SVEMIR

Ivan Kremer

Šta sa otpadom?

Čišćenje prenatrpane orbite

Svemirski orbitalni otpad, odnosno veliki broj nakupljenih nefunkcionalnih satelita, odbačenih raketa-nosača kao i mnoštvo malih metalnih delova, nastalih sudarima većeg otpada u orbiti, predstavljaju potencijalni problem za nesmetan transport letelica i satelita između Zemlje, njene orbite i dubokog svemira. Poslednjih godina, pojedine startap kompanije i velike svemirske agencije rade na odstranjivanju orbitalnog otpada i izbegavanju scenarija u kome je čovečanstvo zarobljeno na Zemlji usled prisustva gustog pojasa metalnog otpada u orbiti.

Istorijat veštačkih objekata dospelih u orbitu verovatno počinje nuklearnim testovima kasnih pedesetih godina 20. veka. Pri pomenutim testovima, određene količine materijala sa površine, uključujući i čuveni metalni poklopac, nehotično su lansirane snagom nuklearnih detonacija toliko visoko da su, vrlo izvesno, dospele u orbitu. Prvi veštački satelit, „sputnjik 1“ takođe potiče iz tog perioda. Lansiran je oktobra 1957. godine. Zemlju je obišao 1440 puta, kružeći u orbiti, sve do januara 1958. godine, kada je sagoreo pri ponovnom ulasku u atmosferu.
Narednih decenija, lansirano je mnoštvo satelita, najpre vojnih a zatim i komercijalnih. SAD su lansirale svoj prvi satelit nedugo nakon SSSR-a. Broj satelita prisutnih u orbiti već 1961. godine, iznosio je 115. Kanada i Australija su svoje prve satelite lansirali uz pomoć SAD. A sredinom šezdesetih godina, pridružile su im se Francuska i Italija. Broj država koje su lansirale satelite postao je dvocifren do kraja 20. veka, a komercijalni sateliti za prenos televizijskog, telefonskog i, u današnje vreme, internet signala, navigaciju, kao i meteorološki, ekološki, ali i špijunski nadzor, postali su realnost. U novije vreme, nano-sateliti, veličine malog kućnog računara, takođe predstavljaju dodatnu komplikaciju i potencijalni budući otpad. Neki od satelita nalaze se visoko, u geostacionarnoj orbiti, na oko 36.000 km, a neki u niskoj Zemljinoj orbiti (eng. Low Earth Orbit, LEO) između 160 km i 2000 km.

Milioni opasnih komadića

Od velikog broja satelita, nakon prestanka vršenja dužnosti, neki su pažljivo preusmeravani ka takvoj orbiti koja je trebalo da ih, kroz par godina, dovede do ponovnog ulaska u atmosferu, da tamo sagore. Međutim, mnogi su samo nastavili da kruže oko Zemlje predstavljajući mrtve komade metalnog otpada i izvore sitnijih delova koji su se otkidali. Pretpostavljalo se da će prirodno, vremenom, izgubiti visinu i sagoreti pri ponovnom ulasku u atmosferu. Ili se, jednostavno, nije razmišljalo o posledicama. Tokom niza decenija, dešavali su se i sudari satelita sa otpadom, što je prouzrokovalo prisustvo još veće količine otpada. Testirana su razna oružja usmerena protiv satelita, što je samo doprinelo generisanju otpada. Prilikom lansiranja tereta u orbitu, dešavalo se da nesagoreli parčići čvrstog raketnog goriva budu raspršeni, tako da su i oni doprinosili zagađenju orbite. Isto važi i za komadiće farbe, odnosno premaza raketa i satelita, koji su se odvajali, kao i za zamrznute kapljice rashladne tečnosti.
Nakon lansiranja prvog satelita, otpočet je projekat praćenja svakog poznatog objekta i rakete uspešno lansirane u orbitu, od strane Severnoameričke vazdušne komande, odnosno NORAD-a, što je rezultiralo bazom podataka poznatom pod imenom Katalog svemirskih objekata. Ovaj katalog se i danas dopunjuje zahvaljujući praćenju lansiranja od strane Mreže za nadzor svemira (eng. Space Surveillance Network, SSN). Prema podacima pomenutog kataloga iz 2022. godine, u orbiti oko Zemlje se nalazi 25.857 veštačkih objekata, od čega 5465 objekata čine funkcionalni sateliti. Treba imati na umu da pomenute brojke ne ubrajaju male objekte i komade, odlomljene od većih, prilikom sudara ili neočekivanog kvara pri letu. Što se njih tiče, procene iz 2019. godine predviđaju da se u orbiti nalazi više od 128 miliona komadića otpada manjih od 1 cm, oko 900.000 komadića između 1 cm i 10 cm i oko 34.000 komadića većih od 10 cm! Nekad se pomenuti najmanji komadići grupišu zajedno sa mikrometeoridima, radi pojednostavljivanja situacije, budući da su istog reda veličine. Za tu svrhu svemirske agencije uvele su izraz mikrometeroidni i orbitalni otpad (eng. Micrometeoroid and Orbital Debris, MMOD).

Prvi sudar dva satelita

Osim očigledne opasnosti po letelice, od sudara sa većim komadom otpada, pomenuti mali komadići mogu oštetiti osetljivu opremu poput sočiva svemirskih teleskopa, solarnih panela ili čak vizira astronauta tokom svemirskih šetnji. Većina misija sa ljudskom posadom srećom se dešava na manjim visinama, od 300 do 400 km, na kojima gornje ivice atmosfere doprinose većoj raspršenosti otpada i time smanjuju rizik po astronaute, tokom svemirskih šetnji. Međunarodna svemirska stanica poseduje poseban tip štita od mikrometeroidnog i orbitalnog otpada, a za svrhu izbegavanja većih objekata za koje postoji izvesna verovatnoća sudara, u stanju je da manevriše po potrebi. Na pomenutoj visini na kojoj ona kruži, oko 300 do 400 km, postoji izvestan broj otpadnih objekata, mada je taj broj daleko veći na visinama od oko 700 do 900 km. Razlog tome je veliki oblak otpada nastao posle dva incidenta koja su se odigrala kasnih 2000-tih godina, na pomenutim visinama.
Prvi incident bio je kineski vojni test oružja za obaranje satelita iz 2007. godine, a drugi incident bio je sudar aktivnog komercijalnog satelita „iridium 33“ kompanije Iridium Communications i nefunkcionalnaog ruskog vojnog satelita „kosmos 2251“ iz 2009. godine, što je i prvi zabeleženi slučaj direktnog sudara dva satelita. Pomenuti satetit bio je deo originalnog roja od okupno 95 Iridiumovih komunikacionih satelita lansiranih kasnih devedesetih i ranih dvehiljaditih. Od pomenutog broja 95, 65 satelita je, nakon završetka radnog veka i zamene novijim satelitima, uklonjeno iz orbite manevrisanjem, jedan je izgubljen u pomenutom sudaru, ali preostalih 29 su, nakon prestanka rada, zaostali u orbiti, na visini od oko 700 km i predstavljaju značajan doprinos orbitalnom otpadu, sa ukupnom masom preko 20 t. Nije ih bilo moguće manerisanjem prebaciti u nižu orbitu u kojoj bi, naposletku, pali i sagoreli u atmosferi jer su postali nefunkcionalni pre takvog pokušaja.
Manji incidenti sa svemirskim otpadom primećeni su i na misijama „spejs-šatlova“. Još 1983. godine, na drugom letu kasnije uništenog spejs šatla Challenger, komadić farbe napravio je udubljenje od 1 mm na prednjem prozoru. Tokom jedne misije 1994. godine, staklo na prednjem prozoru šatla Endeavour, takođe je ogrebano, usled sudara sa sitnim otpadom. Na nekim kasnijim misijama, primećena su oštećenja i na termalnim zaštitnim pločicama, što je vrlo ozbiljno kada se ima na umu da se 2003. godine, spejs šatl Columbia raspao pri ponovnom ulasku u atmosferu, upravo zbog neispravne termalne zaštite na levom krilu. Tokom 2006. godine, spejs šatl Atlantis je takođe pretrpeo štetu, kada je mali komad štampanog električnog kola koji je slobodno lebdeo u orbiti, probio njegov teretni prostor.

Upozoravajuća Keslerova predviđanja

Već krajem sedamdesetih godina, problem orbitalnog otpada postao je očigledan svemirskim agencijama. Radeći za NASA-u, astrofizičar Donald Kesler je, u saradnji sa kolegom, u radu Učestalost sudara veštačkih satelita: nastanak pojasa otpada iz 1978. godine izneo hipotezu o scenariju gde svaki naredni sudar proizvodi toliko veliki oblak otpada, da on nove sudare čini verovatnijim, odnosno da orbitalni sudari kaskadno dovode do katastrofalnog scenarija u kome se, u niskoj Zemljinoj orbiti, formira toliko gust pojas otpada da, u nekom trenutku, lansiranje rakete bez sudara sa otpadom postaje nemoguće! To bi značilo da čovečanstvo, fizički, ne može da napusti svoju rodnu planetu a to je i potencijalni završetak istraživanja svemira! Ova hipoteza je kasnije, u široj naučnoj zajednici, postala poznata kao Keslerov sindrom. Ta kaskada događaja, prema Kesleru, na početku ne bi bila toliko očigledna. Postalo bi jasno šta se dešava tek kada bi ceo proces značajno uzeo maha.
Nakon Keslerovog predviđanja, NASA je pokrenula Program za orbitalni otpad. Nekoliko godina kasnije, 1986. godine, tom programu se priključila i Evropska svemirska agencija, ESA. Ona je kasnije pokrenula i sopstvenu Inicijativu za čist svemir. Pre Keslerovih otkrića, verovalo se da većina otpada potiče od vojnih eksperimenata sa oružijima za obaranje satelita, iz šezdesetih godina. Kesler je, međutim, kao najveći izvor otpada identifikovao eksplozije odbačenih potrošenih faza američkih delta raketa, koje su naveliko korišćene za lansiranje u orbitu, i od NASA-e i od privatnih kompanija. Posebno velika količina otpada nastajala je kada su se eksplozije dešavale neposredno po odvajanju pogonske faze i uništavale i teret koji je bio lansiran. Nakon ovog otkrića, uvedena je praksa da, nakon odvajanja pogonske ili druge potrošene faze delta rakete, ona manevrima ode što dalje od tereta koji je odnela u orbitu i, dodatno, da otpusti eventualno prisutno nesagorelo gorivo. To je smanjivalo verovatnoću dolaska do eksplozije odbačene faze i, samim tim, osim spasavanja misije lansiranja, doprinosilo je nestvaranju novog otpada u orbiti. Kasnije se ispostavilo da su i Sovjeti imali sličan problem pri lansiranjima tereta u orbitu. Ostalim akterima trebalo je nešto više vremena da uvedu ovakve sigurnosne mere.

Daleko je 2055.

NASA i druge agencije i institucije nastavile su da se bave problematikom orbitalnog otpada, tokom devedesetih i dvehiljaditih godina. Između 1995. i 2002. godine, postojala je NASA-ina Opservatorija za praćenje orbitalnog otpada u Klaudkroftu, u Novom Meksiku. Evropska svemirska agencija poseduje opservatoriju iste namene na Tenerifima. Jedna NASA-ina studija procene rizika upotrebe spejs-šatla iz 2005. godine, zaključila je da je orbitalni otpad odgovoran za polovinu ukupnog rizika pri upotrebi spejs-šatlova. Jedan NASA-in model iz 2006. godine predvideo je da bi, u slučaju prestanka svih novih lansiranja u tom trenutku, tadašnji broj veštačkih objekata ostao neizmenjen sve do 2055. godine kada bi se, tek onda, prirodno počeo smanjivati!
Ričard Kroter iz britanske Agencije za procenu i proučavanje odbrane, još 2002. godine, procenio je da će kaskada sudara iz Keslerovog scenarija početi otprilike 2015. godine. Hju Luis, sa Univerziteta u Sauthemptonu, 2009. godine je, na konferenciji Veća evropskih aeronautičkih i svemirskih udruženja, izjavio da će se opasnost od svemirskog otpada učetvorostručiti u narednih pedeset godina. Američko Nacionalno veće za istraživanje,koje predstavlja telo Udruženja američkih akademija nauke, inženjerstva i medicine,u svom izveštaju iz 2011. godine, upozorilo je NASA-u da je količina orbitalnog otpada dostigla kritičnu tačku.
Dodatni problem koji orbitalni otpad može stvoriti, posebno u slučaju ekstremnog nakupljanja u vidu gustog pojasa, jeste vizuelno ometanje astronomskih opservacija sa Zemlje. Zbog toga se udruženja astronoma širom sveta protive rojevima koji broje desetine hiljada novih minijaturnih satelita za prenos internet-signala, koje internet-provajderi poput Space X-ovog Starlinka, ili Amazonovog projekta „Kajper“, poslednjih godina lansiraju svakog meseca.
Smanjenje količine orbitalnog otpada, putem pravne regulative propisano je i na nacionalnim i na međunarodnom nivou. SAD su još 2001. godine objavile set stanardnih procedura za smanjenje orbitalnog otpada, i za civilne i za vojne aktere. Te procedure, ažurirane su 2019. godine. Osnovno pravilo u tim procedurama je da svaki komad tehnologije koji se lansira u nisku Zemljinu orbitu mora biti pozicioniran tako da prirodno ne ostane u orbiti duže od 25 godina. Ukoliko komad tehnologije prirodno ne bi izgubio visinu i sagoreo u atmosferi tokom 25 godina, treba da bude uklonjen!

Obaveze i pravila uklanjanja

Uklanjanje se može postići bilo manevrisanjem do sagorevanja u atmosferi bilo manevrisanjem u jako visokim orbitama (što preporučuje i Međunarodna telekomunikaciona unija), ili pak direktnim uklanjanjem putem zasebne misije u te svrhe. Nedavno, 2023. godine, izrečena je i prva novčana kazna od strane američke Savezne komisije za komunikacije, telekomunikacionoj kompaniji DISH, odnosno ispostavi kompanije EchoStar, za neuklanjanje satelita echoStar VII, nakon završetka njegovog radnog veka, u skladu sa uslovima pod kojim je dobio dozvolu za lansiranje. Američka Savezna komisija za komunikacije, 2022. godine, donela je novo pravilo koje zahteva uklanjanje satelita najduže pet godina nakon završetka njegovog radnog veka, odnosno smanjila je vreme sa dvadeset i pet godina na pet. U maju 2024. godine, NASA je izbacila novu studiju, Analiza cene i koristi smanjenja, praćenja i remedijacije orbitalnog otpada, koja vaga cenu nasuprot efikasnosti za više od deset različitih načina rešavanja problema orbitalnog otpada. Studija akcentuje zaštitu budućih letelica, direktno uklanjanje velikog otpada, praćenje manjih komada otpada i kontrolisano uništenje letelica nakon završetka misije manevrisanjem ka sagorevanju u atmosferi. Rezultati ove studije verovatno će imati uticaja na naredno ažuriranje američkih smernica. Još od devedesetih godina prošlog veka, nemačka, francuska, britanska i italijanska svemirska agencija radile su na sopstvenim smernicama, što je kulminiralo potpisivanjem Evropskog pravilnika ponašanja 2006. godine. Dve godine kasnije, 2008. godine, donet je dokument Potrebe za smanjenjem svemirskog otpada za projekte Agencije i na nivou Evropske svemirske agencije (ESA). I u evropskoj regulativi, granica prirodnog zadržavanja iznosi 25 godina, a ohrabruju se i proaktivniji prisutupi poput misija direktnog uklanjanja, u saradnji sa specijalizovanim privatnim kompanijama.
Ujedinjene nacije, odnosno njihov Komitet za upotrebe svemira u mirnodopske svrhe, 2007. godine, izašao je sa svojim neobavezujućim smernicama, zasnovanim na postojećim nacionalnim.
Još jedan koristan predlog pravila za smanjenje orbitalnog otpada predstavlja „jedno lansiranje, jedno ukanjanje“, odnosno zamisao da bi, pri svakoj misiji lansiranja tehnologije u orbitu, trebalo doneti nazad nefunkcionalne komade tehnologije. Znači da bi svaka letelica koja doprema nove satelite u orbitu, nakon uspešnog dopremanja, trebala da pokupi nefukcionalne satelite i donese ih nazad na Zemlju, ili ih gurne u orbitu sa koje će pasti i sagoreti u atmosferi.

Rakete-tegljači, zapadnjaci i Kinezi

Iako se opcija direktnog uklanjanja pominje i u američkim i u evropskim smernicama, do sada je retko korišćena. Evropska svemirska agencija, u saradnji sa švajcarskom startap kompanijom ClearSpace, planira demonstrativnu misiju uklanjanja belgijskog satelita, PROBA-1, teškog 94 kg tokom 2026. godinu. Misija će nositi naziv ClearSpace-1 i predstavlja proboj privatnog sektora u biznis direktnog uklanjanja orbitalnog otpada. Pomenuti belgijski satelit prigodan je izbor za ovu revolucionarnu misiju pošto je reš o obaranju rekorda najduže aktivnog opservacionog satelita. Lansiran je 2001. godine, što znači da je aktivan 23 godine. To što će biti uklonjen posle okruglo 25 godina rada, čini ga primerom dosledne primene evropske regulative.
Britanska telekomunikaciona kompanija OneWeb, koja trenutno poseduje više stotina satelita u orbiti, ovećava da će svaki svoj satelit, nakon završetka radnog veka, ukloniti manevrisanjem do sagorevanja u atmosferi. Međutim, ukoliko neki satelit ne bude bio u stanju da bude uklonjen na taj način, kompanija OneWeb najavljuje upotrebu letelice-tegljača koja bi pokupila takve satelite i odvukla ih u nižu orbitu, iz koje bi oni vremenom pali u atmosferu i sagoreli.
Kineski svemirski program je, 2022. godine, uspešno demonstrirao primenu orbitalnih tegljača u svrhu rešavanja problema orbitalnog otpada. Kineski satelit ShiJian-2 uspešno je, koristeći sopstveni pogonski sistem, pokupio i odvukao drugi nefunkcionalni kineski satelit, CompassG2, iz orbite u kojoj je pravio problem, u veoma visoku orbitu, na oko 38.000 km, posle čega se vratio u svoju standardnu geosinhronu orbitu na visini od 35.786 km.
Bostonska kompanija Busek razvila je svoju verziju jonskog pogona zasnovanog na Holovom efektu. Kod takvog pogona se izbacivanje mlaza pogonskog goriva ubrzava električnim poljem. Ovakav pogon omogućava dovoljno potiska da se satelit uspešno spusti na nižu visinu, u cilju sagorevanja u atmosferi, ili popne na veoma veliku visinu, gde ne pravi probleme. Tokom 2022. godine, zbog nemogućnosti saradnje sa pređašnjim ruskim dobavljačem pogonskih potisnika za satelite zbog sankcija, pomenuta telekomunikaciona kompanija OneWeb najavila je ugrađivanje Busekovih BHT-350 potisnika u svojih 80 novih satelita, što dodatno garantuje njihovo uspešno uklanjanje na kraju radnog veka. Kompanija Busek je još 2014. godine predložila koncept Uklanjača orbitalnog otpada (eng. Orbital Debris Remover, skraćeno ORDER) veće letelice koja bi sa sobom donela manji satelit-tegljač i, posle presretanja otpada, ispustila satelit-tegljač koji bi se spojio sa otpadom. Zatim bi glavna letelica odvukla kombinaciju tegljač-otpad do željene visine i tamo ih zajedno otpustila. Dalji posao transporta otpada, recimo do sagorevanja u atmosferi, nastavio bi tegljač, a letelica koja uklanja vratila bi se i potom višekratno koristila. U daljoj razradi ovog predloga, letelica-uklanjač bi sa sobom trebalo da nosi oko 40 manjih satelita-tegljača i dovoljno goriva za mnoštvo manevara.

Mrežom u lov na otpad

Još od kasnih devedesetih postoji predlog laserskog uklanjanja orbitalnog otpada zracima sa Zemlje, gde bi se precizno uperenim laserskim zrakom delovalo na otpad koji bi se, pod pritiskom tog zraka, kretao i dospeo na visinu sa koje bi naposletku prirodno pao, odnosno završio sagorevajući u atmosferi, ili pak dospeo u orbitu u kojoj ne smeta postojećim satelitima. Predlog upotrebe lasera vrlo je kontroverzan. Očigledna je bojazan da bi se komad otpada, pod uticajem laserskog zraka, mogao raspasti na još manje komade, što bi onda povećalo problem, umesto da ga reši. Zbog toga je predložena zamena lasera, odnosno visokoenergetskog snopa fotona, snopom jona gasa ksenona koji bi objektu predao dovoljnu količinu energije da ga pomera, ali ne preveliku količinu energije koja bi ga uništila i raspršila u mnoštvo manjih komadića. Ova tehnologija poznata je pod nazivom Ion Beam Shepherd (IBS).
Japanska aeronautička i svemirska istraživačka agencija JAXA je 2014. godine eksperimentisala sa idejom hvatanja orbitalnog otpada pomoću mreža i lansirala jedan satelit koji je sa sobom nosio mrežu. Dve godine kasnije, decembra 2016. godine, uspešno je u orbitu lansirana letelica kounotori 6, sakupljač otpada. Ona je trebala da hvata otpad ispuštanjem metalnog lanca od aluminijuma i nerđajućeg čelika koji bi se zakačio za otpad. Zatim bi se kroz lanac propustila struja; zbog interakcije te struje sa magnetnim poljem Zemlje, došlo bi do delovanja Lorencove sile na otpad, koji bi onda bio usporen i poslat u nižu orbitu, da naposletku sagori u atmosferi. Ova tehnologija je poznata kao „elektrodinamički lanac“. Japanska misija letelice kounotori 6 nije bila uspešna jer 700 m dugi lanac nije bio uspešno ispušten.
Američka kompanija Star Technology and Research je nešto ranije, 2012. godine, sklopila ugovor sa NASA-om, vredan 1,9 miliona dolara, za razvoj sistema zasnovanog na ovoj tehnologiji. Ali, nije bilo rezultata.

Uklanjanje kao krađa tuđe imovine

Poznata je težnja pomeranja mnogih grana industrije sa Zemlje u svemir. U slučaju pomeranja teške metalne industrije u orbitu, što svakako ide ruku pod ruku sa rudarenjem asteroida, otvara se mogućnost hvatanja i recikliranja metalnog otpada u postrojenjima u orbiti. To bi bilo rešenje koje se dobro uklapa u širu viziju budućnosti eksploatacije resursa svemira.
Problem orbitalnog otpada još uvek nije eskalirao do katastrofalne Keslerove kaskade ali, slično problemu globalnog zagrevanja i klimatskih promena, dugo je ignorisan. Takođe slično, šira javnost nije upoznata sa opsegom, ozbiljnošću i potencijalnim apokaliptičnim posledicama ove problematike. Pravna regulativa ne može da sasvim reši ovaj problem, s obzirom na već načinjenu štetu i činjenicu da ne postoji jedinstven pravni okvir za sve aktere koji stvaraju otpad. Što se tiče uklanjanja već postojećeg otpada, postoji pitanje: imaju li jedni akteri pravo da ukanjaju otpad drugih aktera? Svemirsko pravo nalaže da su sateliti u vlasništvu kompanije koja ih je proizvela i nakon završetka radnog veka. Uklanjanje tih satelita od strane druge kompanije ili države može biti tumačeno kao krađa privatne svojine. Uz sve ove poteškoće, pojačan priliv privatnog kapitala u svemirsku industriju, kao i želja privatnih aktera za nesmetanim obavljanjem drugih profitabilnih poslova u orbiti, od turizma do eksploatacije resursa i proizvodnje, daje jaku motivaciju za efikasno rešenje ovog problema. Sa druge strane, geopolitička situacija u kojoj Zemljina orbita može postati novo bojište svetskih sila, a sateliti jedne sile postati mete oružja druge sile, preti da značajno pogorša problem i stvori ogromne količine novog otpada. Da li će kreativnost nadvladati destruktivnost?

Ivan Kremer

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"