Problema poluării spațiale este o preocupare pentru întreaga comunitate aerospațială. Astfel de evoluții ipotetice pe orbita joasă a Pământului, cum ar fi sindromul Kessler, care prezice formarea resturilor spațiale scăpate de sub control, a stârnit chiar și mass-media populară. Este clar că este nevoie de cercetări fundamentale pentru a înțelege ce pericol are chiar și un fragment mic și pentru a calcula cât suntem dispuși să plătim pentru a curăța spațiul cosmic.
Astăzi, politicienii, oamenii de știință, tehnicienii și publicul larg sunt profund conștienți de proliferarea resturilor spațiale. Mulțumită muncii fundamentale a lui J-K. Liouville și Nicholas Johnson, publicate în 2006, înțelegem că rata de resturi va continua să crească în viitor, chiar dacă toate lansările sunt oprite. Motivul acestei creșteri susținute este coliziunile care se așteaptă să aibă loc între sateliți și etapele rachetelor aflate deja pe orbită. Acest lucru este foarte îngrijorător pentru mulți operatori de satelit, care sunt obligați să ia măsuri adecvate pentru a-și proteja activele.
Unii experți consideră că aceste incidente vor fi doar începutul unei serii de coliziuni care vor face aproape imposibilă accesarea orbitei terestre joase. Acest fenomen, care a fost descris pentru prima dată în detaliu de consultantul NASA Donald Kessler, este denumit în mod obișnuit sindromul Kessler. Dar este posibil ca realitatea să fie foarte diferită de predicțiile sau evenimentele similare prezentate în lungmetrajul "Gravity". Într-adevăr, rezultatele prezentate Comitetului inter-agenții de coordonare a deșeurilor spațiale (IADC) la cea de-a șasea conferință europeană pe această temă au indicat o creștere preconizată a resturilor de doar 30% pe parcursul a 200 de ani, cu lansări continue.
Coliziuni vor avea loc în continuare, dar realitatea va fi departe de scenariul catastrofal de care se tem unii. Creșterea cantității de resturi spațiale poate fi redusă la un nivel destul de modest. Propunerea IADC este de a disemina pe scară largă și de a respecta cu strictețe liniile directoare de atenuare a resturilor spațiale, în special în ceea ce privește neutralizarea surselor de energie, care ar trebui să fie pe deplin dezvoltate până la sfârșitul zborului și eliminarea după sfârșitul zborului. Cu toate acestea, din punctul de vedere al IADC, creșterea preconizată a cantității de deșeuri, în ciuda eforturilor în curs, necesită în continuare introducerea unor măsuri suplimentare pentru combaterea factorilor de risc existenți.
Nici un progres?
Un interes semnificativ pentru recuperarea mediului spațial a fost observat la nouă ani după publicarea lucrării lui Liouville și Johnson. În special, s-au făcut pași în întreaga lume pentru a dezvolta metode pentru îndepărtarea obiectelor de pe orbita scăzută a Pământului. Agenția Spațială Europeană, de exemplu, și-a anunțat recent intenția de a asigura sprijinul guvernului pentru lansarea unei nave spațiale europene în următorul deceniu. Agenția a efectuat numeroase studii pentru a determina modalități raționale și fiabile de atingere a obiectivului. Un element cheie al planificării a fost modelele computerizate ale spațiului de resturi, care au arătat că creșterea resturilor ar putea fi prevenită prin îndepărtarea anumitor etape de nave spațiale sau rachete. În simulările pe computer, aceste obiecte sunt identificate ca fiind cele mai predispuse la coliziuni, deci după ce sunt scoase de pe orbită, numărul de coliziuni ar trebui să scadă brusc, ceea ce va împiedica apariția de noi resturi ca urmare a împrăștierii resturilor.
Au trecut aproape zece ani de la publicarea lucrării lui Liouville și Johnson și este surprinzător faptul că la nivel internațional sau național nu există principii metodologice care să definească în mod clar măsurile de eliminare a consecințelor poluării spațiului din apropierea Pământului. Se pare că există o anumită apatie în ceea ce privește dezvoltarea unei proceduri de eliminare a resturilor, în ciuda solicitărilor de acțiune. Dar chiar este așa?
De fapt, situația nu este atât de simplă pe cât pare. În ceea ce privește procedura de îndepărtare a resturilor spațiale, există câteva întrebări fundamentale la care trebuie încă răspuns. Sunt deosebit de îngrijorătoare problemele legate de proprietate, responsabilitate și transparență. De exemplu, multe dintre tehnologiile oferite pentru îndepărtarea resturilor pot fi folosite și pentru îndepărtarea sau dezactivarea unei nave spațiale active. Prin urmare, ne putem aștepta la acuzații că aceste tehnologii sunt arme. Există, de asemenea, întrebări cu privire la costul unui program consistent de eliminare a gunoiului. Unii tehnicieni l-au estimat la zeci de trilioane de dolari.
Cu toate acestea, poate cel mai important motiv al lipsei unor principii metodologice adecvate constă în faptul că nu știm încă cum să realizăm recuperarea, prin care în practică înțelegem purificarea spațiului cosmic. Dar asta nu înseamnă că nu știm de ce tehnologii avem nevoie.
Algoritmii pentru o singură utilizare au fost deja practici. Adevărata problemă apare dintr-o sarcină aparent simplă: determinarea resturilor „corecte” de îndepărtat de pe orbită. Și până nu vom putea rezolva această problemă, se pare că nu vom putea recupera spațiul.
Jucând epavă
Pentru a realiza natura problematică a rezolvării unei astfel de sarcini aparent simple, cum ar fi identificarea gunoiului care trebuie eliminat, folosim analogia unui joc cu un pachet de 52 de cărți de joc obișnuite. În această analogie, fiecare hartă reprezintă un obiect din spațiul cosmic pe care am putea dori să îl eliminăm pentru a preveni o coliziune. După ce cărțile au fost împărțite, așezăm fiecare carte cu fața în jos pe masă. Scopul nostru acum este să încercăm să identificăm ații și să îi scoatem de pe masă, deoarece aceste cărți reprezintă sateliți sau alte obiecte mari de resturi spațiale care pot deveni participanți la coliziune la un moment dat în viitor. Putem elimina câte cărți dorim de pe masă, dar de câte ori scoatem un card, trebuie să plătim 10 USD. În plus, pe măsură ce ne îndepărtăm, nu avem dreptul să privim harta (dacă un satelit este eliminat de pe orbită, nu putem spune cu certitudine ce anume ar putea deveni participant la coliziune). În cele din urmă, trebuie să plătim 100 de dolari pentru fiecare as care rămâne pe masă, ceea ce reprezintă pierderile potențiale rezultate din coliziunile care implică sateliții noștri (în realitate, costul înlocuirii unui satelit poate varia de la 100.000 la 2 miliarde de dolari).
Ei bine, cum putem rezolva această problemă? Pe partea din spate, toate cărțile sunt la fel, deci nu există nicio modalitate de a spune unde sunt așii și singura modalitate de a ne asigura că am șters toți ace este de a șterge toate cărțile de pe masă. În exemplul nostru, acest lucru va costa maximum 520 USD. În spațiul cosmic, ne confruntăm cu aceeași problemă: nu știm exact ce obiecte pot fi implicate în coliziuni, dar este prea scump să le eliminăm pe toate, așa că trebuie să alegem. Să presupunem că am făcut o alegere: pentru a elimina un card în valoare de 10 USD, care este probabilitatea ca am eliminat un as? Ei bine, probabilitatea ca cartea să fie as este patru divizibil cu 52, cu alte cuvinte aproximativ 0, 08 sau 8 la sută. Astfel, probabilitatea ca cartea să nu fie un as este de 92%. Aceasta este probabilitatea că ne-am irosit 10 USD.
Ce se întâmplă dacă de data aceasta luăm oa doua carte (care ne va costa încă 10 USD)? Probabilitatea ca a doua carte să fie un as depinde de dacă prima carte a fost un as. Dacă acesta ar fi cazul, atunci probabilitatea ca cea de-a doua carte să fie și un as este trei împărțite la 51 (pentru că acum există doar trei ași în pachet, care a scăzut cu o carte). Dacă prima carte nu este un as, atunci probabilitatea ca a doua carte să fie un as este împărțită la 51 (deoarece există încă patru ași în pachetul mai mic).
Putem folosi această metodă pentru a determina probabilitatea că am eliminat ambii ași - pur și simplu înmulțim probabilitățile pentru a găsi răspunsul: de 4/52 ori 3/51, ceea ce ne oferă o probabilitate de 0,0045 sau 0,45 la sută în valoare de 20 USD pe două cărți îndepărtat. Nu prea încurajator.
Cu toate acestea, putem determina și probabilitatea de a elimina cel puțin unul dintre ași. După extragerea a două cărți, există o șansă de 15% să eliminăm cu succes cel puțin unul dintre ace. Sună mai promițător, dar nici șansele nu sunt foarte bune acum.
Se pare că, pentru a crește șansele de a extrage cel puțin unul din ași, trebuie să scoatem mai mult de nouă cărți (în valoare de 90 USD) sau mai mult de 22 de cărți (în valoare de 220 USD) dacă vrem să fim siguri la 90% că am eliminat unul dintre ași. Chiar dacă reușim, trei ași sunt încă pe masă, așa că, în total, trebuie să plătim încă 520 USD, ceea ce întâmplător este aceeași sumă pe care ar fi trebuit să o plătim dacă am fi ales opțiunea cu eliminarea. Toate cardurile.
Jocurile s-au terminat
Revenind din analogia noastră înapoi în mediul spațial real, situația pare a fi mai alarmantă. În prezent, aproximativ 20.000 de obiecte sunt urmărite pe orbită utilizând rețeaua SUA de stații de observare spațială, cu aproximativ șase procente din aceste obiecte cântărind mai mult de o tonă, care ar putea participa ipotetic la o coliziune și pe care am putea dori să o eliminăm … În analogia cărților, problema noastră este că partea din spate a tuturor cărților este aceeași, iar probabilitatea ca unul să fie un as de pică este aceeași cu probabilitatea ca și celălalt să fie și un as. Nu există nicio modalitate de a identifica cărțile pe care le doriți și de a le elimina de pe masă. În realitate, șansele noastre de a evita o coliziune sunt mult mai mari decât într-un joc de cărți, deoarece pe orbită putem vedea probabilitatea ca unele obiecte să fie implicate în coliziuni și ne putem concentra atenția asupra lor. De exemplu, obiectele care se află pe orbite dens populate, cum ar fi heliosincronice la altitudini cuprinse între 600 și 900 de kilometri, sunt cel mai probabil implicate în coliziuni din cauza congestiei din această zonă. Dacă ne concentrăm atenția asupra obiectelor similare (și altele pe orbite aglomerate în mod similar) și luăm în considerare previziunile privind posibilitatea coliziunii lor, se dovedește că trebuie să eliminăm aproximativ 50 de obiecte pentru a reduce numărul așteptat de coliziuni catastrofale cu o singură unitate, care rezultă din rezultatele cercetărilor întreprinse de membrii agenției spațiale IADC.
Și se pare că, chiar dacă mai multe obiecte pot fi îndepărtate de o singură navă spațială mai curată (și cinci ținte par a fi o alternativă versatilă), multe zboruri - deseori provocatoare și ambițioase - trebuie efectuate doar pentru a preveni o coliziune.
De ce nu suntem capabili să prezicem mai exact probabilitatea coliziunilor și să eliminăm numai acele obiecte despre care știm sigur că vor fi periculoase? Există mulți parametri care pot afecta traiectoria unui satelit, inclusiv orientarea satelitului, indiferent dacă este vorba de mișcare neregulată sau vreme spațială (care poate afecta tragerea experimentată de sateliți). Chiar și mici erori în valorile inițiale pot duce la discrepanțe mari în rezultatele calculării poziției satelitului în comparație cu realitatea și după o perioadă relativ scurtă. De fapt, folosim aceeași tehnică ca și prognozatorii: folosim modele pentru a genera probabilitatea unor rezultate specifice, dar nu și faptul că aceste rezultate vor fi obținute vreodată.
Astfel, avem tehnologii care pot fi folosite ocazional pentru îndepărtarea resturilor spațiale. Aceasta este poziția adoptată de Agenția Spațială Europeană cu misiunea planificată e. Deorbit, dar există încă probleme care trebuie rezolvate pentru a identifica cele mai potrivite obiecte pentru îndepărtare. Aceste probleme trebuie abordate înainte ca ghidurile și principiile metodologice necesare să fie puse la dispoziția celor interesați de pregătirea unui program pe termen lung de îndepărtare a resturilor spațiale, care este esențial pentru remedierea eficientă a mediului.
Principiile metodologice în ceea ce privește site-urile specifice, numărul, cerințele și constrângerile acestora sunt esențiale pentru a crește probabilitatea ca eforturile de remediere a mediului să fie eficiente și merită. Pentru a dezvolta astfel de principii metodologice, trebuie să ne reconsiderăm așteptările nerezonabile cu privire la un rezultat favorabil.
