Στα προηγούμενα δυο άρθρα της σειράς παρουσιάστηκαν οι κίνδυνοι της εκρηκτικής ηλιακής δραστηριότητας και των αστεροειδών, μαζί με τρόπους αντιμετώπισης που εξετάζουν οι διαστημικές υπηρεσίες. Ο τρίτος κίνδυνος που ελλοχεύει στο διάστημα είναι αυτός των διαστημικών σκουπιδιών. Με τις χιλιάδες εκτοξεύσεις αποστολών από τη δεκαετία του 1960 και με τις ανθρώπινες δραστηριότητες στο διάστημα να εντείνονται, ο διαστημικός χώρος γύρω από τη Γη γεμίζει σταδιακά με άχρηστα τεχνητά αντικείμενα.
Ένα πρόσφατο παράδειγμα τέτοιου αντικειμένου είναι ο κινεζικός πύραυλος που έπεσε στη Γη τον περασμένο Μάιο. Ο πύραυλος εκτοξεύτηκε στις 29 Απριλίου 2021 για να μεταφέρει τμήμα του διαστημικού σταθμού που κατασκευάζει η χώρα και εισήλθε πάλι στην ατμόσφαιρα, όταν ολοκλήρωσε την προγραμματισμένη μεταφορά. Καθώς η κινεζική διαστημική υπηρεσία δεν προγραμμάτισε η πτώση να γίνει σε κάποιο από τα συνήθη σημεία ασφαλούς πρόσπτωσης, ο πύραυλος επανήλθε ανεξέλεγκτος στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα αρκετές χώρες (όπως η Ελλάδα) να τεθούν σε επιφυλακή, ώσπου να καθοριστεί πλήρως, από τις αρμόδιες υπηρεσίες, η τοποθεσία της πρόσκρουσης και το ενδεχόμενο ζημιών και θυμάτων. Το παράδειγμα αυτό, αν και δεν είναι τυπικό του προβλήματος των διαστημικών σκουπιδιών, αναδεικνύει κάποιες από τις πτυχές του ζητήματος, το οποίο παρουσιάζεται εδώ, στο τρίτο και τελευταίο άρθρο της σειράς για την πλανητική άμυνα.
Διαστημικά σκουπίδια και κίνδυνοι
Κατ’ αναλογία με τον ορισμό των σκουπιδιών όπως τα γνωρίζουμε (άχρηστα αντικείμενα σε λάθος μέρος), τα διαστημικά σκουπίδια είναι τεχνητά αντικείμενα χωρίς χρησιμότητα, τα οποία βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη. Επομένως, είναι προϊόντα των ανθρώπινων δραστηριοτήτων της διαστημικής εποχής, δηλαδή των τελευταίων περίπου επτά δεκαετιών.
Από τη δεκαετία του 1950, που ξεκίνησε η κατάκτηση του διαστήματος, έχουν εκτοξευτεί περισσότερες από πέντε χιλιάδες αποστολές, θέτοντας ισάριθμα ή περισσότερα αντικείμενα σε τροχιά. Αυτή τη στιγμή περισσότεροι από δυο χιλιάδες δορυφόροι βρίσκονται σε λειτουργία σε διάφορες τροχιές γύρω από τη Γη, ενώ οι ανενεργοί ξεπερνούν τις τρεις χιλιάδες. Ωστόσο, το πρόβλημα των διαστημικών σκουπιδιών δεν σταματάει εκεί. Στην πραγματικότητα, μαζί με τις ογκώδεις ανενεργές συσκευές, βρίσκονται σε τροχιά και αντικείμενα με μέγεθος αρκετές δεκάδες εκατοστά, μερικά χιλιοστά ή και εκατομμυριοστά του μέτρου, όπως εξαρτήματα παλαιών δορυφόρων και τμήματα από τις προστατευτικές επικαλύψεις και βαφές τους. Αυτά προκύπτουν από τη φθορά των δορυφόρων, από συγκρούσεις ή από εσκεμμένες καταστροφές τους, όπως συνέβη το 2007, όταν η Κίνα κατέστρεψε ένα από τους παλιούς μετεωρολογικούς της δορυφόρους. Το γεγονός αυτό παρήγαγε περίπου δυόμιση χιλιάδες διαστημικά σκουπίδια ενώ παρόμοιες πρακτικές έχουν ακολουθήσει και άλλα κράτη όπως οι ΗΠΑ και η Ινδία. Συνολικά, υπολογίζεται ότι τα αντικείμενα με μέγεθος μεγαλύτερο από 10 εκατοστά φτάνουν τις τριάντα τέσσερις χιλιάδες ενώ τα μικρότερα, με διαστάσεις μεγαλύτερες από ένα χιλιοστό του μέτρου αγγίζουν τα 128 εκατομμύρια!
Όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό, τα διαστημικά σκουπίδια που σταδιακά «γεμίζουν» τις διαθέσιμες τροχιές γύρω από τον πλανήτη μας μπορούν να αποτελέσουν κίνδυνο για τους δορυφόρους, τα διαστημικά σκάφη, τα όργανά τους και το προσωπικό που ενδεχομένως επιβαίνει σε αυτά. Είναι χαρακτηριστικό ότι από το 1999, ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός έχει χρειαστεί να κάνει είκοσι πέντε μανούβρες για να αποφύγει τη σύγκρουση με διαστημικά σκουπίδια, ενώ εκατοντάδες μανούβρες το χρόνο πραγματοποιούνται από τους ενεργούς τεχνητούς δορυφόρους για την αποφυγή συγκρούσεων με συντρίμμια. Συχνότερο κίνδυνο αποτελούν τα μικρότερα αντικείμενα, ενώ οι συγκρούσεις δορυφόρων με άλλους ανενεργούς δορυφόρους είναι αρκετά σπάνιες. Στις 10 Φεβρουαρίου του 2009 ένας δορυφόρος της Iridium Satellite LLC συγκρούστηκε με τον ανενεργό δορυφόρο Cosmos 2251 της Ρωσίας, 790 χιλιόμετρα πάνω από τη Σιβηρία, αποτελώντας το πρώτο τέτοιο περιστατικό σύγκρουσης.
Αν και ατελής, η παραπάνω σκιαγράφηση των στατιστικών αποδεικνύει ότι τα διαστημικά σκουπίδια αποτελούν έναν υπολογίσιμο κίνδυνο για υπάρχουσες και νέες διαστημικές αποστολές. Για αυτό το λόγο οι διαστημικές υπηρεσίες χρειάζεται όχι μόνο να υπολογίζουν το ρίσκο και τις πιθανές επιπτώσεις μια σύγκρουσης, αλλά και να είναι σε θέση να κάνουν έγκαιρα τις απαραίτητες μανούβρες ώστε να τις αποφύγουν. Αυτό, φυσικά, απαιτεί λεπτομερή καταγραφή των διαστημικών σκουπιδιών, των μεγεθών και των τροχιών τους.
Τρόποι αντιμετώπισης
Οι τρόποι αντιμετώπισης του προβλήματος των διαστημικών σκουπιδιών περιλαμβάνουν τρεις δράσεις: την καταγραφή τους, τη θέσπιση κανόνων για το μέλλον και την απομάκρυνση κάποιων από τα αντικείμενα.
Οι διαστημικές υπηρεσίες, όπως η ESA και η NASA, εκτελούν προγράμματα για την παρακολούθηση και καταγραφή του πληθυσμού των διαστημικών σκουπιδιών. Στα πλαίσια αυτών των προγραμμάτων δεν καταγράφονται μόνο τεχνητά αντικείμενα αλλά και μετεωροειδή, τα οποία εγκυμονούν τους ίδιους κινδύνους. Για την καταγραφή βασιζόμαστε σε επίγεια και διαστημικά όργανα, τα οποία, όπως είναι αναμενόμενο, υπόκεινται σε περιορισμούς. Τα επίγεια τηλεσκόπια μπορούν να ανιχνεύσουν αντικείμενα μεγαλύτερα των δέκα εκατοστών, όταν τα τελευταία βρίσκονται σε γεωσύγχρονες τροχιές (σε ύψος περίπου τριάντα έξι χιλιάδων χιλιομέτρων), ενώ τα επίγεια ραντάρ μπορούν να δουν αντικείμενα μεγαλύτερα από μερικά εκατοστά στις χαμηλότερες τροχιές (περίπου στα δυο χιλιάδες χιλιόμετρα από την επιφάνεια της Γης). Ανιχνευτές πρόσκρουσης σε διαστημικές αποστολές μπορούν να εντοπίσουν μέχρι και εκατομμυριοστά του μέτρου, αλλά μόνο με επιτόπιες μετρήσεις. Σκοπός των παρατηρήσεων είναι η δημιουργία καταλόγων με αντικείμενα, τα μεγέθη και τις τροχιές τους, ώστε να είναι δυνατή η λήψη μέτρων από ενεργούς και μελλοντικούς δορυφόρους, αποστολές και τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Πρόκειται για ένα πολύ δύσκολο έργο, καθώς, όπως αναφέρθηκε, τα διαστημικά σκουπίδια είναι πολλά σε αριθμό και η παρατήρηση και μελέτη των μικρότερων από αυτά συνιστούν πρόκληση.
Προκειμένου να μην συνεχιστεί η αύξηση των διαστημικών σκουπιδιών στο μέλλον, ως συνέπεια της περαιτέρω ανάπτυξης των διαστημικών δραστηριοτήτων της ανθρωπότητας, τα Ηνωμένα Έθνη έχουν θεσπίσει κανόνες. Σύμφωνα με αυτούς, οι εταιρείες που στέλνουν δορυφόρους σε τροχιά είναι υποχρεωμένες να συλλέγουν τα ανενεργά σκάφη, μέσα σε 25 έτη μετά το τέλος της λειτουργίας τους. Ωστόσο, η επιβολή αυτών των κανόνων συναντά πρακτικές δυσκολίες και δεν αντιμετωπίζει τις περιπτώσεις που οι δορυφόροι εμφανίζουν βλάβες και καταστρέφονται.
Τέλος, οι διαστημικές υπηρεσίες επεξεργάζονται σχέδια και για την απομάκρυνση διαστημικών σκουπιδιών. Κάποιες από τις λύσεις που έχουν προταθεί κατά καιρούς περιλαμβάνουν διαστημικές συσκευές με δίχτυα, καμάκια, μαγνήτες, ακόμη και λέιζερ. Οι συσκευές αυτές θα προσεγγίζουν και θα τραβούν τις άχρηστες συσκευές ή θα τις εκτρέπουν ώστε να πέφτουν στην ατμόσφαιρα. Οι λύσεις αυτές δεν αντιμετωπίζουν, ωστόσο, το πρόβλημα των εκατομμυρίων μικρότερων αντικειμένων.
Αναζητώντας την πηγή των διαστημικών σκουπιδιών. Ένας διαγωνισμός της ESA.
Στα πλαίσια του προγράμματος Space Safety, η ESA διοργανώνει διαγωνισμό ανοιχτό σε ομάδες ειδικών στην τεχνητή νοημοσύνη και μηχανικών του διαστήματος από όλο τον κόσμο. Ο διαγωνισμός γίνεται σε συνεργασία με τους επιστήμονες του προγράμματος Stardust Reloaded (http://www.stardust-network.eu/), το οποίο χρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή στα πλαίσια του Horizon 2020 και έχει ως σκοπό την εξερεύνηση των αστεροειδών και την προώθηση μιας βιώσιμης εκμετάλλευσης του διαστήματος. Ο διαγωνισμός έχει τον τίτλο Andrea Millani Challenge, προς τιμή του Ιταλού μαθηματικού και αστρονόμου που έφυγε πρόσφατα.
Όπως ήδη αναφέραμε, προτείνεται στο μέλλον η θέσπιση αυστηρών κανόνων, οι οποίοι θα καθιστούν τους φορείς ή ιδιωτικές εταιρείες, που θέτουν κάποια αποστολή σε τροχιά, υπεύθυνες σε περίπτωση παραγωγής διαστημικών σκουπιδιών λόγω βλάβης του δορυφόρου ή μετά το τέλος μιας αποστολής. Μη τήρηση των κανόνων θα έχει ως συνέπεια αυστηρά πρόστιμα για τους διαχειριστές της αποστολής. Όμως για να είναι κάτι τέτοιο εφαρμόσιμο, θα πρέπει να είμαστε σε θέση να εντοπίζουμε τα διαστημικά σκουπίδια και την πηγή τους, δηλαδή από ποιο τεχνητό δορυφόρο προήλθαν.
Σε αυτό, λοιπόν, το υποθετικό/μελλοντικό σενάριο, οι διαγωνιζόμενοι θα πρέπει να δημιουργήσουν εργαλεία με τα οποία θα μπορούν να αναγνωριστούν οι δορυφόροι και αποστολές από τους οποίους προέρχονται τα διαστημικά σκουπίδια που παρατηρούνται. Θα τους δοθούν παρατηρήσεις ετών, στις οποίες θα πρέπει να εντοπιστούν τα συντρίμμια, να καταγραφεί η μεταβολή της θέσης τους με το χρόνο και να ανακατασκευαστούν οι τροχιές τους από τη στιγμή της δημιουργίας τους. Κάτι τέτοιο είναι θεωρητικά εφικτό με τη βοήθεια της δυναμικής αστρονομίας, η οποία μελετά τις εξισώσεις που περιγράφουν την κίνηση αντικειμένων υπό την επίδραση της βαρύτητας και των υπολοίπων δυνάμεων που καθορίζουν την κίνηση. Τέτοιες είναι η τριβή με την ατμόσφαιρα, η οποία αν και εξαιρετικά αραιή σε αυτά τα ύψη μπορεί να καταστεί σημαντική, και η πίεση της φωτεινής ακτινοβολίας του Ήλιου. Η τελευταία μπορεί να γίνει κατανοητή αν φανταστούμε τη φωτεινή ακτινοβολία σαν μια συνεχή ροή φωτονίων, των σωματιδίων του φωτός, τα οποία καθώς προσπίπτουν συλλογικά πάνω σε μια επιφάνεια της μεταφέρουν μέρος της ορμής τους. Η πίεση της ακτινοβολίας γίνεται πιο σημαντική όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια των αντικειμένων που εξετάζουμε. Για αυτό το λόγο, οι διαγωνιζόμενοι θα πρέπει να καταγράψουν και τα μεγέθη των διαστημικών σκουπιδιών.
Καθώς η πρόκληση περιλαμβάνει την επεξεργασία τεράστιου όγκου παρατηρήσεων, τα εργαλεία που θα αναπτυχθούν θα βασίζονται σε τεχνικές μηχανικής μάθησης. Κάποιες από αυτές τις μεθόδους μπορεί να χρησιμοποιηθούν στο μέλλον από υπηρεσίες των διαστημικών υπηρεσιών, παρέχοντας όχι μόνο πληροφορίες για τους υπαίτιους διαστημικών σκουπιδιών αλλά και έγκαιρες προγνώσεις για την αποφυγή συγκρούσεων με μικρότερα η μεγαλύτερα αντικείμενα.
Πηγές
https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Sourcing_space_debris_and_surveying_asteroid_smash_challenges_for_AI_space_experts
https://www.nhm.ac.uk/discover/what-is-space-junk-and-why-is-it-a-problem.html
http://www.esa.int/Safety_Security/Space_Debris/Scanning_and_observing2
