Wydrukuj tę stronę
poniedziałek, 20 styczeń 2020 17:51

Zagrożenie kolizjami na orbicie rośnie w szybkim tempie. Czas na kosmiczne porządki.

Napisane przez Redakcja
Oceń ten artykuł
(0 głosów)
Zagrożenie kolizjami na orbicie rośnie w szybkim tempie. Czas na kosmiczne porządki. Grafika: Pixabay.com / Pixabay License

Bezpieczeństwo w kosmosie to kwestia jak najbardziej przyziemna. Nietrudno sobie wyobrazić potencjalne skutki awarii satelity odpowiedzialnego za funkcjonowanie systemu GPS…

Zagrożenie kolizjami na orbicie rośnie w szybkim tempie. Ziemię okrąża coraz więcej nowych satelitów. Jak to wygląda w praktyce? Niewiele brakowało, a 25 grudnia 2019 roku, uległby zniszczeniu jeden z pięciu polskich satelitów - BRITE2-PL Heweliusz, służący do obserwacji zmian jasności gwiazd. Satelita znalazł się w odległości zaledwie 11 metrów od odrzuconego członu rakiety Pegasus. Obydwa obiekty pędziły z szybkością około 15 tys. km/h. Gdyby się zderzyły, na orbicie znalazło by się mnóstwo, może nawet tysiące odłamków, z których każdy stanowiłyby zagrożenie dla innych satelitów. Przy tak ogromnych prędkościach kilkumilimetrowy element zamienia się w rodzaj pocisku…

Space Situational Awarness (w skrócie SSA) czyli Świadomość Sytuacyjna Przestrzeni Kosmicznej to jeden z ważnych obszarów aktywności Polskiej Agencji Kosmicznej (PAK), której zaangażowanie w tej dziedzinie stanowi wielką szansę dla polskich jednostek naukowych i firm. W realizację zadań związanych kosmicznym bezpieczeństwem zaangażowanych jest już kilka podmiotów, a do PAK spływają unijne pieniądze.

W 2019 roku Polska dołączyła do działającego przy Komisji Europejskiej Konsorcjum EU Space Surveillance and Tracking (EUSST), które zrzesza 8 krajów unijnych. Przynależność do niego ma charakter dobrowolny, ale zainteresowane kraje muszą spełnić szereg warunków - takich jak posiadanie sieci wysokiej klasy teleskopów i urządzeń laserowych. Konsorcjum funkcjonuje niezależnie od Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA); zostało nałożone w 2015 roku przez Francję, Niemcy, Włochy, Hiszpanię, Wielką Brytanię. Po trzech latach do EUSST zostały przyjęte trzy kolejne państwa: Portugalia, Rumunia i właśnie Polska.

PAK otrzymała niedawno grant operacyjny w wysokości 1,8 mln euro na prowadzenie obserwacji. Kolejny, znacznie większy grant, jest obecnie negocjowany. Wdrożeniem zajmuje się m.in. należące do PAK, Narodowe Centrum Operacyjne Świadomości Sytuacyjnej Przestrzeni Kosmicznej (Space Situational Awareness Centre - SSAC-PL). Generalnie rzecz biorąc; centrum prowadzi obserwacje, przetwarza je i przekazuje do EUSST, dzięki czemu nasz kraj ma bezpośredni dostęp do związanych z tym usług. Jest to ciekawy szybko rozwijający się rynek o dużym potencjale, a aktywność Polski na szczeblu unijnym otwiera nowe możliwości działania innowacyjnym krajowym firmom. Zresztą, już się to dzieje - w obserwacje zaangażowane są dwie firmy i trzy jednostki naukowe. Wkrótce pojawią się następne. Rośnie też zapotrzebowanie na usługi w dziedzinie procesowania danych i analizy orbit.

Podstawowym celem powołania EUSST było zwiększenie bezpieczeństwa na orbicie okołoziemskiej, gdzie porusza się mnóstwo nieaktywnych satelitów i tak zwanych śmieci kosmicznych. Dotychczas jedynym dostawcą informacji na temat potencjalnych zagrożeń były Stany Zjednoczone. W związku z tym Komisja Europejska zaproponowała, by zadbać o autonomiczne możliwości obserwowania tego, co dzieje się na orbicie i świadczenie związanych z tym usług dla krajów Unii. Usługi te polegają na: ostrzeganiu o potencjalnych kolizjach, informowaniu o tym, że jakiś obiekt uległ destrukcji lub zbliża się do ponownego wejścia w atmosferę, co większości przypadków kończy się spaleniem. Ale nie zawsze. Czasem, w przypadku dużych obiektów, ich elementy spadają na ziemię.

Specjaliści z konsorcjum EUSST prowadzą obserwacje przy pomocy teleskopów, radarów i stacji laserowych. Na tej podstawie budują modele ruchu na orbicie, co pozwala przewidywać potencjalne zagrożenia. Sygnały takie pojawiają się dość często i od razu przekazywane są operatorom satelitów. Niestety, wspomniany wcześniej satelita BRITE2-PL, nie dysponuje sterowaniem, które pozwoliłoby mu uchronić się przed kolizją. Inaczej wygląda to w przypadku bardziej zaawansowanych konstrukcji wyposażonych w silniki, które pozwalają na korektę orbity, jak np. w przypadku satelitów meteorologicznych. Muszą one manewrować, by ominąć kosmiczne śmieci utrzymując określoną pozycję i w związku z tym potrafią uchronić się przed katastrofą. Manewry te planuje się z wyprzedzeniem na podstawie danych SSA.

Warto dodać, że tematyką bezpieczeństwa w kosmosie zajmują się obecnie dwa - w dobrym słowa tego znaczeniu - konkurencyjne, lub mówiąc inaczej komplementarne podmioty: Komisja Europejska i Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). Druga z instytucji wdraża program Space Safety, którego ważnym komponentem jest Clean Space. Chodzi o to, by ograniczyć zaśmiecanie przestrzeni wokół Ziemi, w tym przede wszystkim tzw. niskiej orbity okołoziemskiej (LEO – Low Earth Orbit), na której znajduje się większość satelitów. W przyszłości satelity mogłyby być także serwisowane na orbicie, na przykład tankowane, co wydłużyłoby ich funkcjonowanie. Natomiast, obecnie wysiłki skupione są na wysyłaniu zrobotyzowanych satelitów, które będą usuwały kosmiczne śmieci przyczepiając się nich i deorbitując je, czyli ściągając do atmosfery, żeby spłonęły. Stanowi to nie tylko ciekawe wyzwanie technologiczne, ale też kierunek rozwoju rynku innowacyjnych usług, Niedługo zadebiutuje pierwsza mega konstelacja satelitarna Starlink, przy pomocy której Elon Musk planuje dostarczać Internet. Złoży się na nią 42 tys. satelitów, które w przyszłości trzeba będzie usuwać w sposób rutynowy, żeby nie dopuścić do kompletnego zabałaganienia orbity wokółziemskiej. Warto wspomnieć, że jeden z satelitów Starlink kilka miesięcy temu mógł uderzyć w Międzynarodową Stację Kosmiczną (International Space Station - ISS), której na szczęście udało się uchylić przed kolizją.

O jakim poziomie zaśmiecenia obszaru wokół ziemi można dziś mówić? Zależy to od rodzaju orbit. Najgorzej wygląda to na granicy kosmosu i atmosfery, gdzie ulokowana została ISS. Właśnie w tym obszarze porusza się większość obiektów - począwszy od 1 mm. Jest ich już około miliona. Zwykły odprysk farby pędzący z szybkością orbitalną jest w stanie uszkodzić okno stacji kosmicznej. Zderzenia mają miejsce relatywnie rzadko, ale wystarczy jedna kolizja aktywnego satelity ze sporym śmieciem, by pojawiło się kilkanaście tysięcy odłamków, z których każdy to źródło potencjalnego zagrożenia. Eksperci obawiają się lawinowego mnożenia się śmieci na orbicie w wyniku kolejnych kolizji. Słowem - nie można wysyłać nowych satelitów, nie biorąc pod uwagę czyhających na nie zagrożeń.

Usługi związane z monitorowaniem kosmosu to obecnie konieczność również w kontekście tego, co może zdarzyć się na Ziemi. W większości przypadków kosmiczne szczątki spadają do oceanów. Na terytorium Tajlandii kilkakrotnie znaleziono fragmenty chińskich rakiet. Zdaniem specjalistów, nadszedł już czas, by zadbać o regulację w dziedzinie ruchu na orbitach. Oprócz konstelacji Muska powstaje kilka innych. Wkrótce wokół Ziemi zrobi się tłok. Każdy będzie mógł to stwierdzić naocznie spoglądając nocą na niebo. Instytucje międzynarodowe pracują intensywnie nad wprowadzeniem przepisów regulujących ruch w Kosmosie, podobnie jak ma to miejsce w lotnictwie (tzw. Space Traffic Management). To ważne, ponieważ dochodzi do aktów wandalizmu kosmicznego - takich jak testy broni przeciwsatelitarnej przeprowadzone przez niektóre państwa. W związku z tym pojawiło się mnóstwo nowych niebezpiecznych śmieci na orbicie. Ktoś będzie musiał je w końcu posprzątać.

Poniżej: ciekawe linki do materiałów ilustrujących zagrożenia na orbicie - zaśmiecenie orbitalne, niebezpieczne kolizje.

Warto pamiętać, że w ramach SSA śledzonych jest ponad 20 tys. obiektów powyżej 10 cm,, w tym około 2 tys. satelitów. Łączna liczba drobnych kosmicznych śmieci to około miliona.

Historia kosmIcznych śmieci:

https://gizmodo.com/a-history-of-garbage-in-space-1572783046

Kolizja satelitów Iridium 33 i Cosmos 2251

Zestrzelenie satelity przez Indie 1:

https://spacenews.com/op-ed-indias-asat-test-is-wake-up-call-for-norms-of-behavior-in-space/

Zestrzelenie satelity przez Indie 2:

Katastrofalny chiński eksperyment zestrzelenia satelity

Ewolucja kosmicznych śmieci - symulacja

https://www.esa.int/About_Us/ESOC/Space_debris_-_evolution_in_pictures

Śmieci na orbicie - symulacja

https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Videos/2019/02/Distribution_of_space_debris_in_orbit_around_Earth

Dlaczego SSA jest istotne i potrzebne?

Space Situational Awarness (w skrócie SSA) czyli Świadomość Sytuacyjna Przestrzeni Kosmicznej to w dużym uproszczeniu zdolność do wykrywania i śledzenia obiektów (satelitów) poruszających się na orbitach wokół Ziemi. Zdolność ta jest istotna dla zapewnienia bezpieczeństwa zarówno samych obiektów (wykrywanie i unikanie kolizji pomiędzy satelitami oraz ocena skutków, kolizji które nastąpiły), jak życia i zdrowia ludzkiego oraz bezpieczeństwa infrastruktury naziemnej (przewidywanie obszarów na których mogą spaść szczątki satelity). Posiadanie powyższej zdolności wpływa również na zwiększenie poziomu bezpieczeństwa państwa poprzez monitorowanie przelotów satelitów państw obcych nad terytorium Polski.

Polskie zaangażowanie w SSA: w czym jesteśmy dobrzy, w jakich obszarach mamy przewagę, z czego możemy być dumni?

Zdolność działania w ramach SSA jest uzależniona od posiadania odpowiednio rozbudowanej sieci sensorów oraz możliwości przetwarzania otrzymywanych przez nie danych. Biorąc pod uwagę, że polskie sensory zlokalizowane są na całym świecie, mają bardzo dobre możliwości w zakresie wykrywania oraz śledzenia satelitów poruszających się na średniej (tzn. MEO) oraz geostacjonarnej (tzn. GEO) orbitach Ziemi. Istotnym wyzwaniem jest jednak połączenie wszystkich sensorów w jedną sieć. Polskie ośrodki naukowe oraz firmy prywatne od lat budują z bardzo dobrymi rezultatami, swoje kompetencje w zakresie SSA – w szczególności w zakresie teleskopów optycznych oraz obserwacji prowadzonych przy użyciu lasera. Podmioty należące do polskiego sektora kosmicznego; działające w obszarze SSA, pozyskały w ostatnich latach znaczące środki (w szczególności dostępnych z programów ESA) na realizację projektów umożliwiających rozwój technologii i dalsze budowanie kompetencji w tym obszarze.  

Jaka jest rola PAK?

Polska Agencja Kosmiczna podjęła się zadania budowy krajowego systemu świadomości sytuacyjnej w przestrzeni kosmicznej poprzez połączenie wszystkich istniejących do tej pory sensorów w jedną globalną sieć. Dane otrzymane z sensorów przetwarzane są w ramach – funkcjonującego w strukturach Agencji - Narodowego Centrum Operacyjnego SSA (SSAC-PL) w celu świadczenia usług użytkownikom krajowym (operatorzy satelitów, podmioty odpowiedzialne za bezpieczeństwo) oraz zagranicznym – w ramach współpracy międzynarodowej. W styczniu 2019 r. POLSA formalnie weszła w skład Konsorcjum EU SST tj. projektu europejskiej współpracy w zakresie SSA, gdzie e wraz z 7 agencjami kosmicznymi oraz Centrum Satelitarnym UE współpracuje w zakresie zwiększenia poziomu bezpieczeństwa obywateli i infrastruktury europejskiej. Powyższa współpraca finansowana jest ze środków UE, z których większość przeznaczona jest dla podmiotów z krajowego sektora kosmicznego.

Czym jest Space Safety i jakie stwarza szanse dla Polski?

Program „Space Safety” Europejskiej Agencji Kosmicznej jest z istotniejszych narzędzi, jakie Polska (w szczególności krajowy sektor kosmiczny), może wykorzystać dla budowy swoich szeroko pojętych kompetencji w zakresie SSA. Głównym celem programu jest wspieranie ochrony naszej planety, zdrowia i życia ludzkiego oraz infrastruktury przed zagrożeniami pochodzącymi z przestrzeni kosmicznej. Na realizację programu ESA przeznaczyła 600 mln euro, o które to środki mogą się również ubiegać podmioty z krajowego sektora kosmicznego.

Warto podkreślić szansę jaką stwarza dla polskich podmiotów jeden z obszarów aktywności przewidzianych w ramach programu - Active Debris Removal/In-Orbit Servicing (ADRIOS), czyli Aktywne Usuwanie Śmieci (kosmicznych) / Serwisowanie Obiektów na Orbicie. Celem tej aktywności jest uzyskanie pierwszej w skali globalnej specjalizacji w dziedzinie usuwania śmieci kosmicznych. Kolejny cel to możliwość pozyskania przez europejski przemysł zdolności do przeprowadzania serwisowania satelitów na orbicie. Wzorcowa usługa będzie dotyczyła usunięcia nieaktywnego satelity ESA o masie poniżej 100 kg przed końcem 2025 r. Wiąże się z tym wzrost zainteresowania przemysłu wejściem na przyszły rynek usług serwisowania na orbicie.

Biorąc pod uwagę, już zrealizowane projekty polskich firm i uczelni (np. ramię robotyczne) należy założyć znaczący udział polskich podmiotów.

Źródło informacji: PAK

Czytany 1224 razy

Artykuły powiązane