Wszystkie kosmiczne śmieci są już możliwe do wykrycia

Operatorzy satelitów i statków kosmicznych mogą wreszcie być w stanie wykrywać wszystkie kosmiczne śmieci krążące wokół Ziemi, korzystając z podejścia zaproponowanego przez naukowców z Uniwersytetu Michigan.

Jak wykryć kosmiczne śmieci?

„Obecnie wykrywamy śmieci kosmiczne, szukając obiektów, które odbijają światło lub sygnały radarowe. Im mniejsze stają się obiekty, tym trudniej jest uzyskać światło słoneczne lub sygnały radarowe wystarczająco silne, aby wykryć je z ziemi”– mówi Nilton Renno, główny badacz z zespołu Uniwersytetu Michigan i profesor nauk o klimacie i kosmosie oraz inżynierii lotniczej i kosmicznej.

Obecnie obiekty większe niż piłka nożna są jedynymi możliwymi do śledzenia fragmentami kosmicznego złomu, a stanowią one mniej niż 1 proc. z prawie 170 milionów wszystkich śmieci pozostałych po startach rakiet, spacerach kosmicznych i niedziałających satelitach. Jednak nowa metoda może wykrywać szczątki o średnicy mniejszej niż jeden milimetr.

Nowe badania są częścią większego projektu – Intelligence Advanced Research Projects Activity’s Space Debris Identification and Tracking Program. Jest prowadzony przez wykonawcę wojskowego Blue Halo i University of Alaska Fairbanks.

Dlaczego kosmiczne śmieci są niebezpieczne?

Kosmiczne śmieci są niezwykle niebezpieczne, ponieważ przy prędkości orbitalnej wynoszącej ponad 35 tys. kilometrów na godzinę, kawałek metalu wielkości śliwki może stale wyłączyć satelitę z eksploatacji. Nawet mniejsze odłamki mogą uszkodzić statki kosmiczne, więc ich śledzenie ma kluczowe znaczenie dla satelitów i statków kosmicznych, które muszą podejmować działania unikowe.

Orbita Ziemi staje się coraz bardziej zaśmiecona, co znacznie utrudnia ochronę satelitów. Kosmiczne śmieci często zderzają się ze sobą, w wyniku czego większe fragmenty rozpadają się na małe, niewykrywalne kawałki. Niektórzy eksperci obawiają się, że ilość śmieci kosmicznych może rosnąć wykładniczo w miarę zderzania się poszczególnych fragmentów, ostatecznie siejąc spustoszenie w infrastrukturze, na której polegamy w zakresie GPS, telefonii komórkowej i monitorowania pogody.

Choć potencjalnie katastrofalne, kolizje między kosmicznymi śmieciami mogą okazać się najlepszym sposobem na ich śledzenie. Kiedy małe kawałki kosmicznych śmieci zderzają się, rozpadają się na drobne fragmenty, z których część odparowuje w naładowany gaz z powodu ciepła generowanego przez uderzenie.

„Kiedy chmura naładowanego gazu i fragmentów śmieci rozszerza się, tworzy piorunujące wybuchy energii, podobne do sygnałów wytwarzanych przez iskry statyczne, które pojawiają się po potarciu świeżo wypranego koca” – mówi Mojtaba Akhavan-Tafti, inżynier zajmujący się klimatem i technologią kosmiczną.

Po początkowym wybuchu energii, naładowane stałe fragmenty odłamków mogą wytwarzać impulsy pola elektrycznego, gdy znajdują się wystarczająco blisko siebie, wytwarzając dodatkowe impulsy przypominające błyskawice. Te sygnały elektryczne trwają zaledwie ułamek sekundy, ale mogą pomóc w śledzeniu fragmentów kosmicznych śmieci i chmur mikroskopijnych fragmentów, które tworzą się podczas zderzenia odłamków.

Zderzenia sygnalizujące śmieci w kosmosie

Zgodnie z najnowszymi symulacjami komputerowymi przeprowadzonymi przez naukowców, gdy dwa kawałki aluminium zderzają się przy prędkościach orbitalnych, emitują impuls elektryczny wystarczająco silny, aby 26-metrowa antena z wysokiej jakości odbiornikiem radiowym mogła go wykryć z powierzchni Ziemi. Impulsy pola elektrycznego powinny być również wykrywalne przez bardziej czułe matryce radiowe, takie jak Deep Space Network NASA.

Wciąż jednak pozostaje wiele do zrobienia. Częstotliwość sygnałów elektrycznych może się różnić w zależności od prędkości zderzenia i tego, z czego wykonane są szczątki, co może skomplikować ich wykrycie. Aby były możliwe do wykrycia, sygnały elektryczne, muszą być silniejsze niż sygnały tła instrumentu naziemnego i przechodzić przez górną atmosferę Ziemi.

Naukowcy planują udoskonalić system wykrywania przeprowadzając dodatkowe symulacje komputerowe, mierzące rzeczywiste sygnały za pomocą Deep Space Network NASA oraz analizując dane z eksperymentów hiperprędkości w Naval Research Laboratory i NASA Ames Research Center. Korzystając z laserów w tych placówkach, badacze będą mogli wystrzeliwać różne rodzaje śmieci w cele w zakresie prędkości orbitalnych i mierzyć charakterystykę emisji elektrycznej wynikającej z uderzenia.

Przyszłość

Jeśli takie eksperymenty ujawnią sposób wykrywania szerokiego zakresu sygnałów elektrycznych generowanych podczas zderzeń fragmentów odpadów, mogą one określić nie tylko, gdzie znajdują się kosmiczne śmieci, ale także jak wyglądają i z czego są wykonane.

„Chcemy wiedzieć, czy obiekt jest twardy czy miękki, ponieważ będzie to miało wpływ na jego orbitowanie i to, jak bardzo może być szkodliwy” – dodaje Akhavan-Tafti.

Emil Gołoś