Tīrīt kosmosu ir daudz grūtāk, nekā šķiet
Kosmosa piesārņojuma problēma satrauc visu kosmosa kopienu. Šādas hipotētiskas norises zemas Zemes orbītā, piemēram, Keslera sindroms, kas paredz nekontrolējamu kosmosa atlūzu veidošanos, ir satraucis pat populāros medijus. Ir skaidrs, ka ir nepieciešami fundamentāli pētījumi, lai saprastu, ar kādām briesmām ir saistīts pat neliels fragments, un lai aprēķinātu, cik mēs esam gatavi maksāt par kosmosa sakopšanu.
Šodien politiķi, zinātnieki, tehniķi un plašāka sabiedrība dziļi apzinās kosmosa atlūzu izplatīšanos. Pateicoties JK pamatdarbam. Liouville un Nicholas Johnson, kas publicēti 2006. gadā, mēs saprotam, ka atkritumu līmenis nākotnē, visticamāk, turpinās pieaugt, pat ja tiek pārtraukta visu palaišana. Šīs ilgstošās izaugsmes iemesls ir sadursmes, kas paredzamas starp satelītiem un raķešu stadijām, kas jau atrodas orbītā. Tas rada lielas bažas daudziem satelītu operatoriem, kuri ir spiesti veikt atbilstošus pasākumus, lai aizsargātu savus aktīvus.
Daži eksperti uzskata, ka šie incidenti būs tikai sākums virknei sadursmju, kuru dēļ būs gandrīz neiespējami piekļūt zemai Zemes orbītā. Šo parādību, kuru pirmo reizi detalizēti aprakstīja NASA konsultants Donalds Keslers, parasti dēvē par Keslera sindromu. Bet realitāte, visticamāk, ļoti atšķirsies no līdzīgām prognozēm vai notikumiem, kas parādīti spēlfilmā "Gravitācija". Patiešām, rezultāti, kas sestā Eiropas konferencē par šo tēmu tika iesniegti Aģentūru Kosmosa atkritumu koordinācijas komitejai (IADC), liecināja par paredzamo atkritumu pieaugumu tikai par 30 procentiem 200 gadu laikā ar nepārtrauktu palaišanu.
Sadursmes joprojām notiks, taču realitāte būs tālu no katastrofālā scenārija, no kura daži baidās. Kosmosa atkritumu apjoma pieaugumu var samazināt līdz diezgan pieticīgam līmenim. IADC priekšlikums ir plaši izplatīt un stingri ievērot kosmosa atkritumu mazināšanas vadlīnijas, jo īpaši attiecībā uz enerģijas avotu neitralizāciju, kas būtu pilnībā jāizstrādā līdz lidojuma beigām, un iznīcināšanu pēc lidojuma beigām. Tomēr no IADC viedokļa gaidāmajam atkritumu daudzuma pieaugumam, neraugoties uz pašreizējiem centieniem, joprojām ir jāievieš papildu pasākumi, lai apkarotu esošos riska faktorus.
Nav progresa?
Ievērojama interese par kosmosa vides atjaunošanu tika atzīmēta deviņus gadus pēc Liouville and Johnson darba publicēšanas. Jo īpaši visā pasaulē ir veikti pasākumi, lai izstrādātu metodes objektu noņemšanai no zemas Zemes orbītas. Piemēram, Eiropas Kosmosa aģentūra nesen paziņoja par nodomu nākamajā desmitgadē nodrošināt valdības atbalstu Eiropas kosmosa kuģa palaišanai. Aģentūra ir veikusi daudzus pētījumus, lai noteiktu racionālus un uzticamus mērķa sasniegšanas veidus. Plānošanas galvenais elements bija gružu telpas datormodeļi, kas parādīja, ka gružu augšanu var novērst, noņemot īpašus kosmosa kuģu vai raķešu posmus. Datorsimulācijās šie objekti tiek identificēti kā visvairāk pakļauti sadursmēm, tāpēc pēc to izņemšanas no orbītas sadursmju skaitam vajadzētu strauji samazināties, kas novērsīs jaunu gružu parādīšanos gružu izkliedes rezultātā.
Kopš Luvila un Džonsona darba publicēšanas ir pagājuši gandrīz desmit gadi, un ir pārsteidzoši, ka starptautiskā vai nacionālā līmenī nav metodoloģisku principu, kas skaidri definētu pasākumus Zemes tuvumā esošās telpas piesārņojuma seku likvidēšanai. Šķiet, ka, neraugoties uz aicinājumiem rīkoties, ir zināma apātija attiecībā uz atkritumu apglabāšanas procedūras izstrādi. Bet vai tas tiešām tā ir?
Patiesībā situācija nav tik vienkārša, kā šķiet. Attiecībā uz kosmosa atkritumu izvešanas procedūru ir jāatbild uz dažiem pamatjautājumiem. Īpašas bažas rada jautājumi, kas saistīti ar īpašumtiesībām, atbildību un pārredzamību. Piemēram, daudzas no atkritumu izvešanai piedāvātajām tehnoloģijām var izmantot arī aktīvā kosmosa kuģa noņemšanai vai atspējošanai. Tāpēc var gaidīt pārmetumus, ka šīs tehnoloģijas ir ieroči. Pastāv arī jautājumi par konsekventas atkritumu izvešanas programmas izmaksām. Daži tehniķi to novērtējuši desmitiem triljonu dolāru.
Tomēr, iespējams, vissvarīgākais adekvātu metodoloģisko principu trūkuma iemesls slēpjas faktā, ka mēs vēl nezinām, kā veikt meliorāciju, ar ko praksē domājam kosmosa attīrīšanu. Bet tas nenozīmē, ka mēs nezinām, kādas tehnoloģijas mums ir vajadzīgas.
Algoritmi vienreizējai lietošanai jau ir praktiski izstrādāti. Patiesā problēma rodas no šķietami vienkārša uzdevuma: noteikt "pareizos" gružus, ko noņemt no orbītas. Un, kamēr mēs nevarēsim atrisināt šo problēmu, šķiet, ka mēs nevarēsim atgūt vietu.
Spēlē drupas
Lai saprastu tāda šķietami vienkārša uzdevuma risināšanas problemātisko raksturu kā noņemamo atkritumu noteikšana, mēs izmantojam spēles analoģiju ar 52 parasto spēļu kāršu klāju. Šajā analoģijā katra karte attēlo objektu kosmosā, kuru mēs varētu vēlēties noņemt, lai novērstu sadursmi. Pēc tam, kad kārtis ir izdalītas, mēs katru karti atsevišķi novietojam uz galda uz leju. Mūsu mērķis tagad ir mēģināt identificēt dūžus un noņemt tos no galda, jo šīs kartes attēlo satelītus vai citus lielus kosmosa gružu objektus, kas nākotnē var kļūt par sadursmes dalībniekiem. Mēs varam izņemt no galda tik daudz karšu, cik vēlamies, bet ikreiz, kad izņemam vienu karti, mums ir jāmaksā 10 USD. Turklāt, attālinoties, mums nav tiesību apskatīt karti (ja satelīts tiek izņemts no orbītas, mēs nevaram droši pateikt, kas tieši tas varētu kļūt par sadursmes dalībnieku). Visbeidzot, mums ir jāmaksā 100 ASV dolāri par katru dūzi, kas paliek uz galda, kas atspoguļo iespējamos zaudējumus, kas radušies sadursmju rezultātā, iesaistot mūsu satelītus (patiesībā satelīta nomaiņas izmaksas var svārstīties no 100 000 USD līdz 2 miljardiem USD).
Nu, kā mēs varam atrisināt šo problēmu? Otrajā pusē visas kārtis ir vienādas, tāpēc nav iespējams pateikt, kur atrodas dūži, un vienīgais veids, kā pārliecināties, ka esam notīrījuši visus dūžus, ir notīrīt visas kārtis no galda. Mūsu piemērā tas maksās ne vairāk kā 520 USD. Kosmosā mēs saskaramies ar to pašu problēmu: mēs precīzi nezinām, kuri objekti var būt iesaistīti sadursmēs, taču ir pārāk dārgi tos visus noņemt, tāpēc mums ir jāizvēlas. Pieņemsim, ka esam izdarījuši izvēli: kāda ir varbūtība, ka esam noņēmuši dūzi, lai noņemtu vienu 10 ASV dolāru vērtu karti? Varbūtība, ka karte ir dūzis, ir četras, kas dalās ar 52, citiem vārdiem sakot, aptuveni ar 0, 08 vai 8 procentiem. Tādējādi varbūtība, ka karte nav ace, ir 92 procenti. Šī ir varbūtība, ka mēs iztērējām savus 10 USD.
Kas notiks, ja šoreiz ņemsim otru karti (kas mums izmaksās vēl 10 USD)? Varbūtība, ka otrā kārts ir dūzis, ir atkarīga no tā, vai pirmā kārts bija dūzis. Ja tas tā būtu, tad varbūtība, ka arī otrā kārts ir dūzis, ir trīs dalīta ar 51 (jo tagad klājā ir tikai trīs dūži, kas ir samazinājušies par vienu kārti). Ja pirmā kārts nav ace, tad varbūtība, ka otrā kā ace ir četra, dalīta ar 51 (jo mazākajā klājā joprojām ir četri dūži).
Mēs varam izmantot šo metodi, lai noteiktu varbūtību, ka esam noņēmuši abus dūžus - mēs vienkārši reizinām varbūtības, lai atrastu atbildi: 4/52 reizes 3/51, kas dod mums varbūtību 0,0045 vai 0,45 procenti 20 ASV dolāru vērtībā par divām kartēm noņemts. Nav ļoti uzmundrinoši.
Tomēr mēs varam arī noteikt varbūtību noņemt vismaz vienu no dūžiem. Pēc divu kāršu izvilkšanas pastāv 15 procentu iespēja, ka esam veiksmīgi noņēmuši vismaz vienu no dūžiem. Tas izklausās daudzsološāk, taču arī šobrīd izredzes nav īpaši labas.
Izrādās, ka, lai palielinātu izredzes izvilkt vismaz vienu no dūžiem, mums ir jānoņem vairāk nekā deviņas kārtis (90 ASV dolāru vērtībā) vai vairāk nekā 22 kārtis (220 ASV dolāru vērtībā), ja vēlamies būt pārliecināti par 90 procentiem ka esam noņēmuši vienu no dūžiem. Pat ja mums izdosies, trīs dūži joprojām ir uz galda, tāpēc kopumā mums vēl ir jāmaksā 520 ASV dolāri, kas nejauši ir tāda pati summa, kāda mums bija jāmaksā, ja mēs būtu izvēlējušies iespēju ar izņemšanu. Visas kartes.
Spēles ir beigušās
Atgriežoties no mūsu analoģijas atpakaļ reālajā kosmosa vidē, situācija šķiet satraucošāka. Pašlaik aptuveni 20 000 objektu tiek izsekoti orbītā, izmantojot ASV kosmosa novērošanas staciju tīklu, un aptuveni seši procenti no šiem objektiem sver vairāk nekā vienu tonnu, kas hipotētiski varētu piedalīties sadursmē un kurus mēs varētu vēlēties noņemt. Kāršu analoģijā mūsu problēma ir tāda, ka visu kāršu aizmugure ir vienāda un varbūtība, ka viens ir pīķa dūzis, ir tāda pati kā varbūtība, ka otra ir arī dūze. Nav iespējams identificēt vēlamās kartes un noņemt tās no galda. Patiesībā mūsu iespējas izvairīties no sadursmes ir daudz lielākas nekā kāršu spēlē, jo orbītā mēs redzam varbūtību, ka daži objekti tiks iesaistīti sadursmēs, un mēs varam koncentrēt savu uzmanību uz tiem. Piemēram, objekti, kas atrodas blīvi apdzīvotās orbītās, piemēram, heliosinhroni, augstumā no 600 līdz 900 kilometriem, visticamāk, tiks iesaistīti sadursmēs, jo šajā zonā ir sastrēgumi. Ja mēs koncentrējam savu uzmanību uz līdzīgiem objektiem (un citi uz līdzīgi noslogotām orbītām) un ņemam vērā prognozes par to sadursmes iespējamību, izrādās, ka mums ir jānoņem aptuveni 50 objekti, lai samazinātu paredzamo katastrofālo sadursmju skaitu par tikai viena vienība, kas izriet no pētījumu rezultātiem, ko veikuši IADC kosmosa aģentūras locekļi.
Un izrādās, ka pat tad, ja ar vienu tīrāku kosmosa kuģi var noņemt vairākus objektus (un pieci mērķi šķiet daudzpusīga alternatīva), daudzi lidojumi - bieži vien izaicinoši un vērienīgi - ir jāveic tikai, lai novērstu vienu sadursmi.
Kāpēc mēs nevaram precīzāk paredzēt sadursmju iespējamību un noņemt tikai tos objektus, par kuriem mēs zinām, ka tie būs bīstami? Ir daudzi parametri, kas var ietekmēt satelīta trajektoriju, ieskaitot satelīta orientāciju neatkarīgi no tā, vai tā ir neparasta kustība vai laika apstākļi kosmosā (kas var ietekmēt satelītu radīto pretestību). Pat nelielas kļūdas sākotnējās vērtībās var izraisīt lielas neatbilstības satelīta pozīcijas aprēķināšanas rezultātos salīdzinājumā ar realitāti un pēc salīdzinoši īsa laika. Patiesībā mēs izmantojam to pašu paņēmienu kā prognozētāji: mēs izmantojam modeļus, lai radītu konkrētu rezultātu iespējamību, bet ne to, ka šie rezultāti kādreiz tiks iegūti.
Tādējādi mums ir tehnoloģijas, kuras laiku pa laikam var izmantot kosmosa atkritumu noņemšanai. Šādu nostāju ieņēma Eiropas Kosmosa aģentūra ar savu plānoto misiju e. Deorbit, taču joprojām ir jāatrisina problēmas, lai identificētu vispiemērotākos noņemšanas objektus. Šīs problēmas ir jārisina, pirms nepieciešamās vadlīnijas un metodiskos principus var padarīt pieejamus interesentiem, lai sagatavotu ilgtermiņa kosmosa atkritumu izvešanas programmu, kas ir būtiska efektīvai vides sanācijai.
Metodiskie principi attiecībā uz konkrētām vietām, to skaitu, prasībām un ierobežojumiem ir būtiski, lai palielinātu varbūtību, ka centieni vides sakārtošanā būs efektīvi un lietderīgi. Lai izstrādātu šādus metodiskos principus, mums ir jāpārskata mūsu nepamatotās cerības uz labvēlīgu iznākumu.
