Rodzi się nowa branża, która zajmie się sprzątaniem orbity. Zaangażuje do tego roboty

Wysłanie satelity na orbitę w dzisiejszych czasach oznacza opracowanie i zbudowanie niezwykle wyrafinowanego i skomplikowanego urządzenia elektronicznego, a następnie wyniesienie go w przestrzeń kosmiczną, gdzie, w razie kłopotów, z pomocą już nikt mu nie przybędzie. Co zrobić, gdy jednak coś pójdzie nie tak?

Już po starcie satelity, jeżeli cokolwiek pójdzie w niewłaściwym kierunku, i nie da się tego skorygować za pomocą oprogramowania, to nie zrobimy już nic. Nie wyślemy technika czy inżyniera, który będzie w stanie wyeliminować usterkę lub wymienić wadliwy element. Takie wyczyny, jak na przykład misja serwisowa do Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, skończyły się wraz ze śmiercią programu wahadłowców.

Pół biedy jeżeli satelita nie działa prawidłowo, ale utrzymuje kontakt z Ziemią i wyposażony jest w system deorbitacji, który sprowadzi go w górne warstwy ziemskiej atmosfery, gdzie ulegnie zniszczeniu zanim jeszcze dotrze do powierzchni Ziemi.

Sytuacja jednak wygląda dużo gorzej gdy na orbitę wchodzą satelity, które funkcjonują nieprawidłowo, nie zdołały połączyć się z centrum kontroli misji na Ziemi, wskazują awarię silników sterujących. Wtedy zamiast wartego wiele milionów dolarów cudu techniki, mamy do czynienia z pędzącym z prędkością kilkudziesięciu tysięcy kilometrów na godzinę kawałkiem żelastwa, które na samej orbicie może narobić sporo szkód.

Na ziemi, sam fakt wyniesienia wadliwego satelity na orbitę lub wystąpienia usterki już na orbicie stanowi problem dla operatora takiego sprzętu. Automatycznie ubezpieczyciele zaczynają uważniej przyglądać się takiemu klientowi, rozważając podniesienie stawek ubezpieczenia na kolejne starty. Z drugiej strony, klienci zaczynają sceptycznie podchodzić do takiego operatora, wszak opracowanie i zbudowanie satelity to często całe długie lata pracy i dziesiątki, a czasami setki milionów dolarów. W przypadku wystąpienia awarii - cały trud znika i trzeba zaczynać od nowa, a czasami porzucić cały projekt.

Na orbicie taki satelita to zupełnie inny zestaw problemów. Jeżeli nie ma kontaktu z satelitą, to nie można sprowadzić go w ziemską atmosferę, ale nawet nie można nim sterować. Kiedy systemy monitorowania ruchu na orbicie dostrzegą ryzyko zderzenia między takim niesprawnym satelitą, a innym obiektem na orbicie, nie będzie absolutnie żadnej możliwości, aby nasz niesprawny satelita zmienił kurs, podniósł lub obniżył orbitę i uniknął zderzenia.

Szczęście jeżeli drugi z satelitów jest w stanie taki manewr wykonać w odpowiednio krótkim czasie. Co jednak, gdy nasz sprawny satelita wyposażony jest np. w silnik jonowy, który reaguje zbyt długo, aby zmienić orbitę na czas? Co gdy drugi satelita także jest niesprawny, albo po prostu systemy nie zareagują odpowiednio wcześnie?

Przy prędkościach z jakimi poruszają się obiekty na orbicie zderzenie prowadzi do zamiany dwóch satelitów w dwie grupy setek lub tysięcy odłamków, nad którymi już nikt nie będzie miał kontroli.

Do takiej kolizji doszło 10 lutego 2009 roku kiedy to na orbicie zderzyły się amerykański satelita Iridium 33 i niedziałający już rosyjski satelita wojskowy Kosmos 2251.

W momencie zderzenia wzajemna prędkość satelitów wynosiła ponad 11 km/s. Wskutek tego zderzenia powstało ponad 600 odłamków. Część z nich teoretycznie może przecinać orbitę Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, a inne mogą potencjalnie zagrażać innym satelitom znajdującym się na zbliżonych orbitach. Zderzenie z każdym z tych odłamków może doprowadzić do zniszczenia kolejnych satelitów.

Problem kosmicznych śmieci powstałych w takich zderzeniach, ale także będących pozostałościami po rakietach wysyłanych przez ostatnie pół wieku w przestrzeń kosmiczną, nieczynnymi satelitami, sprawia, że naukowcy już od lat zastanawiają się jak sobie poradzić z regularnym oczyszczaniem orbity okołoziemskiej.

Na przestrzeni lat pojawiały się pomysły strącania ich z orbity wiązkami laserowymi, czy też wysyłania satelitów, które na orbicie miałyby zbliżać się do niebezpiecznych śmieci, łapać je w sieci i spychać w ziemską atmosferę. Od jakiegoś czasu każdy nowy satelita musi być wyposażony w system, który po zakończeniu misji będzie dysponował wystarczającą ilością paliwa, aby samemu skierować się w atmosferę Ziemi zanim zniknie możliwość sterowania takim satelitą.

Powyższy problem staję się szczególnie aktualny w sytuacji gdy firmy takie jak SpaceX, OneWeb czy Amazon planują wysłanie na orbitę całych konstelacji składających się z dziesiątek tysięcy satelitów. Pod koniec 2019 r. na orbicie znajdowało się niemal 5000 satelitów, podczas gdy w ramach swoich megakonstelacji powyższe firmy planują wysyłać nawet po 20 000 satelitów.

W ten sposób na orbicie zrobi się znacznie tłoczniej i znacznie bardziej niebezpiecznie. W skrajnej sytuacji kolejne zderzenia mogą prowadzić do tzw. syndromu Kesslera - w którym to dochodzi do kolejnych zderzeń, generujących coraz większą liczbę odłamków, które z kolei zderzają się z kolejnymi satelitami.

Choć sytuacja ta jest czysto teoretyczna, to nie niemożliwa. Gdyby faktycznie doszło do takiej sytuacji, mogłoby to doprowadzić do końca astronautyki zanim jeszcze na dobre się ona zaczęła. Na orbicie znalazłoby się tyle śmieci kosmicznych, że żaden ośrodek, żadne centrum kontroli nie byłoby w stanie wszystkich monitorować, a tym samym wysyłanie jakiejkolwiek załogi w przestrzeń kosmiczną byłoby zdecydowanie zbyt dużym ryzykiem.

Nic więc zatem dziwnego, że w przemyśle kosmicznym powstaje osobna branża, w której wiele przedsiębiorstw stawia sobie za cel sprzątanie orbity. Najnowsze firmy rozważają opracowanie specjalnych robotów, które będą wysyłane na orbitę, kierowane do uszkodzonych lub niedziałających satelitów i po dołączeniu do nich, wykonywały prace serwisowe, uzupełniały zapasy paliwa lub przemieszczały na orbity, na których będą mogły działać jeszcze długie lata.

Te same roboty mogą oczywiście posłużyć także do spychania nieczynnych satelitów i innych odłamków w kierunku atmosfery ziemi, która skutecznie sobie radzi z ich utylizacją.

Przed konstruktorami takich robotów stoją jednak nowe wyzwania. Przede wszystkim satelita serwisowy musi posiadać system nawigacyjny, który już na orbicie pozwoli zlokalizować nieczynnego satelitę i się do niego zbliżyć. Następnie, satelita musi w jakiś sposób zacumować, połączyć się ze swoim celem.

Firma Altius Space Machines opracowała system magnetycznego połączenia między satelitą serwisującym a serwisowanym. Zważając na fakt, że satelity dotychczas nie były przystosowywane do tego, aby łatwo je było złapać na orbicie, wydaje się to dobrym rozwiązaniem. Nowe satelity mogą być wyposażone w płytki magnetyczne, za pomocą których satelita serwisujący będzie w stanie się z nimi łączyć.

Altius Space planuje w tym roku wysłać na orbitę prototyp satelity serwisującego oraz jego potencjalny cel, a następnie przeprowadzić testy technologii. Jednocześnie firma podpisała umowę na wyposażenie w płytki magnetyczne setek satelitów firmy OneWeb, która planuje za pomocą swoich urządzeń zapewniać dostęp do internetu.

W  październiku 2019 roku Northrop Grumman wysłał misję demonstracyjną, w ramach której satelita serwisowy MEV 1 pod koniec stycznia 2020 r. będzie próbował delikatnie połączyć się z satelitą komunikacyjnym Intelsat 901 i przesunąć go na inną orbitę. W tym przypadku satelita serwisowy do połączenia ze swoim celem będzie wykorzystywał mechanizm robotyczny.

Po udanym połączeniu, satelity zbliżą się do siebie, a MEV1 uruchomi swoje silniki, aby przesunąć się na nową orbitę, na której Intelsat 901 będzie mógł kontynuować swoją pracę. MEV 1 pozostanie złączony z Intelsatem 901 przez co najmniej pięć lat, wydłużając tym samym jego czas pracy.

Rozwój technik satelitarnych oraz rosnąca liczba satelitów wymagają nowych rozwiązań umożliwiających utrzymywanie orbity w czystości. Northrop Grumman, Astrospace i Altius Space wchodząc na ten nowy rynek mogą zapewnić nam utrzymanie rozwoju ludzkości w przestrzeni kosmicznej, a jednocześnie stworzyć zupełnie nową branżę przemysłu kosmicznego.