Išvalyti erdvę yra daug sunkiau, nei atrodo iš pirmo žvilgsnio
Kosmoso taršos problema kelia susirūpinimą visai aviacijos ir kosmoso bendruomenei. Tokie hipotetiniai Žemos Žemės orbitos pokyčiai, tokie kaip Keslerio sindromas, prognozuojantis nekontroliuojamų kosminių šiukšlių susidarymą, sujaudino net populiariąją žiniasklaidą. Akivaizdu, kad reikia atlikti fundamentinius tyrimus, kad suprastume, kokį pavojų kelia net mažas fragmentas, ir apskaičiuoti, kiek esame pasirengę mokėti už kosmoso sutvarkymą.
Šiandien politikai, mokslininkai, technikai ir plačioji visuomenė puikiai žino apie kosminių šiukšlių gausėjimą. Esminio JK darbo dėka. Liouville ir Nicholas Johnson, paskelbti 2006 m., Mes suprantame, kad šiukšlių norma greičiausiai ir toliau augs, net jei visi paleidimai bus sustabdyti. Šio nuolatinio augimo priežastis yra susidūrimai, kurie, tikimasi, įvyks tarp palydovų ir jau orbitoje esančių raketų pakopų. Tai kelia didelį susirūpinimą daugeliui palydovų operatorių, kurie yra priversti imtis tinkamų priemonių savo turtui apsaugoti.
Kai kurie ekspertai mano, kad šie incidentai bus tik pradžia susidūrimų, dėl kurių beveik neįmanoma patekti į žemą Žemės orbitą. Šis reiškinys, kurį pirmą kartą išsamiai aprašė NASA konsultantas Donaldas Kessleris, dažniausiai vadinamas Keslerio sindromu. Tačiau tikrovė greičiausiai labai skirsis nuo panašių prognozių ar įvykių, rodomų vaidybiniame filme „Gravitacija“. Iš tiesų, šeštoje Europos konferencijoje šia tema pateikti Agentūrų tarpdėl kosminių šiukšlių koordinavimo komitetui (IADC) pateikti rezultatai parodė, kad per 200 metų šiukšlių tikimasi tik 30 proc.
Susidūrimai vis tiek įvyks, tačiau realybė bus toli nuo katastrofiško scenarijaus, kurio kai kurie bijo. Kosminių šiukšlių kiekio augimą galima sumažinti iki gana kuklaus lygio. IADC pasiūlymas yra plačiai skleisti ir griežtai laikytis kosminių šiukšlių mažinimo gairių, ypač kalbant apie energijos šaltinių neutralizavimą, kuris turėtų būti visiškai parengtas iki skrydžio pabaigos, ir pašalinimą pasibaigus skrydžiui. Nepaisant to, IADC požiūriu, tikėtinas atliekų kiekio padidėjimas, nepaisant nuolatinių pastangų, vis tiek reikalauja papildomų priemonių kovai su esamais rizikos veiksniais.
Nėra progreso?
Didelis susidomėjimas kosmoso aplinkos atkūrimu buvo pastebėtas praėjus devyneriems metams po Liouville ir Johnsono kūrinio paskelbimo. Visų pirma buvo imtasi veiksmų visame pasaulyje, siekiant sukurti metodus, kaip pašalinti objektus iš žemos Žemės orbitos. Pavyzdžiui, Europos kosmoso agentūra neseniai paskelbė ketinanti užsitikrinti vyriausybės paramą Europos erdvėlaivio paleidimui kitą dešimtmetį. Agentūra atliko daugybę tyrimų, siekdama nustatyti racionalius ir patikimus tikslo pasiekimo būdus. Pagrindinis planavimo elementas buvo kompiuteriniai šiukšlių erdvės modeliai, kurie parodė, kad šiukšlių augimo galima išvengti pašalinus tam tikras erdvėlaivių ar raketų pakopas. Kompiuteriniuose modeliavimuose šie objektai yra įvardijami kaip labiausiai linkę į susidūrimus, todėl juos pašalinus iš orbitos susidūrimų skaičius turėtų smarkiai sumažėti, o tai padės išvengti naujų šiukšlių atsiradimo dėl šiukšlių.
Praėjo beveik dešimt metų nuo Liouville'o ir Johnsono darbo paskelbimo, ir stebina tai, kad tarptautiniu ar nacionaliniu lygmeniu nėra metodinių principų, aiškiai apibrėžiančių priemones artimos Žemės erdvės taršos padariniams pašalinti. Nepaisant raginimų imtis veiksmų, atrodo, kad yra tam tikra apatija kuriant šiukšlių šalinimo procedūrą. Bet ar tikrai taip yra?
Tiesą sakant, situacija nėra tokia paprasta, kaip atrodo. Kalbant apie kosminių šiukšlių pašalinimo procedūrą, yra keletas esminių klausimų, į kuriuos dar reikia atsakyti. Ypač susirūpinimą kelia klausimai, susiję su nuosavybe, atskaitomybe ir skaidrumu. Pavyzdžiui, daugelis siūlomų šiukšlių pašalinimo technologijų taip pat gali būti naudojamos aktyviam erdvėlaiviui pašalinti arba išjungti. Todėl galima tikėtis kaltinimų, kad šios technologijos yra ginklai. Taip pat kyla klausimų dėl nuoseklios šiukšlių išvežimo programos kainos. Kai kurie technikai tai įvertino dešimtimis trilijonų dolerių.
Tačiau bene svarbiausia tinkamų metodinių principų trūkumo priežastis slypi tame, kad mes dar nežinome, kaip atlikti melioraciją, o tai praktiškai reiškia kosmoso valymą. Tačiau tai nereiškia, kad mes nežinome, kokių technologijų mums reikia.
Vienkartinio naudojimo algoritmai jau praktiškai sukurti. Tikroji problema kyla iš iš pažiūros paprastos užduoties: nustatyti „teisingas“šiukšles, kurias reikia pašalinti iš orbitos. Ir kol mes negalime išspręsti šios problemos, atrodo, kad mes negalėsime susigrąžinti erdvės.
Žaidžia nuolaužas
Kad suprastume problematišką tokios, atrodytų, paprastos užduoties, kaip išvežamų šiukšlių, nustatymą, mes naudojame žaidimo su 52 paprastų kortų kaladė analogiją. Pagal šią analogiją kiekvienas žemėlapis vaizduoja kosmoso objektą, kurį galbūt norėtume pašalinti, kad išvengtume susidūrimo. Po to, kai kortelės buvo išdalytos, kiekvieną kortelę padedame atskirai ant stalo veidu žemyn. Mūsų tikslas dabar yra pabandyti atpažinti tūzus ir pašalinti juos iš stalo, nes šios kortelės vaizduoja palydovus ar kitus didelius kosminių šiukšlių objektus, kurie tam tikru metu ateityje gali tapti susidūrimo dalyviais. Galime iš stalo išimti tiek kortelių, kiek norime, bet kai pašaliname vieną kortelę, turime sumokėti 10 USD. Be to, tolstant mes neturime teisės žiūrėti į žemėlapį (jei palydovas bus pašalintas iš orbitos, negalime tiksliai pasakyti, kuo jis galėtų tapti susidūrimo dalyviu). Galiausiai turime sumokėti 100 USD už kiekvieną tūzą, kuris lieka ant stalo, o tai reiškia galimus nuostolius, atsirandančius susidūrus su mūsų palydovais (iš tikrųjų palydovo pakeitimo kaina gali svyruoti nuo 100 000 USD iki 2 mlrd. USD).
Na, kaip mes galime išspręsti šią problemą? Kitoje pusėje visos kortelės yra vienodos, todėl niekaip negalite pasakyti, kur yra tūzai, ir vienintelis būdas įsitikinti, kad išvalėme visus tūzus, yra pašalinti visas korteles nuo stalo. Mūsų pavyzdyje tai kainuos ne daugiau kaip 520 USD. Kosminėje erdvėje susiduriame su ta pačia problema: tiksliai nežinome, kurie objektai gali būti įtraukti į susidūrimus, tačiau juos pašalinti yra per brangu, todėl turime rinktis. Tarkime, kad padarėme pasirinkimą: kokia tikimybė, kad pašalinsime vieną tūzą, norėdami pašalinti vieną 10 USD vertės kortelę? Tikimybė, kad kortelė yra tūzas, yra keturi dalyti iš 52, kitaip tariant, maždaug 0, 08 arba 8 proc. Taigi tikimybė, kad kortelė nėra tūzas, yra 92 proc. Tai tikimybė, kad iššvaistėme 10 USD.
Kas atsitiks, jei šį kartą pasiimsime antrą kortelę (tai mums kainuos dar 10 USD)? Tikimybė, kad antroji korta yra tūzas, priklauso nuo to, ar pirmoji korta buvo tūzas. Jei taip būtų, tada tikimybė, kad antroji korta taip pat yra tūzas, yra padalinta iš trijų (nes dabar yra tik trys tūzai, kurie sumažėjo viena korta). Jei pirmoji korta nėra tūzas, tada tikimybė, kad antroji korta yra tūzas, yra keturi padalyti iš 51 (nes mažesnėje kaladėje vis dar yra keturi tūzai).
Šiuo metodu galime nustatyti tikimybę, kad pašalinome abu tūzus - tiesiog padauginame tikimybes, kad rastume atsakymą: 4/52 kartus 3/51, o tai suteikia 0,0045 arba 0,45 proc. Tikimybę, verta 20 USD už dvi korteles pašalintas. Nelabai padrąsina.
Tačiau mes taip pat galime nustatyti tikimybę pašalinti bent vieną iš tūzų. Ištraukus dvi korteles, yra 15 procentų tikimybė, kad sėkmingai pašalinome bent vieną tūzą. Tai skamba perspektyviau, tačiau šansai taip pat nėra labai geri.
Pasirodo, kad norėdami padidinti bent vieno iš tūzų ištraukimo tikimybę, turime pašalinti daugiau nei devynias kortas (90 USD vertės) arba daugiau nei 22 kortas (220 USD vertės), jei norime būti tikri 90 proc. kad pašalinome vieną iš tūzų. Net jei mums pavyks, trys tūzai vis dar yra ant stalo, taigi iš viso vis tiek turime sumokėti 520 USD, o tai atsitiktinai yra ta pati suma, kurią turėjome sumokėti, jei būtume pasirinkę variantą su pašalinimu.
Žaidimai baigėsi
Grįžtant iš analogijos į tikrąją kosmoso aplinką, situacija atrodo labiau nerimą kelianti. Šiuo metu maždaug 20 000 objektų yra stebimi orbitoje, naudojant JAV kosmoso stebėjimo stočių tinklą, o maždaug šeši procentai šių objektų sveria daugiau nei vieną toną, o tai gali hipotetiškai dalyvauti susidūrime ir kuriuos galbūt norėtume pašalinti. Kortų analogijoje mūsų problema yra ta, kad visų kortų užpakalinė dalis yra vienoda, o tikimybė, kad vienas yra kastuvų tūzas, yra tokia pati kaip tikimybė, kad kita taip pat yra tūzas. Jokiu būdu negalima nustatyti norimų kortelių ir išimti jas iš stalo. Iš tikrųjų mūsų šansai išvengti susidūrimo yra daug didesni nei kortų žaidime, nes orbitoje matome tikimybę, kad kai kurie objektai bus įtraukti į susidūrimus, ir galime sutelkti dėmesį į juos. Pavyzdžiui, objektai, esantys tankiai apgyvendintose orbitose, pavyzdžiui, heliosinchroniniai, esant 600–900 kilometrų aukštyje, greičiausiai patenka į susidūrimus dėl spūsčių šioje zonoje. Jei sutelksime dėmesį į panašius objektus (o kiti - į panašiai perkrautas orbitas) ir atsižvelgsime į jų susidūrimo tikimybės prognozes, paaiškės, kad turime pašalinti apie 50 objektų, kad sumažintume numatomą katastrofiškų susidūrimų skaičių. tik vienas padalinys, kuris išplaukia iš IADC kosmoso agentūros narių atliktų tyrimų rezultatų.
Ir paaiškėja, kad net jei vienu švaresniu erdvėlaiviu galima pašalinti kelis objektus (o penki taikiniai atrodo universali alternatyva), daugelis skrydžių - dažnai sudėtingų ir ambicingų - turi būti atliekami tik tam, kad būtų išvengta vieno susidūrimo.
Kodėl mes negalime tiksliau numatyti susidūrimo tikimybės ir pašalinti tik tuos objektus, kurie, kaip žinome, bus pavojingi? Yra daug parametrų, galinčių paveikti palydovo trajektoriją, įskaitant palydovo orientaciją, nesvarbu, ar tai nepastovus judėjimas, ar oras kosmose (tai gali turėti įtakos palydovų patiriamam pasipriešinimui). Netgi nedidelės pradinių verčių klaidos gali sukelti didelius palydovo padėties, palyginti su realybe, skaičiavimo rezultatų neatitikimus ir po gana trumpo laikotarpio. Tiesą sakant, mes naudojame tą pačią techniką kaip ir prognozuotojai: mes naudojame modelius, kad sukurtume konkrečių rezultatų tikimybę, bet ne tai, kad šie rezultatai kada nors bus gauti.
Taigi, turime technologijų, kurias retkarčiais galima panaudoti kosminėms šiukšlėms pašalinti. Tokios pozicijos laikosi Europos kosmoso agentūra su savo planuojama misija „e. Deorbit“, tačiau vis dar reikia išspręsti problemas, kad būtų galima nustatyti tinkamiausius pašalinimo objektus. Šios problemos turi būti išspręstos prieš pateikiant reikiamas gaires ir metodinius principus tiems, kurie nori parengti ilgalaikę kosminių šiukšlių pašalinimo programą, kuri yra būtina veiksmingam aplinkos sutvarkymui.
Metodiniai principai, susiję su konkrečiomis vietomis, jų skaičiumi, reikalavimais ir apribojimais, yra labai svarbūs, kad padidėtų tikimybė, jog pastangos ištaisyti aplinką bus veiksmingos ir vertos. Norėdami sukurti tokius metodinius principus, turime persvarstyti savo nepagrįstus lūkesčius dėl palankaus rezultato.
