Według prognoz do 2030 roku w kosmosie będzie pracować ponad 100 tysięcy satelitów. Gwałtowny wzrost liczby obiektów wystrzeliwanych w przestrzeń kosmiczną już zwiększa ryzyko kolizji, a w najbliższej przyszłości coraz większym problemem będzie zarządzanie tzw. kosmicznymi śmieciami. Unia Europejska szuka rozwiązania w nauce.
Share My Space to francuska firma zajmująca się obserwacją kosmosu, która prowadzi niezwykle ambitny projekt badawczy. Jego celem jest stworzenie pierwszego, niezależnego katalogu 100 tys. kawałków śmieci kosmicznych o średnicy poniżej 10 centymetrów. Dwuletnia inicjatywa o nazwie CASSIOPEE wykorzystuje fundusze unijne i potrwa do końca stycznia 2024 roku.
„W kosmosie rośnie ilość śmieci, a to oznacza coraz większe prawdopodobieństwo kolizji”. – mówi Anthony Caron, kierownik projektu w Share My Space. – „Problem jest realny. Każda operacja na orbicie jest dziś obarczona dużym ryzykiem i wymaga odpowiedniego planowania i manewrowania, a będzie jeszcze gorzej”.
Według Carona organizacje wystrzeliwujące satelity i rakiety potrzebują dokładniejszych informacji o obiektach znajdujących się w przestrzeni kosmicznej. Obecnie dane takie są bardzo ograniczone, a brak odpowiednich regulacji prawnych może prowadzić do niebezpiecznych zdarzeń i konfliktów. Pierwsza znana (przypadkowa) kolizja dwóch satelitów miała miejsce w 2009 roku – w wyniku zderzenia Iridium 22 i Cosmos 2251 w przestrzeni kosmicznej znalazło się tysiące kawałków śmieci, poruszających się z prędkością 10 razy większą niż pocisk. Ale tego typu odpadki nie muszą pochodzić tylko i wyłącznie z kolizji. Znaczna większość z nich to niedziałające już statki kosmiczne, opuszczone sekcje lub fragmenty rakiet, części z testów rakiet przeciwsatelitarnych, a nawet plamki farby, która z czasem uległa erozji na obiekcie.
Problem przewidział już w 1978 roku amerykański astrofizyk Donald Kessler, przestrzegając, że wraz z rosnącą ilością śmieci każde zderzenie wywołuje kaskadę dalszych wypadków, które czynią przestrzeń bezużyteczną. Amerykańska Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej szacuje, że istnieje pół miliona fragmentów odpadów o średnicy co najmniej 1 cm i 100 milionów o minimalnym rozmiarze 1 milimetra. Do zniszczenia satelity może doprowadzić kolizja z elementem o rozmiarze 1 centymetra.
Share My Space zbudowała swoją pierwszą stację z teleskopami w nieujawnionej jeszcze lokalizacji w Europie i instaluje tam sprzęt obserwacyjny, który firma testowała wcześniej w Paryżu. Kolejny obiekty mają powstać w innych miejscach. System składa się z czterech teleskopów, które obracają się zgodnie z czasem przejścia obiektów w polu widzenia. Oprogramowanie przetwarza dane w celu generowania alertów kolizyjnych dla operatorów kosmicznych.
Według Carona, dzięki rozwojowi technologii Share My Space i rozszerzaniu katalogu danych, docelowo możliwe będzie śledzenie fragmentów o wielkości zaledwie ok. 2 cm. System już działa i przynosi pozytywne efekty. „Widzimy obiekty znane z katalogu amerykańskiego, ale widzimy także obiekty nieskatalogowane”. – powiedział Caron. – „Udostępnione surowe dane można wykorzystać zarówno do oceny prawdopodobieństwa kolizji, jak również w celu planowania akcji sprzątania kosmosu”. Share My Space już realizuje takie działania – firma podpisała umowę z japońskim przedsiębiorstwem Astroscale rozwijającym usługi usuwania gruzu kosmicznego.
Ustalić zasady gry
Zrównoważone funkcjonowanie i zarządzanie przestrzenią kosmiczną to cel innego projektu finansowanego ze środków unijnych, który zakończył się w czerwcu 2023 roku. W ramach inicjatywy Stardust-R opracowano narzędzia technologiczne, które pomagają zoptymalizować komercyjne i naukowe możliwości działania w kosmosie oraz przewidywać i łagodzić kolizje obiektów. Koordynator projektu, profesor Massimiliano Vasile z Uniwersytetu Strathclyde w Wielkiej Brytanii, opowiada się za długofalowym podejściem do zagadnienia: „Nie chodzi tylko o zmniejszenie ryzyka zderzenia, ale także o zrównoważoną gospodarkę kosmiczną. Problem narasta znacznie szybciej, niż ludzie mogli się spodziewać. Dodatkowo trudnością jest brak regulacji prawnych. Przestrzeń powietrzną na Ziemi można dość łatwo ograniczyć, ale nie ma przestrzeni terytorialnej w kosmosie. Instytucje próbują nadrobić te zaległości”.
Korzystając z danych pochodzących od partnerów, w tym Europejskiej Agencji Kosmicznej i francuskiego Narodowego Centrum Studiów Kosmicznych, zespół Stardust-R zbadał szereg rozwiązań umożliwiających lepsze manewrowanie statkami kosmicznymi i właściwie planowanie. Wśród testowanych instrumentów są również systemy sztucznej inteligencji sprawdzone zarówno na rzeczywistych scenariuszach z przeszłości, jak i całkiem nowych. „Wiemy, że algorytmy działają, ponieważ system reagował manewrami, które pozwoliły uniknąć kolizji”. – wyjaśnia Vasile.
W ramach projektu Stardust-R opracowano także modele obliczeniowe umożliwiające śledzenie prawdopodobieństwa kolizji i pochodzenia szczątków. Ponadto badano sposoby wykorzystania laserów do usuwania śmieci oraz algorytmów i sztucznego widzenia w robotach do przeprowadzania napraw na orbicie lub usuwania satelitów. Vasile liczy, że prace badaczy Stardust-R przyniosą efekty jeszcze długo po zakończeniu projektu. „Mam nadzieję, że niektóre z tych technologii zostaną przyjęte w przyszłości. Potrzebujemy więcej inwestycji i dalszego rozwoju, ale myślę, że jesteśmy na dobrej drodze”.
Artykuł został pierwotnie opublikowany w Horizon, czasopiśmie UE poświęconym badaniom i innowacjom: https://ec.europa.eu/research-and-innovation/en/horizon-magazine/preventing-outer-space-becoming-hazardous-junkyard
Zdjęcie główne: Meric Dagli | Unsplash.
