Ουράνια συντρίμμια: Πώς θα περισυλλεγούν τα σκουπίδια του διαστήματος;

Σύνταξη-Επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης

Τα σχέδια για τον καθαρισμό των διαστημικών σκουπιδιών, που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από την γη, εκκολάπτονται.

Οι άνθρωποι τείνουν να αφήνουν τα σκουπίδια πίσω τους όπου κι αν πάνε – και να περιμένουν από άλλους να τα περιμαζέψουν. Αυτό ισχύει ακόμη και στο διάστημα. Το πρόβλημα της τροχιάς των συντριμμιών και ο συνακόλουθος κίνδυνος σύγκρουσης και βλάβης ενός ενεργού και πιθανώς ακριβού δορυφόρου, υπάρχει εδώ και αρκετό καιρό – αλλά επιδεινώνεται γρήγορα. Τα τελευταία τρία χρόνια, ο αριθμός των περιπτώσεων που τα  διαστημικά, αυτά, σκουπίδια ήρθαν, σχεδόν σε σύγκρουση με λειτουργικούς δορυφόρους, έχει σχεδόν διπλασιαστεί.

Αυτός, τουλάχιστον, είναι ο υπολογισμός του Daniel Oltrogge, ενός εμπειρογνώμονα που ασκεί δυο σχετικές δουλειές. Ο κ. Oltrogge είναι σύμβουλος της Space Data Association, ενός βιομηχανικού οργανισμού που τροφοδοτεί πληροφορίες τροχιάς και ελιγμών από πολλούς χειριστές δορυφόρων, σε ένα μοντέλο υπολογιστή που προβλέπει πιθανές συγκρούσεις, έτσι ώστε το διαστημικό σκάφος – ή τουλάχιστον εκείνα που είναι εφοδιασμένα με κατάλληλους προωθητές – να μπορούν να αποφύγουν επικινδυνες τροχιές. Ο κ. Oltrogge είναι επίσης διευθυντής του κέντρου διαστημικών προτύπων και καινοτομίας στην AGI, μια αμερικανική εταιρεία που αναπτύσσει λογισμικό τροχιακής μηχανικής και βοηθά επίσης τους χειριστές δορυφόρων, να παρακάμπτουν τις συγκρούσεις με διαστημικά συντρίμμια.

Μέρος του προβλήματος είναι ο αυξανόμενος αριθμός εκτοξεύσεων. Στις 17 Ιανουαρίου, για παράδειγμα, η Virgin Orbit, μια εταιρεία του Virgin Group που ανήκει στον Richard Branson (που είναι νεοεισερχόμενη στην αγορά) πρόκειται να θέσει σε τροχιά δέκα δορυφόρους, χρησιμοποιώντας πύραυλο που κατασκευάστηκε από ένα τροποποιημένο Boeing 747- 400. Ένα άλλο μέρος του προβλήματος, ωστόσο, είναι ότι κάθε χρόνο, μια ντουζίνα περίπου μεγάλα κομμάτια από συντρίμμια σε τροχιά γύρω από τη Γη κατακερματίζονται. Περίπου οι μισές από αυτές τις εκρήξεις προκαλούνται από ανάφλεξη του εναπομείναντος καυσίμου πυραύλου ή έκρηξη παλιών μπαταριών και δεξαμενών υπό πίεση. Οι υπόλοιπες είναι αποτέλεσμα συγκρούσεων.

Το τελικό αποτέλεσμα είναι μια αλυσίδα συγκρούσεων αντικειμένων που βρίσκονται σε τροχιά. Σε αντίθεση με την φανταστική εκδοχή μιας τέτοιας σύγκρουσης, η οποία σχεδόν σκότωσε την Sandra Bullock, στη ταινία «Gravity» το 2013, η πραγματική πιθανότητα τέτοιων συγκρούσεων αυξάνεται με σχετικά βραδείς ρυθμούς, οπότε υπάρχει ακόμη χρόνος να τις περιορίσουμε. Αλλά αν δεν αναληφθεί δράση σύντομα, τα ασφάλιστρα για δορυφόρους θα διπλασιαστούν, οι δαπάνες για συστήματα παρακολούθησης και αποφυγής σύγκρουσης θα πρέπει να αυξηθούν και ορισμένες τροχιές κινδυνεύουν να γίνουν άχρηστες. Εάν τα πράγματα γίνουν πραγματικά άσχημα, οι αρχές μπορεί ακόμη και να χρειαστεί να λάβουν μέτρα για να περιορίσουν τον αριθμό των εκτοξεύσεων.

Βολές κατάρριψης 

Η διακοπή αυτής της αλυσιδωτής αντίδρασης που δημιουργεί σκουπίδια σε τροχιά απαιτεί να ρίξουμε μέρος του περιττού φορτίου από το διάστημα κάτω στην ατμόσφαιρα της Γης, όπου η  θερμότητα της τριβής επανεισόδου θα το κάψει. Δεν απαιτείται εξονυχιστικό σκούπισμα και θα αρκούσε η αφαίρεση μόλις μιας χούφτας από τα μεγαλύτερα εγκαταλελειμμένα αντικείμενα, κάθε χρόνο. Ακριβώς πόσα, είναι υπό συζήτηση. Ο Yamamoto Toru, του διαστημικού γραφείου της Ιαπωνίας, JAXA, εκτιμά κάπου μεταξύ τριών και επτά. Ο Ted Muelhaupt της Aerospace Corporation των ΗΠΑ, ένα ερευνητικό κέντρο χρηματοδοτούμενο από το κράτος, εκτιμά δώδεκα. Ακόμη και αυτό ακούγεται εφικτό. Εκτός από το γεγονός ότι κανείς δεν ξέρει πώς να το κάνει.

Πρώτα όμως, θα πρέπει οι άνθρωποι να εξασκηθούν. Μία αποστολή πρακτικής εξάσκησης, που έχει προγραμματιστεί για απογείωση τον Μάρτιο, διευθύνεται από την Astroscale, μια εταιρεία που εδρεύει στο Τόκιο. Η Astroscale σχεδιάζει να ξεκινήσει, από το Baikonur Cosmodrome στο Καζακστάν, μια αποστολή που ονομάζεται ELSA-d. Αποτελείται από ένα μητρικό διαστημόπλοιο 175 κιλών που ονομάζεται servicer, και ένα λοβό 17 κιλών  εφοδιασμένο με μια σιδερένια πλάκα σύνδεσης που θα λειτουργήσει ως ομοίωμα στόχου. Εάν όλα πάνε καλά, ο servicer θα εκτινάξει και θα ανακτήσει το λοβό τρεις φορές, σε διαδοχικά πιο δύσκολες δοκιμές, προτού οι προωθητές ωθήσουν ολόκληρο το συγκρότημα σε πύρινη επιστροφή και καταστροφή στην ατμόσφαιρα.

Στην πρώτη δοκιμή, ο servicer θα χρησιμοποιήσει ελατήρια για να σπρώξει το λοβό. Στη  συνέχεια, μόλις είναι δέκα μέτρα μακριά, θα τον πλησιάσει ξανά, θα κλειδώσει πάνω στην πλάκα σύνδεσης, χρησιμοποιώντας ένα βραχίονα εφοδιασμένο με μαγνητική κεφαλή και θα αναδιπλώσει τον βραχίονα τραβώντας τον λοβό πίσω στον servicer. Στην δεύτερη δοκιμή, θα σπρώξει το λοβό τουλάχιστον 100 μέτρα μακριά του πριν αρχίσει να πλησιάζει. Ένας τροχός αντίδρασης και ένα σετ μαγνητικών γεννητριών ροπής θα βάλουν στη συνέχεια το λοβό σε περιστροφή που θα περιλαμβάνει και τους τρεις άξονες κίνησης, με ταχύτητα μισού βαθμού το δευτερόλεπτο.

Αυτή είναι, μια σημαντική μανούβρα – γιατί τα κομμάτια των συντριμμάτων που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από την γη, περιστρέφονται συνήθως με αυτόν τον τρόπο. Μια πραγματική αποστολή περισυλλογής τους, θα πρέπει επομένως να ασχοληθεί με τέτοια περιστρεφόμενα αντικείμενα. Σημάνσεις πάνω στον λοβό θα βοηθήσουν τον servicer να διευκρινίσει με ακρίβεια την κίνηση του θηράματος του. Χρησιμοποιώντας οκτώ προωθητήρες, θα κάνει ελιγμούς έως ότου αυτές οι σημάνσεις που εμφανίζονται στους αισθητήρες του, να είναι ακίνητες. Αυτό σημαίνει ότι η κίνησή του ταιριάζει ακριβώς με εκείνη του περιστρεφόμενου λοβού και ότι η μαγνητική κεφαλή μπορεί συνεπώς να εκδιπλωθει  για να κάνει τη δουλειά της. Στην τρίτη δοκιμή, ο servicer θα χρησιμοποιήσει πρώτα τους προωθητές του για να απομακρυνθεί αρκετά χιλιόμετρα από τον λοβό, τοποθετώντας τον πέρα ​​από το βεληνεκές των αισθητήρων του. Τότε θα αρχίσει να τον αναζητά, όπως θα έπρεπε να συμβαίνει εάν κυνηγούσε ένα πραγματικό εγκαταλελειμμένο διαστημικό σκάφος.

Παρ’ όλες τις τεχνολογικές προόδους που απαιτούνται για αυτές τις δοκιμές, τα πραγματικά διαστημικα συντρίμμια θέτουν μια μεγαλύτερη πρόκληση από αυτά ,των δοκιμών. Π.χ. σε σχέση με το λοβό της Astroscale, λίγα διαστημόπλοια έχουν σχεδιαστεί για να διευκολύνουν την περισυλλογή τους. Επίσης, τα αντικείμενα που πρέπει να απομακρυνθούν, κατά προτεραιότητα, είναι επικίνδυνα βαριά. Ένα διαστημικό σκάφος που υπολογίζει εσφαλμένα, ενώ προσπαθεί να συλλάβει ένα περιστρεφόμενο διαστημικό αντικείμενο, θα μπορούσε να συντριβεί σε άπειρα μικρά κομμάτια, συμβάλλοντας έτσι στο πρόβλημα που υποτίθεται ότι θα έλυνε.

Αντιμετωπίζοντας το θέμα

Η Επίδειξη Εμπορικής Απομάκρυνσης (διαστημικών) Συντριμμιών, ένα σχέδιο της JAXA για την περισυλλογή ενός τεμαχίου ιαπωνικού πυραύλου σε τροχιά γύρω από την Γη, τονίζει αυτές τις δυσκολίες. Προτού μπορέσει να σχεδιαστεί ένα διαστημικό σκάφος με σκοπό να συλλάβει κάποιο εγκαταλελειμμένο ιαπωνικό διαστημικό αντικείμενο που θα επιλεγεί ως στόχος του πειράματος, θα πρέπει να ξεκινήσει μια αποστολή αναγνώρισης για να μελετηθεί  από κοντά. Η JAXA έχει αναθέσει με συμβόλαιο αυτό το μέρος της επίδειξης στην Astroscale, η οποία σχεδιάζει να το κάνει χρησιμοποιώντας ένα σκάφος που ονομάζεται ADRAS-J, και θα εκτοξευθεί σε δύο χρόνια. Για να μετρήσει την κίνηση και τα χαρακτηριστικά ενός τμήματος πυραύλου που μπορεί να ζυγίζει τόνους, το ADRAS-J θα χρειαστεί να το πλησιάσει σε απόσταση λίγων μέτρων. Όταν συλλέξει τα απαραίτητα δεδομένα, θα δώσει τη θέση του σε ένα άλλο διαστημικό σκάφος που θα σχεδιαστεί για να παραλάβει το διαστημικό σκουπίδι, σε μια μεταγενέστερη αποστολή.

Σε αυτήν την περίπτωση, δεν θα χρησιμοποιηθούν μαγνήτες προκειμένου να καθηλώσουν τον στόχο, γιατί τα κανονικά διαστημικά σκάφη δεν περιέχουν σίδερο. Ωστόσο, η χρήση ενός «καμακιού» για τη σύλληψη ενός τέτοιου αντικειμένου μπορεί να είναι εφικτή. Σε μια δοκιμή που διεξήχθη το 2019, η Airbus, ο ευρωπαϊκός γίγαντας της αεροδιαστημικής, εκτίναξε με επιτυχία ένα καμάκι από έναν δορυφόρο σε κομμάτι υλικού επένδυσης σε απόσταση 1.5 μέτρου. Αυτό το κομμάτι, ήταν πάντως συνδεδεμένο μέσω λώρου με τον δορυφόρο. Έτσι, αυτό το πείραμα θεωρήθηκε ως πολύ προκαταρκτικό. Επίσης, ένα καμάκι μπορεί να χάσει τον στόχο ή να αναπήδησει ή – ακόμη χειρότερα – να σπάσει τμήματα του στόχου, που στη συνέχεια θα προστεθούν στην ουράνια σκουπιδογειτονιά.

Μια άλλη επιλογή είναι να εκτιναχθεί ένα δίχτυ. Η Airbus δοκίμασε αυτήν την ιδέα το 2018. Σε αυτή τη δοκιμή το δίχτυ «συνέλαβε, επιτυχώς, έναν μικρο δορυφόρο που είχε ωθηθεί επτά μέτρα από το σκάφος που έριξε το δίχτυ – αν και το δίχτυ δεν ήταν συνδεδεμένο με το μητρικό πλοίο, που επομένως δεν θα μπορούσε να απομακρύνει τον στόχο. Πράγματι, οι λώροι είναι δύσκολα διαχειρίσιμοι στις συνθήκες έλλειψης βαρύτητας του διαστήματος και γι ‘αυτό η Airbus επέλεξε να μην χρησιμοποιήσει λώρο σε αυτό το προκαταρκτικό πείραμα. Μερικοί πάντως, αμφισβητούν πως τέτοιοι «μονομάχοι» του διαστήματος, είναι καλή ιδέα. Ο Chris Blackerby, διευθύνων σύμβουλος της Astroscale, πιστεύει ότι η καλύτερη προσέγγιση θα είναι να σχεδιάσουμε ρομποτικούς βραχίονες που θα περισφίγγουν το περιμετρικό δαχτυλίδι του οχήματος – στόχου (ο αβαθής κύλινδρος που συνδέει το σκάφος με το τμήμα του πυραύλου που το σήκωσε από την Γη ), εάν αυτό εξακολουθεί να είναι άθικτο.

Εάν όλα αυτά λειτουργήσουν, η επίδειξη περισυλλογής διαστημικών συντριμμιών της JAXA, θα αντιμετωπίσει μια τελική πρόκληση. Την ασφαλή εκτέλεση επανεισόδου στην ατμόσφαιρα και τελικά στην Γη. Πολλά κομμάτια του συγκροτήματος συλλαμβάνοντος-συληφθέντος, θα επιβιώσουν από το λιώσιμο που θα προκαλέσει η τριβή με την είσοδο στην ατμόσφαιρα και θα συντριβούν με ορμή στην Γη. Εάν προσκρούσουν σε τυχαίο σημείο, η πιθανότητα ενός ανθρώπινου ατυχήματος θα ξεπεράσει το όριο ενός στα 10.000, που η NASA όρισε ως αποδεκτό επίπεδο κινδύνου το 1995 και το οποίο υιοθετήθηκε από την Ιαπωνία και άλλες χώρες. Επομένως, το συγκρότημα θα πρέπει να τεθεί σε απότομη κατάβαση με στόχο μια ακατοίκητη περιοχή – πιθανώς ένα σημείο του Ειρηνικού Ωκεανού.

Όσον αφορά την πρώτη περισυλλογή και εκκαθάριση πραγματικών διαστημικών συντριμμιών σε τροχιά, θα είναι πιθανότατα μια ευρωπαϊκή υπόθεση. Το 2019, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος ανέθεσε συμβόλαιο στην ClearSpace, μια ελβετική εταιρεία, για να περισυλλέξει ένα κομμάτι από συντρίμμια πυραύλου 100 κιλών που περιστρέφεται γύρω από την  Γη, από το 2013. Αυτή η αποστολή έχει προγραμματιστεί για το 2025. Η ClearSpace σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει ένα σκάφος σύλληψης εφοδιασμένο με τέσσερις ρομποτικούς βραχίονες. Σε αντίθεση με τα καμάκια και τις ρίψεις διχτυού, αυτή η στρατηγική επιτρέπει να γίνουν επαναλαμβανόμενες προσπάθειες σύλληψης του συντριμμιού. Ακόμα κι έτσι, ο Luc Piguet,  διευθύνων σύμβουλος της ClearSpace, αναμένει ότι το διαστημικό σκάφος του θα περάσει τουλάχιστον εννέα μήνες κάνοντας δοκιμές κοντά στον στόχο προτού εξασφαλίσει την περισυλλογή του τμήματος του πυραύλου και στην συνέχεια, επιβραδύνει προκειμένου να αρχίσει την κάθοδο.

Η πληρωμή του λογαριασμού

Η εποχή του επιμελούς καθαρισμού του διαστήματος είναι ακόμη πολύ μακριά. Εκτός από τα τεχνολογικά εμπόδια, η περισυλλογή αυτών των σκουπιδιών θα είναι δαπανηρή. Εκτός από το κόστος της τοποθέτησης σε τροχιά, η ελεγχόμενη επανεισδοχή στην ατμόσφαιρα ενός αντικειμένου απαιτεί καύσιμα, μεγάλους προωθητές και στενή παρακολούθηση από έναν ελεγκτή εδάφους. Αυτά μπορούν να απαιτήσουν εκατομμύρια δολάρια – ίσως περισσότερα από 20 εκατ δολ.- ως τιμή απομάκρυνσης αντικειμένου από τροχιά γύρω από την Γη. Η αποστολή του ClearSpace, για παράδειγμα, μπορεί να κοστίσει έως και 100 εκατομμύρια ευρώ αν και ο κ. Piguet ελπίζει ότι οι επόμενες αποστολές θα είναι φθηνότερες.

Φθηνότερο ή όχι, ωστόσο, το ερώτημα παραμένει, «ποιός θα πληρώσει;». Η καταστροφή του διαστημικού χώρου είναι ένα παράδειγμα εγχειριδίου της τραγωδίας των κοινών, που αντιστοιχεί σε ένα πρόβλημα η λύση του οποίου είναι προς το συμφέρον όλων, αλλά κανείς δεν αναλαμβάνει το βάρος της επίλυσής του, από μόνος του.

Οι λύσεις στις τραγωδίες των κοινών, συνήθως, πρέπει να επιβάλλονται εκ των έξω, συχνά από κυβερνήσεις. Μία ιδέα είναι ένας ειδικός φόρος εκτόξευσης, με τα έσοδα να υποθηκεύονται προκειμένου να πληρώσουν τις εργασίες καθαρισμού του διαστήματος. Μια πιο δημιουργική πρόταση είναι αυτό που ο κ. Muelhaupt αποκαλεί «σύστημα κατάθεσης τύπου μπουκαλιού». Οι χρήστες του διαστήματος θα πληρώνουν μια συνδρομή για κάθε σκάφος που βάζουν σε τροχιά. Εάν δεν καταφέρουν να περισυλλέξουν τον εξοπλισμό τους μετά την ολοκλήρωση της αποστολής του, η δουλειά θα μπορούσε να γίνει από κάποιον άλλο, ο οποίος στη συνέχεια θα εισπράττει την κατάθεση. Αυτό θα ενθάρρυνε τους ανθρώπους να οικοδομήσουν δυνατότητες απομάκρυνσης δορυφόρων από την αρχή, έτσι ώστε οι ουράνιοι καθαριστές να μην χρειάζονται πλέον. Μια τρίτη πρόταση, που έκανε ο Akhil Rao του Middlebury College, στο Vermont, είναι η χρέωση ενοικίου, γνωστού ως τροχιακού τέλους χρήσης, για κάθε εμπορικό δορυφόρο σε τροχιά. Αυτό θα είχε το ίδιο αποτέλεσμα.

Η υποστήριξη για τέτοια προγράμματα αυξάνεται, αν και θα απαιτούσαν τόσο διεθνείς συμφωνίες μεταξύ χωρών με εγκαταστάσεις εκτόξευσης όσο και μηχανισμό επιβολής, για να μη μπορούν παράγοντες εκτός συμφωνίας,  με χαλαρούς κανόνες, να την υπονομεύσουν.

Υπάρχει επίσης ένα άλλο σημείο, άξιο αναφοράς. Όπως σημειώνει ο Jean-Daniel Testé, κάποτε επικεφαλής της κοινής διαστημικής διοίκησης της Γαλλικής Πολεμικής Αεροπορίας, ο εξοπλισμός που αναπτύχθηκε για τον καθαρισμό διαστημικών τροχιών θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την απενεργοποίηση των δορυφόρων. Ο κ. Testé λέει ότι οι εξελίξεις στην τροχιακή ρομποτική που έγιναν από τους αντιπάλους της Γαλλίας (για να μην αναφέρουμε την έλλειψη διεθνούς «διαστημικής χωροφυλακής»), οδηγούν τη χώρα του να σχεδιάσει διαστημόπλοια για την υπεράσπιση των κοινών αλλά και των στρατιωτικών δορυφόρων της.

Ο κ. Testé δεν μπαίνει σε λεπτομέρειες, ωστόσο η υπουργός Ενόπλων Δυνάμεων της Γαλλίας, Florence Parly, αποκάλυψε περισσότερα για τα σχέδια της χώρας της, από ότι οι συνάδελφοι της άλλων χωρών – συμπεριλαμβανομένης της Αμερικής. Προβλέπει ότι η Γαλλία θα λανσάρει ειδικό διαστημικό σκάφος «επιφυλακής» και «ενεργής άμυνας», για την προστασία των περιουσιακών της στοιχείων στο διάστημα. Το τελευταίο είναι πιθανό να οπλιστεί με ισχυρά λέιζερ. Όπως το έθεσε η κα Parly, «σκοπεύουμε να τυφλώσουμε» απειλητικά διαστημόπλοια. Κατά προτίμηση χωρίς να τα αποσυνθέτουν!

Πηγή: The Economist