Nauka

Sieć na kosmiczne śmieci

Ten projekt naprawdę pobudza wyobraźnię: Polacy projektują kosmiczną śmieciarkę, która w imieniu Europejskiej Agencji Kosmicznej posprząta złom z coraz bardziej zatłoczonej orbity.

Autorka: Aleksandra Stanisławska

W kosmicznej próżni nie jest tak pusto, jakby można przypuszczać, zwłaszcza w okolicach Ziemi. Tak naprawdę ludzkość zrobiła tam prawdziwy śmietnik. Do wysokości dwóch tysięcy kilometrów ponad naszym globem krąży ponad 300 mln odpadków o średnicy powyżej 1 mm – od niedziałających satelitów i górnych stopni rakiet nośnych, przez reaktory jądrowe, po drobiny moczu astronautów i resztki sprzętu, jak śruby czy kawałki powłoki wahadłowców. Każdy z tych śmieci jest zagrożeniem dla ludzi i urządzeń pracujących na orbicie. Przekonała się o tym załoga promu Challenger, kiedy w 1983 roku w statek uderzył fragment farby wielkości paznokcia, który nieomal rozbił okno kabiny.

Ślad na oknie promu Challenger po uderzeniu odprysku farby.
Ślad na oknie promu Challenger po uderzeniu odprysku farby.

A gdyby tak posłać na orbitę kosmicznego sprzątacza, który pozbierałby co większe i bardziej niebezpieczne szczątki, a następnie skierował je do atmosfery, by spłonęły? Dzięki temu można by zrobić więcej miejsca dla pracującego sprzętu. Problemem jest chociażby Envisat, największy satelita cywilny, który – mimo że nie działa od 2012 roku – wciąż krąży po bardzo zatłoczonej orbicie heliosynchronicznej, z której można wygodnie prowadzić obserwację konkretnego obszaru na Ziemi. Właścicielem zawalidrogi jest Europejska Agencja Kosmiczna (ESA), która postanowiła pozbyć się wreszcie kłopotu.

Kosmiczne śmieci wokół Ziemi:

– Obliczono, że jeśli co roku usuniemy pięć do 10 dużych śmieci z najbardziej zatłoczonych orbit, to poziom liczby krążących tam nadal odpadków powinien się ustabilizować, czyli przynajmniej nie rosnąć, jak to się dzieje obecnie – mówi Wojciech Gołębiowski, dyrektor ds. technicznych SKA Polska, firmy, która wzięła na siebie zadanie zaprojektowania zasadniczych elementów kosmicznej śmieciarki dla ESA. – Pomysł jest taki, żeby do przechwytywania kosmicznych śmieci użyć wystrzeliwanej, rozwijanej sieci – podobnej do tych, w jakie chwyta się dzikie zwierzęta. Ta sieć będzie musiała podołać dużym gabarytom takiego kolosa, jakim jest mierzący 26 m i ważący 8 ton satelita Envisat, który stanie się jednym z pierwszych celów takich działań. Potrzebna będzie więc do tego naprawdę ogromna sieć.

Tak według ESA może wyglądać łapanie w sieć nieczynnych satelitów (ilustr. arch. ESA)
Tak według ESA może wyglądać łapanie w sieć nieczynnych satelitów (ilustr. arch. ESA)

Misja, która „sprzątnie” Envisata, ma wyruszyć w 2021 roku. Do satelity wysłany zostanie autonomiczny, zautomatyzowany statek – cysterna mieszcząca duże ilości paliwa niezbędnego do przeprowadzenia skomplikowanych manewrów w przestrzeni kosmicznej. Robot wyrzuci sieć w stronę złomu, a ta oplącze się wokół jego wystających elementów. Następnie statek odholuje satelitę na niższą orbitę, by bezpiecznie spłonął w górnych warstwach atmosfery. Miejsce wejścia w atmosferę zostanie tak dobrane, że gdyby na pozostały jednak jakieś szczątki, to spadną do oceanu, a nie na obszary zamieszkane.

– Dla tej pierwszej kosmicznej śmieciarki będzie to najprawdopodobniej misja samobójcza, a więc i ona spłonie w atmosferze. W przyszłości zapewne zostanie skonstruowany do tego celu sprzęt kilkukrotnego użytku – mówi Wojciech Gołębiowski.

 

Satelita Envisat (ilustr. arch. ESA).
Satelita Envisat (ilustr. arch. ESA).

W tym projekcie rola Polaków z warszawskiej firmy SKA Polska polega na wykonaniu symulatora sieci do chwytania satelity, dzięki czemu w ogóle będzie można myśleć o skonstruowaniu takiego urządzenia. W realizacji przedsięwzięcia pomaga specjalizująca się w systemach nawigacyjnych firma OptiNav ze Słupska, a wsparcia w zakresie wdrożenia technologii kosmicznych udziela włoski partner – firma STAM.

Napisanie oprogramowania dla tak oryginalnego przedsięwzięcia wymagało niecodziennych zabiegów. Najpierw polscy inżynierowie przeprowadzili obliczenia i wykonali kilkaset symulacji komputerowych, które pozwoliły na określenie parametrów fizycznych i inżynierskich nakierowania na cel i wystrzelenia sieci. Następnie, aby sprawdzić wiarygodność tych algorytmów w warunkach mikrograwitacji, wynajęli samolot do lotów parabolicznych, który symuluje stan nieważkości, gwałtownie wznosząc się i opadając. To pozwoliło na weryfikację oprogramowania. Na podstawie danych dostarczonych przez Polaków ESA zaprojektuje teraz własną misję, a więc zbuduje kosmiczną śmieciarkę, która w 2021 roku schwyta Envisata.

Wizualizacja kosmicznych śmieci widzianych spoza orbity geosynchronicznej (ilustr. arch. NASA).
Wizualizacja kosmicznych śmieci widzianych spoza orbity geosynchronicznej (ilustr. arch. NASA).

Na tym jednak inżynierowie ze SKA Polska nie poprzestaną, bo i oni – we współpracy ze sprawdzonymi partnerami z OptiNav i STAM – chcą zbudować własną wersję modułu zarzucającego sieć na złom. Stanie się on kluczowym elementem kolejnej kosmicznej śmieciarki, której budową zainteresowana jest firma Thales Alenia Space Italy, europejski potentat branży kosmicznej.

Po co aż tyle orbitalnych śmieciarek? W kosmosie krąży tyle złomu, że każda para robotycznych rąk do pracy będzie się liczyć. Już teraz brakuje miejsca na kluczowych orbitach, w tym geostacjonarnej i heliosynchronicznej, a w niedalekiej przyszłości zrobi się tam taki ścisk, że agencje kosmiczne, chcąc wysłać w kosmos kolejny sprzęt, będą najpierw musiały zrobić dla niego miejsce. I tę szansę dostrzegli specjaliści ze SKA Polska.

– Chcemy być gotowi z taką usługą wtedy, kiedy tylko pojawi się na nią zapotrzebowanie – mówi Wojciech Gołębiowski.

Test sieci na kosmiczne śmieci:

 

Ilustracja główna: ESA (Spacejunk3D, LLC).

Udostępnij ten artykuł

Podobne tematy

Innowacje techniczne Nauka

Przeczytaj w następnej kolejności