Ile satelitów pomieści przestrzeń nad Ziemią?
W ostatnim półroczu satelity Starlink wykonały ok. 150 tys. manewrów, by uniknąć kolizji. Wkrótce na niską orbitę okołoziemską trafią dziesiątki tysięcy kolejnych satelitów. Nadmierne zatłoczenie może budzić obawy, ale nadal miejsca jest sporo – ocenia dr Tomasz Barciński z CBK PAN.
Niska orbita okołoziemska
.Niska orbita okołoziemska (ang. Low Earth Orbit, w skrócie LEO) to obszar na wysokości od 200 do 2000 km nad Ziemią. To tu odbywa się większość lotów załogowych. Po LEO krąży m.in. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS). Obiekty poruszające się po niskiej orbicie mają prędkość ok. 27 400 km/h (8 km/s) i okrążają Ziemię w ciągu ok. 90 minut.
W związku z rosnącą liczbą satelitów na LEO rodzi się m.in. pytanie o to, jaki jest limit zapełniania orbity i czy się do niego zbliżamy.
– To jest dobre pytanie, ale trudno o jednoznaczną odpowiedź. Jeśli wzięlibyśmy pod uwagę skrajny przypadek, w którym zakładamy uniknięcie jakichkolwiek kolizji, bez konieczności manewrowania satelitami, to już przekroczyliśmy ten limit. Dochodzi bowiem do zderzeń. Jednak jeśli dopuścimy pewne nieduże ryzyko kolizji i opcję manewrowania satelitami, sytuacja diametralnie się zmienia – mówi dr Barciński, specjalista z Centrum Badań Kosmicznych PAN.
Jak opisuje, to tak jakby porównać miasto, w którym kierowcy nie patrzą, jak jadą, a my chcemy uniknąć wypadków, z miastem, gdzie każdy kierowca jest dobrze przeszkolony i przyjmujemy, że czasami wypadki się zdarzają.
– Trudno z całą pewnością powiedzieć, czy mamy jeszcze na orbicie dużo miejsca, czy mało. Nie ma tutaj jednoznacznych eksperckich opinii. Jednak zakładając pewne nieduże ryzyko i zastosowanie różnych technologii, wydaje się, że mamy do wykorzystania nadal wielki orbitalny ocean – wyjaśnia dr Barciński.
Zastrzega, że na razie nie grozi nam niebezpieczna reakcja łańcuchowa, znana jako efekt Kesslera. Polega on na tym, że kosmiczne śmieci zderzają się ze sobą i rozbijają, w wyniku czego powstają ciągle nowe i coraz mniejsze szczątki.
– To jest pewnego rodzaju teoretyczna możliwość, w której zderzenia czy eksplozje na orbicie powodują powstanie odpadków rozbijających kolejne satelity i inne obiekty; i tworzących kolejne śmieci. Powstaje wtedy efekt lawiny, która z czasem doprowadza do zapełnienia całej orbity fragmentami rozbitych satelitów i innych obiektów. Na razie takiego procesu nie zauważamy, ale jest możliwe, że jesteśmy po prostu na bardzo wczesnym etapie tego zjawiska. Wtedy jeszcze przez długi czas niczego nie będzie widać, a potem ruszy reakcja łańcuchowa nie do zatrzymania – opisuje ekspert.
– Żeby wtedy nadal działać na orbicie, musielibyśmy opracować jakieś zupełnie nieznane teraz technologie albo wytwarzać pancerne satelity i stacje – dodaje.
Niska orbita stałaby się wtedy nieprzydatna dla ludzkości na długi czas.
– Orbita oczyści się sama. Na LEO znajduje się jeszcze trochę cząsteczek powietrza z atmosfery, które wyhamowują wszystkie obiekty i powodują ich wejście w atmosferę. To jednak trwa długo. Takie oczyszczanie orbity trwałoby zapewne dziesięciolecia. Tymczasem nasza cywilizacja już dzisiaj jest bardzo uzależniona od satelitów – podkreśla specjalista.
Jak satelity unikają kolizji
.Aby uniknąć problemów i zapewnić płynne działanie coraz liczniejszej floty orbitalnych obiektów, kluczowe będą odpowiednie technologie.
– Większość unikowych manewrów satelitów nie wpływa na funkcjonowanie tych urządzeń. Takie zdarzenia są dla nas, można powiedzieć, przezroczyste – mówi dr Barciński.
Na orbicie mamy też do czynienia z tzw. śmieciami kosmicznymi, które powstają głównie z rozpadu satelitów czy części rakiet, fachowo zwanego fragmentacją.
– Mowa o zderzeniach, ale także eksplozjach. Część rakiety, w której znajduje się jeszcze paliwo, może wybuchnąć. Eksplodować może nawet bateria w satelicie. Takie sytuacje są dużo częstsze niż kolizje. Zarówno w czasie zderzenia, jak i eksplozji powstaje chmura fragmentów danego obiektu, która kształtem przypomina trochę pierścienie saturna. Duża część śmieci jest monitorowana z Ziemi, ale nie da się tego zrobić ze wszystkimi, ponieważ część z nich jest zbyt mała. Dodatkowo niektóre satelity mogą obserwować samodzielnie przestrzeń wokół siebie i w razie potrzeby przeprowadzać odpowiednie manewry – tłumaczył.
Jednym z kluczowych elementów utrzymania orbity w stanie przydatnym do użytku będzie deorbitacja zużytych satelitów.
– Aby zmniejszyć zatłoczenie niskiej orbity okołoziemskiej i związane z nim zagrożenie, podpisano już odpowiednie porozumienia, które określają koniec życia każdego wysyłanego na orbitę obiektu. Muszą one albo ulec deorbitacji, albo – jeśli mają wystarczająco dużo paliwa – wznieść się na bardzo wysoko położoną tzw. orbitę cmentarną – mówił dr Barciński.
Zatłoczenie LEO oznacza także wzrost ryzyka dla stacji kosmicznych, jak ISS.
– Satelity znajdują się zwykle na wysokości ok. 500-600 km, ISS na wysokości ok. 400 km, a chińska stacja Tiangong jeszcze trochę niżej. Jednak problem może pojawić się, gdy tysiące znajdujących się trochę wyżej satelitów będzie kończyć swój żywot. Stacje będą więc także musiały częściej wykonywać manewry unikowe – wyjaśnił ekspert.
Rozważane są jeszcze inne podejścia do problemu.
– Prowadzi się też prace nad wykorzystaniem orbit jeszcze niższych niż te, na których znajdują się stacje kosmiczne. Tutaj jednak tarcie o atmosferę jest już relatywnie silne. Do tego mocno się ono zmienia zależnie od aktywności słonecznej, co oznacza duże niestabilności. Myśli się też o tzw. pseudosatelitach – mowa np. o samolotach szybujących na bardzo dużej wysokości. Mogą one unosić się przez długi czas nad danym obszarem i pełnić funkcję satelitów. Kolejnych technologii, które pomogą zabiezpieczyć możliwość działań na orbicie i w jej pobliżu będzie na pewno coraz więcej i będą coraz doskonalsze. Ten wspomniany przeze mnie orbitalny „ocean” będzie się więc dla nas raczej jeszcze długo nadal rozszerzał – mówił dr Barciński.
Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy
.Członek Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Pod koniec swojego życia gwiazda wykonuje gwałtowne oscylacje. W skali setek lub tysięcy lat doznaje gwałtownych rozprężeń, staje się wyraźnie większa i chłodniejsza, a następnie się kurczy. Jej powierzchniowe obszary są przyciągane zbyt słabo i „odlatują” od niej. Rozpad następuje warstwowo. Trwa to przez tysiące lat. Jedyne, co pozostaje, to jądro, biały karzeł złożony z węgla i tlenu, otoczony przez gaz, który powstaje w procesie odpadania warstw”.
„Mniejsze gwiazdy kończą swój żywot na etapie spalania węgla i tlenu. Gwiazdy masywniejsze są tak ciężkie, że w pozostających z nich białych karłach dochodzi do takiego wzrostu temperatury, że nawet tlen i węgiel spalają się i przechodzą w kolejne pierwiastki. Gwiazda staje się czerwonym nadolbrzymem. Na samym końcu tego procesu, bezpośrednio przed eksplozją supernowej, w jej jądrze pojawia się żelazo. Od tego momentu gwiazda nie może generować więcej energii. Po raz kolejny dochodzi do stanu krytycznego w jej życiu – zaczyna się rozpadać”.
„W pewnym momencie w jądrze robi się tak gęsto, że nawet elektrony pełzające wokół atomów żelaza nie mogą już dłużej tego robić. Zaczyna się proces neutronizacji materii. Elektrony wnikają w jądro atomów i zamieniają protony w neutrony. Żelazo zostaje zniszczone – powstaje gwiazda neutronowa”.
„Jądro gwiazdy neutronowej kurczy się i jednocześnie staje się sprężyste. Odbija się od zewnętrznej materii gwiazdy jak piłka. Powoduje to powstanie dużej fali uderzeniowej. Napór materii z zewnątrz jest tak duży, że powoduje zatrzymanie fali uderzeniowej w miejscu, w wyniku czego gwiazda zaczyna się niebywale rozgrzewać. Wskutek tego wybuchowego, deflagracyjnego spalania się powstaje duża część układu okresowego pierwiastków. Materia po śmierci gwiazdy, składająca się z pierwiastków ciężkich, może zasilić nowo powstające gwiazdy i planety”.
„Pierwiastki, z których się składamy, na przykład węgiel, azot i tlen, powstają dzięki śmierci mało masywnych gwiazd, jak nasze Słońce. W wyniku eksplozji supernowej powstaje tlen. Nasze ukochane złoto i srebro są efektem procesu jeszcze rzadszego – „zlania się” dwóch gwiazd neutronowych. Każdy atom węgla, tlenu i azotu w naszym ciele – kiedyś był obecny we wnętrzu gwiazdy. Bez nich nie moglibyśmy zaistnieć. Nasze życie powstało za sprawą gwiazd” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI w tekście „Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy” – cały artykuł [LINK]
PAP/Marek Matacz/eg
