Belefulladunk az űrszemétbe: mit lehet tenni, hogy ne hulljon a fejünkre?

Az űr, ahogy általában a neve is jelzi, nagyrészt üres. Azonban az emberiség 1957 óta egyre nagyobb teret hasít ki magának ebből az emberi ésszel felfoghatatlan méretű térből. 1957-ben állt pályára az első szatellit, és azóta exponenciálisan nő az űrbeli eszközök, műholdak és más berendezések száma a Föld körüli pályán. Ennek egyenes következményeként az űr Föld körüli része egyre több hulladékkel és űrszeméttel telítődik, ami a tönkrement és elhasznált berendezések alkatrészeiből tevődik össze. Még a legapróbb darabok is ~30.000 km/óra sebességgel száguldanak, és képesek átlyukasztani bármilyen űrrepülő eszközt. Emiatt az űrhulladék egyre komolyabb fenyegetést jelent az aktív űrberendezések számára. Az űrügynökségek éppen ezért kénytelenek jelentős erőforrást az űrszemét nyomon követésére, elkerülésére mialatt újabbnál újabb technikákkal rukkolnak elő, hogy megszabaduljanak tőle.

Megtelt a Föld körüli pálya

A NASA Orbital Debris Program Office (ODPO) szervezet becslése szerint a Föld körül ~500 ezer darab nagy kő méretű törmeléktárgy és kb. 100 millió 1 mm vagy annál kisebb méretű tárgy kering. Ahogy a lenti kép is mutatja alapvetően két fő törmelékmező alakult ki. A törmelék nagy része a alacsony Föld körüli pályának (low-Earth orbit – LEO) nevezett magasságban kering 2000 km alatt. A másik nagy koncentrálódása pedig az űrszemétnek a geoszinkron pályának (GEO) nevezett magasságban helyezkedik el 36.000 km-es magasságban.

Az űrszemét egyik legikonikusabb darabja a Vanguard I szatellit, amely már több mint 60 éve kering a Föld körül, és ezzel az egyik legrégebbi ember alkotta tárgy az űrben. Tele van az űr összetört és felrobbant rakéták darabjaival, amik mára már többnyire veszélytelenek, ugyanis az esetlegesen megmaradt üzemanyaguk régen elszivárgott.

2007-ben Kínát több kritika is érte amiatt, hogy felrobbantották a Fengyun-1C meteorológiai műholdat egy rakétakísérlet során. Ez az eset és egy 2009-es másik esemény, amikor az amerikai kommunikációs műhold az Iridium-33 ütközött össze a már nem működő orosz Kozmosz 2252 műholddal, felelősek az űrtörmelék nagy részéért a föld körüli pályán.

Annak érdekében, hogy az űrrepülőgépeket meg tudják védeni a mikrometeoritoknak is nevezett űrszeméttől, úgynevezett Whipple-pajzsokat szerelnek a berendezésekre. Ez a pajzs több különálló vékony rétegből áll. Ütközés közben a legfelsőbb rétegek felfogják a ‘lövedékeket‘ szétvezetve a kinetikus energiát nagy felületeken.

A nagyobb darabok esetében azonban az űrrepülőgépeknek akár hirtelen manővereket is végre kell hajtaniuk, hogy el tudják kerülni a becsapódást, amelyek felfogására a Whipple-pajzsok már képtelenek. Az ISS – Nemzetközi Űrállomás esetében ilyen manővert akkor rendelnek el, ha a becsapódás esélye nagyobb 1:10.000-nél. Ez általában évente egyszer következik be. 2012-ben azonban rekordszámú négy ilyen műveletet is végre kellett hajtani. Az ilyen típusú manőverek nagyon költségesek, mert csak jelentős extra üzemanyag elégetésével lehet végrehajtani. A NASA mára nyugdíjba vonult űrsiklóit is sokszor záporozták meg ezek a pár centis űrtörmelék felhők, de szerencsére eddig sikerült elkerülni a katasztrofális kimenetelű ütközéseket.

Az űrszemét nyomon követése

Az űrügynökségek rájöttek, hogy a biztonság érdekében az űrszemetet nyilvántartani és nyomon követni kell, hogy a jövőbeli ütközések elkerülhetőek legyenek. Az űrszemét legátfogóbb katalógusát az US Space Surveillance Network (SSN) tartja karban. A katalógus jelenleg több mint 22.000 darab ember alkotta, 10 centiméternél nagyobb Föld körüli pályán keringő objektumot tart nyilván.

A magasságtól és a mérettől függően az objektumokat földi radarokkal és optikai teleszkópokkal is észlelni lehet. Az optikai teleszkópok a tárgyakról visszaverődött napsugarakat képesek lemérni, míg a pontos távolságot lézerradarokkal. A metódus arra épül, hogy lemérik a lézerimpulzus kilövésének és visszatérésének az idejét, ahogy az az objektumok felületéről visszaverődik. Ezt a technikát már régóta használják más területeken, például a műholdakat is így követik nyomon. A bevált praktikák ellenére az űrtörmelék nyomon követése ennél jóval nehezebb feladat, ugyanis a törmelék fényvisszaverődése lényegesen gyengébb. A megoldást csak alkonyat idején lehet alkalmazni, amikor a lézereszköz a Földön még sötétben operál, de a törmelék objektumát az űrben már megvilágítja a felkelő Nap sugara. Szerencsére vannak kísérletek a technológia tökéletesítésére. Osztrák mérnököknek már sikerült ezt a lézeres mérés technikát alkalmazni napközben is, így a jövőben növelni lehet a megfigyelés időablakát, és nem kell a korai alkonyat óráira hagyatkozni.

Élen jár a NASA a takarításban

A NASA Long Duration Exposure Facility (LDEF) szervezete számos szakértőnek jelent megbízható forrást az “űrszemét menedzsmenthez“. Az LDEF eddig 57 tudományos kísérletet végzett, amely azt vizsgálta, hogy milyen hosszútávú hatással jár az űrprogramokra a felgyülemlett törmelék, elektronikai hulladék és biológia anyag maradvány a Föld külső környezetében. A kinyert adatok az olyan űrpajszokról, amelyek hosszabb időn keresztül voltak kitéve űrszemét becsapódásnak, különösen sokat segít a hatékony védekezés kidolgozásában.

A Föld körüli pálya megtisztítása

2002 óta az összes nagyobb űrügynökség egy közösen kialakított eljárásrendet követ annak érdekében, hogy csökkentsék az űrszemét növekedését. A 36.000 km-es magasságú GEO tartományban működő berendezéseket az űrügynökségek kötelesek magasabb keringési tartományba vinni, ha az eszközök befejezték a működésüket vagy a missziójukat. A LEO, azaz a 2000 km alatti régióban pedig az objektumokat vissza kell téríteni a Földre a szolgálati idő lejárta után, vagy gondoskodni kell arról, hogy megsemmisüljenek.

A gravitációs húzás miatt ugyanis a legtöbb Föld körüli pályán keringő törmelék előbb-utóbb visszaesik a Földre. A számítások szerint viszont 800 km magasságban ez akár évtizedekig is eltarthat, míg 1000 km felett akár több évszázadra is szükség van, hogy ez a visszaesés bekövetkezzen. A probléma, hogy jelenleg az emberiség sokkal nagyobb ütemben termeli az űrszemetet, mint ahogy azt képesek vagyunk megsemmisíteni. Ezért a jövőben nem csak csökkenteni kell a szennyezést, hanem el is kell kezdeni az űrt kitakarítani, hiszen egy idő után az űrszemét olyan sűrű lesz, hogy komoly hatása lesz az űrprogramokra és a műholdak működésére. Ezt a szcenáriót a szakma Kessler-szindrómának nevezi, amit egyszerűen megmagyaráz Donald Kessler ebben a videóban:

Takarító-akciók

Már léteznek hivatalos űrprogramok a föld körül keringő szemét eltávolítására. Az egyik ilyen a ClearSpace-1 misszió, amit egy svájci startup, a ClearSpace szervez az Európai Űrügynökség (ESA) támogatásával. A program szerint a hivatalos indulást 2025-re tervezték. A ClearSpace-1 egy robotkar segítségével fogja összeszedni a Vespa (Vega Secondary Payload Adapter) űreszköz darabjait. A Vespa még az ESA egy korábbi missziójából maradt az űrben. A cél, hogy visszatérve a Föld atmoszférájába az űrszemét elégjen. A hosszútávú célja a programnak pedig egy olyan teherűrhajó építése, ami össze tudja szedni a világűr szemetet.

Egy másik megoldási alternatíva, hogy az a lézer, amivel nyomon követik az űrszemét halmazát, felhasználható lenne az űrszemét megsemmisítésére is. Több olyan koncepció is létezik, amely földi vagy űrbeli létesítésű lézerrendszerek segítségével szétlőné a LEO rétegben keringő 1-10 cm nagyságú objektumokat. A lézer elbontaná az anyagot az objektumokból, amelynek így a sebessége lassulna, hamarabb visszaesne és elégne az atmoszférában.

Miután közel (?) visszafordíthatatlan mértékben elszennyeztük a Földet, nem lenne jó, ha ugyanez az űrben is megtörténne. A Kessler-szindrómaként emlegetett űrszemét probléma pedig akár évtizedekkel is visszavetheti a világűrt feltérképezni hivatott tudományos kísérleteket és a kommunikációs technológiák fejlődését. És még csak nem is írtunk a világűr kereskedelmi hasznosításának potenciális veszélyeiről. Az olyan kolosszális űrbeli berendezések, mint az Elon Musk által fejlesztett Starlink, szintén komoly veszélyforrást jelenthetnek, így talán Musknak nem csak a Mars meghódítására, de a kaland során keletkező szemét eltakarítására is időt kellene szánnia.