesmírny odpad (IADC) na šiestej európskej konferencii na túto tému skutočne naznačujú očakávaný nárast úlomkov iba o 30 percent za 200 rokov pri nepretržitom vypúšťaní.
Kolízie stále budú, ale realita bude ďaleko od katastrofického scenára, ktorého sa niektorí obávajú. Rast množstva vesmírneho odpadu je možné znížiť na celkom skromnú úroveň. Cieľom návrhu IADC je rozsiahle šírenie a prísne dodržiavanie usmernení o zmierňovaní vesmírneho odpadu, najmä pokiaľ ide o neutralizáciu zdrojov energie, ktorá by mala byť v plnom rozsahu vyvinutá do konca letu, a likvidácia po ukončení letu. Napriek tomu si z hľadiska IADC očakávané zvýšenie množstva odpadu napriek prebiehajúcemu úsiliu stále vyžaduje zavedenie dodatočných opatrení na boj proti existujúcim rizikovým faktorom.
Žiadny pokrok?
Významný záujem o rekultiváciu vesmírneho prostredia bol zaznamenaný deväť rokov po vydaní diela Liouville a Johnsona. Po celom svete boli podniknuté kroky predovšetkým k vývoju metód na odstraňovanie predmetov z nízkej obežnej dráhy Zeme. Európska vesmírna agentúra napríklad nedávno oznámila svoj zámer zaistiť vládnu podporu na štart európskej kozmickej lode v nasledujúcom desaťročí. Agentúra vykonala množstvo štúdií s cieľom určiť racionálne a spoľahlivé spôsoby, ako dosiahnuť cieľ. Kľúčovým prvkom plánovania boli počítačové modely vesmíru sutín, ktoré ukázali, že rastu odpadu je možné zabrániť odstránením konkrétnych stupňov kozmických lodí alebo rakiet. V počítačových simuláciách sú tieto objekty identifikované ako najnáchylnejšie na kolízie, preto by sa po ich odstránení z obežnej dráhy mal počet zrážok prudko znížiť, čo zabráni vzniku nových úlomkov v dôsledku rozptylu trosiek.
Od zverejnenia práce Liouvilleho a Johnsona uplynulo takmer desať rokov a je prekvapujúce, že na medzinárodnej alebo národnej úrovni neexistujú žiadne metodické zásady, ktoré by jasne definovali opatrenia na odstránenie následkov znečistenia vesmíru v blízkosti Zeme. Napriek výzve na akciu sa zdá, že existuje určitá apatia na vývoj postupu zneškodňovania odpadkov. Je to však skutočne tak?
V skutočnosti situácia nie je taká jednoduchá, ako sa zdá. Pokiaľ ide o postup odstraňovania vesmírneho odpadu, existuje niekoľko zásadných otázok, na ktoré je stále potrebné zodpovedať. Osobitne znepokojujúce sú otázky súvisiace s vlastníctvom, zodpovednosťou a transparentnosťou. Napríklad mnohé z technológií ponúkaných na odstraňovanie odpadkov je možné použiť aj na odstránenie alebo deaktiváciu aktívnej kozmickej lode. Preto možno očakávať obvinenia, že tieto technológie sú zbrane. Existujú tiež otázky týkajúce sa nákladov na dôsledný program likvidácie odpadu. Niektorí technici to odhadli na desiatky biliónov dolárov.
Asi najdôležitejší dôvod nedostatku adekvátnych metodických princípov však spočíva v tom, že ešte nevieme, ako uskutočniť rekultiváciu, pod ktorou v praxi rozumieme čistenie vesmíru. To však neznamená, že nevieme, aké technológie potrebujeme.
Algoritmy na jednorazové použitie už boli prakticky vyvinuté. Skutočný problém vyplýva zo zdanlivo jednoduchej úlohy: určiť „správne“úlomky, ktoré sa majú z obežnej dráhy odstrániť. A kým nebudeme môcť tento problém vyriešiť, zdá sa, že priestor nebudeme môcť získať späť.
Hranie vrakov
Aby sme si uvedomili problematickú povahu riešenia tak zdanlivo jednoduchej úlohy, ako je identifikácia odpadu, ktorý sa má odstrániť, použijeme analógiu hry s balíčkom 52 bežných hracích kariet. V tejto analógii každá mapa predstavuje objekt vo vesmíre, ktorý by sme chceli odstrániť, aby sme predišli kolízii. Potom, čo sú karty rozdané, položíme každú kartu jednotlivo lícom nadol na stôl. Našim cieľom je teraz pokúsiť sa identifikovať esá a odstrániť ich zo stola, pretože tieto karty predstavujú satelity alebo iné veľké objekty vesmírneho odpadu, ktoré sa v budúcnosti môžu stať účastníkmi kolízie. Zo stola môžeme odstrániť ľubovoľný počet kariet, ale vždy, keď odstránime jednu kartu, musíme zaplatiť 10 dolárov. Navyše, keď sa vzďaľujeme, nemáme právo sa na mapu pozerať (ak bude satelit odstránený z obežnej dráhy, nemôžeme s určitosťou povedať, čo presne by sa mohlo stať účastníkom kolízie). Nakoniec musíme zaplatiť 100 dolárov za každé eso, ktoré zostane na stole, čo predstavuje potenciálne straty vyplývajúce z kolízií s účasťou našich satelitov (v skutočnosti sa náklady na výmenu satelitu môžu pohybovať od 100 000 do 2 miliárd dolárov).
Ako môžeme tento problém vyriešiť? Na opačnej strane sú všetky karty rovnaké, takže neexistuje spôsob, ako zistiť, kde sú esá, a jediný spôsob, ako sa uistiť, že sme vymazali všetky esá, je vymazať všetky karty zo stola. V našom prípade to bude stáť maximálne 520 dolárov. Vo vesmíre čelíme rovnakému problému: nevieme presne, ktoré objekty môžu byť účastníkmi kolízií, ale odstrániť všetky ich je príliš nákladné, takže si musíme vybrať. Predpokladajme, že sme sa rozhodli: Odstrániť jednu kartu v hodnote 10 dolárov, aká je pravdepodobnosť, že sme odstránili eso? Pravdepodobnosť, že karta je eso, je štyri deliteľné číslom 52, inými slovami zhruba 0, 08 alebo 8 percent. Pravdepodobnosť, že karta nie je esom, je teda 92 percent. Toto je pravdepodobnosť, že sme vyhodili svojich 10 dolárov.
Čo sa stane, ak tentoraz vezmeme druhú kartu (čo nás bude stáť ďalších 10 dolárov)? Pravdepodobnosť, že druhá karta je eso, závisí od toho, či bola prvá karta esom. Ak by to tak bolo, potom pravdepodobnosť, že aj druhá karta je eso, je tri delené 51 (pretože teraz sú v balíčku iba tri esá, ktoré sa znížili o jednu kartu). Ak prvá karta nie je eso, potom pravdepodobnosť, že druhá karta je eso, je delená štyrmi 51 (pretože v menšom balíčku sú stále štyri esá).
Túto metódu môžeme použiť na určenie pravdepodobnosti, že sme odstránili obe esá - jednoducho vynásobíme pravdepodobnosti a nájdeme odpoveď: 4/52 krát 3/51, čo nám dáva pravdepodobnosť 0,0045 alebo 0,45 percenta v hodnote 20 dolárov za dve karty odstránený. Nie veľmi povzbudzujúce.
Môžeme však tiež určiť pravdepodobnosť odstránenia aspoň jedného z es. Po vytiahnutí dvoch kariet je 15 -percentná šanca, že sme úspešne odstránili aspoň jedno eso. Znie to sľubnejšie, ale ani teraz nie sú šance veľmi dobré.
Ukazuje sa, že aby sme zvýšili šance na vytiahnutie aspoň jedného z es, musíme odstrániť viac ako deväť kariet (v hodnote 90 dolárov) alebo viac ako 22 kariet (v hodnote 220 dolárov), ak si chceme byť istí na 90 percent že sme odstránili jedno z es. Aj keď sa nám to podarí, tri esá sú stále na stole, takže celkovo musíme stále zaplatiť 520 dolárov, čo je zhodou okolností rovnaká čiastka, akú sme museli zaplatiť, ak by sme vybrali možnosť s odstránením. Všetky karty.
Hry sa skončili
Keď sa vrátime z našej analógie späť do skutočného vesmírneho prostredia, situácia sa zdá byť alarmujúcejšia. V súčasnej dobe je na obežnej dráhe pomocou americkej siete vesmírnych pozorovacích staníc sledovaných približne 20 000 predmetov, pričom asi šesť percent týchto predmetov váži viac ako jednu tonu, ktoré by sa hypoteticky mohli zúčastniť zrážky a ktoré by sme možno chceli odstrániť …. V analógii karty je náš problém v tom, že zadná strana všetkých kariet je rovnaká a pravdepodobnosť, že jedna je pikové eso, je rovnaká ako pravdepodobnosť, že druhá je tiež esom. Neexistuje žiadny spôsob, ako identifikovať požadované karty a odstrániť ich zo stola. V skutočnosti sú naše šance vyhnúť sa kolízii oveľa vyššie ako v kartovej hre, pretože na obežnej dráhe vidíme pravdepodobnosť, že sa niektoré objekty zúčastnia kolízií a môžeme na ne zamerať svoju pozornosť. Napríklad objekty, ktoré sa nachádzajú na husto osídlených dráhach, ako sú heliosynchrónne, vo výškach medzi 600 a 900 kilometrami, sú s najväčšou pravdepodobnosťou zapojené do kolízií kvôli preťaženiu v tejto zóne. Ak zameriame svoju pozornosť na podobné objekty (a ostatné na podobne preťažené dráhy) a vezmeme do úvahy predpovede možnosti ich kolízie, ukáže sa, že musíme odstrániť asi 50 objektov, aby sme znížili očakávaný počet katastrofických kolízií o iba jeden celok, čo vyplýva z výsledkov výskumu, ktoré vykonali členovia vesmírnej agentúry IADC.
A ukazuje sa, že aj keď je jednou čistšou kozmickou loďou možné odstrániť niekoľko predmetov (a päť cieľov sa zdá byť všestrannou alternatívou), mnoho letov - často náročných a ambicióznych - je potrebné vykonať iba s cieľom zabrániť jednej kolízii.
Prečo nie sme schopní presnejšie predpovedať pravdepodobnosť kolízií a odstrániť iba tie objekty, o ktorých vieme, že budú nebezpečné? Existuje mnoho parametrov, ktoré môžu ovplyvniť trajektóriu satelitu vrátane orientácie satelitu, či už ide o nepravidelný pohyb alebo vesmírne počasie (ktoré môže ovplyvniť odpor, ktorý zaznamenávajú satelity). Aj malé chyby v počiatočných hodnotách môžu viesť k veľkým rozdielom vo výsledkoch výpočtu polohy satelitu v porovnaní s realitou a po relatívne krátkom období. V skutočnosti používame rovnakú techniku ako prognostici: pomocou modelov generujeme pravdepodobnosť konkrétnych výsledkov, ale nie skutočnosť, že tieto výsledky niekedy získame.
Máme teda technológie, ktoré možno príležitostne použiť na odstránenie vesmírneho odpadu. Toto je postoj Európskej vesmírnej agentúry k ich plánovanej misii e. Dorbit, ale stále existujú problémy, ktoré je potrebné vyriešiť, aby sa identifikovali najvhodnejšie objekty na odstránenie. Tieto problémy sa musia vyriešiť skôr, ako budú potrebné usmernenia a metodické zásady k dispozícii záujemcom o prípravu dlhodobého programu odstraňovania vesmírneho odpadu, ktorý je zásadný pre účinnú sanáciu životného prostredia.
Metodologické zásady z hľadiska konkrétnych lokalít, ich počtu, požiadaviek a obmedzení sú nevyhnutné na zvýšenie pravdepodobnosti, že úsilie o nápravu životného prostredia bude účinné a užitočné. Aby sme mohli vyvinúť tieto metodologické zásady, musíme prehodnotiť naše neprimerané očakávania priaznivého výsledku.
