Vesmírny odpad je jedným z najpálčivejších problémov súčasnej kozmonautiky. Od prvých raketových štartov v polovici 20. storočia po dnešné megakonštelácie satelitov sa na obežnej dráhe Zeme nahromadilo obrovské množstvo nefunkčných zariadení, úlomkov a ďalších pozostatkov ľudskej aktivity vo vesmíre. Tento problém ohrozuje nielen budúci výskum a využívanie vesmíru, ale aj funkčnosť systémov, na ktorých sme každodenne závislí – od GPS navigácie až po satelitnú komunikáciu.
O téme vesmírneho odpadu sme sa rozprávali s Tomášom Balogom, odborníkom zo spoločnosti Space scAvengers, ktorá vyvíja technológie na efektívne a udržateľné odstraňovanie vesmírneho odpadu. V našom rozhovore sme sa venovali tomu, ako tento odpad vzniká, aké riziká prináša, a čo môžeme urobiť pre jeho zníženie. Nahliadneme aj do budúcnosti, kde recyklácia a udržateľnosť vo vesmíre nie sú len víziou, ale reálnou potrebou pre dlhodobé zachovanie možností kozmonautiky.
Ako vzniká odpad vo vesmíre?
Prvý vesmírny odpad začal vznikať už pri úplných počiatkoch vesmírneho výskumu v polovici 20. storočia. V zásade ho produkujú všetky subjekty, ktoré do kozmu niečo vynášajú: vládne agentúry, súkromné spoločnosti, ale aj univerzity pri svojich výskumných projektoch. Patria sem zvyšné stupne rakiet, nefunkčné satelity, odpad po testoch protisatelitných zbraní či dokonca drobné súčiastky, ktoré sa môžu uvoľniť počas bežnej prevádzky satelitov.
Sú však aj trochu bizarné spôsoby tvorby odpadu. Napríklad, traduje sa, že vôbec prvým kusom „vesmírneho odpadu“ mohol byť masívny oceľový poklop (tzv. „manhole cover“), ktorý vystrelilo do vzduchu pri amerických podzemných jadrových testoch Operation Plumbbob v roku 1957. Tento poklop mal uzatvárať testovaciu šachtu a vďaka extrémnemu tlaku z explózie ho vymrštilo neuveriteľnou rýchlosťou, potenciálne až do výšok mimo atmosféry. Hoci neexistujú priame dôkazy, že naozaj dosiahol obežnú dráhu, príbeh sa traduje ako kuriózna ukážka toho, čo všetko sa môže (nechtiac) ocitnúť vo vesmíre.
Aký odpad sa vo vesmíre nachádza?
Vo vesmíre môžeme nájsť čokoľvek od mikroskopických častíc farby či kovu až po veľké objekty ako nefunkčné satelity alebo zvyšky rakiet. Všetky tieto predmety obiehajú Zem rýchlosťami okolo 28 000 km/h, čo je približne 7- až 8-násobok rýchlosti strely z pušky. Aj malý úlomok tak môže pri zrážke spôsobiť obrovské škody. Okrem „klasického” vesmírneho odpadu sa v okolí Zeme alebo na medziplanetárnych dráhach pohybujú aj rôzne kuriozity. Napríklad Tesla Roadster, ktorú SpaceX vypustila v roku 2018 ako skúšobný náklad rakety Falcon Heavy. Hoci už neobieha priamo okolo Zeme, je to stále jeden z tých „nezvyčajnejších“ objektov vo vesmíre. Priamo na nízkej obežnej dráhe Zeme sa potom nachádzajú aj stratené nástroje astronautov – známy je napríklad prípad astronautky NASA, ktorá počas misie nechtiac pustila celý ruksak s náradím v hodnote okolo 100 000 dolárov. Ten sa niekoľko mesiacov vznášal vo výške niekoľko stoviek kilometrov nad Zemou, až kým nezhorel v atmosfére.
Štatisticky, najväčší nefunkčný satelit je v súčasnosti Envisat. Ide o satelit Európskej vesmírnej agentúry (ESA) s hmotnosťou viac ako 8 ton. Avšak, najväčší a najťažší kus odpadu vôbec je zvyšok rakety z misie Apollo 12. Momentálne nie je priamo na orbite Zeme avšak vráti sa k nám niekedy po roku 2040.
Dá sa odhadnúť koľko odpadu je aktuálne vo vesmíre?
Existujú viaceré odhady a databázy, ktoré sledujú objekty na orbite. Najčastejšie sa pracuje s číslami, ktoré hovoria o viac ako 30 000 kusoch odpadu väčších ako 10 cm, ktoré dokážeme aktívne sledovať zo Zeme. Menších kúskov v rozmedzí 1 – 10 cm je už státisíce a tých úplne mikroskopických (mm a menšie) sú milióny. Ak sa bavíme o hmotnosti, podľa niektorých odhadov by všetok odpad na orbitálnych dráhach mohol dokopy vážiť aj niekoľko tisíc ton.
Laicky si povieme, že všetko zhorí v atmosfére. Prečo by sme sa týmto odpadom mali vôbec zaoberať?
Laicky by sme si mohli povedať, že všetok odpad zhorí v atmosfére, no v skutočnosti to neplatí pre všetky objekty. Zatiaľ čo menšie úlomky zvyčajne zhoria úplne, väčšie telesá – napríklad kusy rakiet či nefunkčné satelity – môžu dopadnúť až na povrch Zeme. V roku 1979 spadli pozostatky vesmírnej stanice Skylab do neobývanej oblasti Austrálie, v roku 2020 dopadli časti čínskej rakety Long March 5B na Pobreží Slonoviny a je aj prípad z minulého roku na Floride, kde nezhorená časť batérie z vesmírneho zariadenia dopadla na dom. Doteraz nedošlo k vážnym zraneniam, no riziko stále existuje.
Treba pritom myslieť aj na to, že aj keď niečo nespadne priamo na Zem, na obežnej dráhe to môže poškodiť či zničiť funkčné satelity. Tie využívame dennodenne na telefónne hovory, internet, televízne vysielanie či navigáciu (GPS, Galileo). Jediná kolízia môže vytvoriť stovky až tisíce ďalších úlomkov, čo zvyšuje riziko takzvaného Kesslerovho syndrómu – reťazovej reakcie, pri ktorej sa vesmírny priestor zaplní toľkými nebezpečnými časticami, že ohrozia všetky ďalšie aktivity a technológie na orbite. Preto je dôležité riešiť vesmírny odpad už teraz, aby sme predišli nekontrolovanému nárastu rizika nielen pre satelity, ale napokon aj pre leteckú dopravu a ľudí na Zemi.
Existujú štatistiky o tom, ako sa vyvíja vesmírny odpad?
Áno, dáta z rôznych sledovacích sietí ukazujú, že počet objektov vo vesmíre (vrátane odpadu) rastie. V roku 1970 sme mali v kozme len niekoľko stoviek objektov, dnes ich už aktívne monitorujeme desaťtisíce. Situácia sa zvlášť zhoršila po viacerých haváriách či testoch protisatelitných zbraní (napríklad Čína v roku 2007) a kolízii dvoch veľkých satelitov (satelity Iridium a Kosmos v roku 2009). Takéto incidenty dokážu vytvoriť tisícky úlomkov, ktoré zostanú na obežnej dráhe roky. Štatistiky od NASA, ESA či iných vesmírnych agentúr ukazujú, že ak neprijmeme dôkladné opatrenia, počet úlomkov bude narastať aj naďalej.
Sú vytvorené pravidlá, ktoré obmedzujú tvorbu odpadu vo vesmíre?
Pravidlá na obmedzovanie tvorby vesmírneho odpadu sa začali formovať najmä v 90. rokoch, keď si veľké vesmírne agentúry (NASA, ESA, ROSCOSMOS a ďalšie) čoraz viac uvedomovali, že narastajúce množstvo úlomkov na orbite predstavuje vážnu hrozbu pre ďalší rozvoj kozmonautiky. Medzi najznámejšie dokumenty patria tzv. Space Debris Mitigation Guidelines, ktoré vznikli pod záštitou OSN a Medziagentúrneho koordinačného výboru pre vesmírny odpad (IADC). Oficiálne ich OSN vydalo v roku 2007. Ďalej existujú aj vnútorné smernice jednotlivých vesmírnych agentúr (napríklad NASA’s Orbital Debris Program Office stanovuje vlastné štandardy a postupy). Tieto pravidlá odporúčajú napríklad skrátiť životnosť satelitov na orbite a po skončení misie ich presunúť na nižšiu dráhu tak, aby rýchlejšie zhoreli v atmosfére, alebo na tzv. graveyard orbit (obežný cintorín) v prípade geostacionárnych satelitov. Niektoré vlády, napríklad Spojené štáty či členské štáty Európskej únie, už prijali legislatívu, ktorá vyžaduje dodržiavanie týchto smerníc pri udelení licencie na vypustenie satelitu. Problém je, že väčšinou ide len o odporúčania alebo zmluvné záväzky pri udeľovaní povolení na komerčné lety, a nie o prísne celosvetové nariadenia s okamžitou kontrolou a sankciami. To znamená, že ich implementácia stále závisí od dobrej vôle a zodpovednosti štátov či súkromných firiem. Rozšírená diskusia o sprísnení týchto pravidiel a zavedení efektívnych kontrolných mechanizmov je však v posledných rokoch čoraz intenzívnejšia, hlavne kvôli masívnemu rastu počtu nových satelitov na orbite (napríklad siete Starlink a iné megakonštelácie).
Vieme tento odpad dostať v tejto chvíli preč z vesmíru?
V posledných rokoch už prebehli prvé demonštračné misie, ktoré testovali možnosti aktívneho odstraňovania väčších kusov vesmírneho odpadu: napríklad projekt RemoveDEBRIS (vynesený z ISS v roku 2018) či pripravovaná misia ClearSpace-1 pod hlavičkou Európskej vesmírnej agentúry (ESA), ktorá by mala štartovať v najbližších rokoch. Technológie, ako robotické ramená, siete či magnetické adaptéry, sa už skúšajú v praxi, no ich nasadenie vo väčšej miere ešte len čaká na dofinancovanie a ďalší vývoj. Z hľadiska odloženia odpadu zatiaľ neexistuje žiadna „bezpečná vesmírna skládka“, kam by sme mohli masívne presúvať odpad, a tak funguje len takzvaný ‘graveyard orbit’ – vyššia obežná dráha, do ktorej sa posielajú vyradené geostacionárne satelity, aby neprekážali na hlavnej geostacionárnej orbitálnej línii. Na reálne „upratanie“ veľkého množstva vesmírneho odpadu si tak ešte chvíľu počkáme, no výskum a vývoj v tejto oblasti napredujú a prvé komerčné misie na pravidelné čistenie obežnej dráhy by mohli vzniknúť v horizonte niekoľkých rokov.
Zaoberáte sa vývojom technológie, ktorá má pomôcť odstrániť odpad z orbitu. Aká je vaša predstava o tom, ako by to malo fungovať?
Naša vízia v Space scAvengers je vytvoriť autonómny systém, ktorý by sme mohli prirovnať k ‘odťahovej službe’ vo vesmíre. V rámci takzvaného multiagentového prístupu plánujeme namiesto jedného obrovského satelitu využiť viaceré menšie družice, ktoré by spolupracovali a zdieľali si úlohy. Takéto satelity by vedeli identifikovať kus vesmírneho odpadu, bezpečne sa k nemu priblížiť a zachytiť ho pomocou robotických ramien, sietí alebo iných technológií. Následne by zabezpečili jeho presun na nižšiu dráhu, aby zhorel v atmosfére, alebo by ho dopravili na spomínaný graveyard orbit. Tým, že systém bude multiagentový, môžeme ho nasadiť na viacerých miestach súčasne, alebo podľa potreby zoskupiť viac satelitov k väčšiemu objektu. Tento prístup zároveň sľubuje väčšiu flexibilitu, nižšie náklady a možnosť opakovanej použiteľnosti, čo je kľúčové pre dlhodobú udržateľnosť nášho projektu.
Čo, ak by sme sa týmto odpadom vôbec nezaoberali?
Ak by sme nič nerobili, riskujeme tzv. Kesslerov syndróm – moment, kedy sa počet objektov a ich kolízií stane prakticky neovládateľným. Každá väčšia zrážka vytvorí tisíce ďalších úlomkov, ktoré spustia reťazovú reakciu. V takom prípade by sme mohli prísť o stabilné a bezpečné využívanie blízkej obežnej dráhy Zeme. Dôsledky by boli obrovské: poškodené telekomunikačné satelity, ohrozenie navigačných systémov, narušenie vedeckého výskumu aj komerčných letov do vesmíru.
Vieme pri vesmírnom odpade hovoriť o recyklácii, opätovnom použití a udržateľnosti?
Zatiaľ je recyklácia priamo na obežnej dráhe ešte v ranom štádiu vývoja. V budúcnosti sa však počíta s možnosťou orbitálnych recyklačných staníc, kde by sa dal materiál z nefunkčných satelitov spracovať a znovu použiť na 3D tlač nových častí, na opravu či výstavbu iných vesmírnych konštrukcií. Udržateľnosť v kozmonautike naberá na dôležitosti: nové satelity sa už navrhujú s ohľadom na to, aby bolo možné ich bezpečne deorbitovať (stiahnuť z obežnej dráhy), alebo aby sa dali v budúcnosti opraviť a predĺžila sa ich životnosť. Toto všetko prispieva k tomu, že v blízkej budúcnosti už nebudeme „len“ vynášať nové a nefunkčné satelity zahadzovať, ale budeme pracovať na uzavretých cykloch, čím sa naše pôsobenie vo vesmíre stane omnoho udržateľnejším.
