Kosmické smetí ohrožuje družice, vesmírné lodě i orbitální stanice

Během první servisní mise v prosinci 1993 dostal Hubbleův dalekohled nové panely slunečních baterií. Dodávaly mu energii devět roků, než je v březnu 2002 nahradily modernější verze. Po více než osmi letech na oběžné dráze se staré panely vrátily na Zemi a poskytly nám úžasnou zprávu o vesmírném prostředí: Vědci na ploše 41 m² napočítali 80 tisíc zásahů od úlomků kosmického smetí! Drtivá většina byla mikroskopická, ale 173 „průstřelů“ se probilo skrz, přičemž největší měřil 8 mm – takovým otvorem snadno prostrčíte tužku.

Malé, ale početné

V listopadu 2022 detekovala americká síť US Space Surveillance Network na oběžných drahách 25 857 objektů větších než 10 centimetrů, z toho 5 465 aktivních družic. Dále šlo zhruba o milion objektů měřících více než jeden centimetr a neuvěřitelných 130 milionů přesahujících tři milimetry. Úhrnná hmotnost kosmického smetí naopak činí asi jen 7 000 tun, což by nestačilo ani na stavbu Eiffelovy věže.

Problém však spočívá jinde, přesněji řečeno jich existuje hned několik. Jednak se kosmické smetí špatně sleduje, s výjimkou rozměrných kusů, jako jsou vysloužilé družice, horní stupně raket, části adaptérů apod. Představme si například těleso o velikosti pětikoruny: Pokud se ke sledovacímu radaru natočí rubem nebo lícem, tedy celou plochou, dokáže ji zařízení snadno zaznamenat – zatímco při natočení hranou se ocitne mimo jeho detekční možnosti. Naše hypotetická mince na orbitě samozřejmě rychleji či pomaleji rotuje, a její zachycení tak často představuje dílo náhody.

Navíc všechny státy, které objekty na oběžné dráze monitorují, sice disponují několika přehledovými radary, ale sledování neprobíhá nepřetržitě. Zjednodušeně řečeno se radar s naší smyšlenou pětikorunou rozloučí někde nad východem USA, mince obletí planetu a další radar ji téměř o půldruhé hodiny později zaznamená nad západním pobřežím – bude-li k němu správně natočená. Z výše uvedeného přehledu však jasně plyne, že pětikoruna není na oběžné dráze sama: Létá jich tam víc, pohybují se blízko sebe, a velmi špatně se tak po jednom obletu Země navzájem odlišují.

Nevyzpytatelné dráhy

Dostáváme se tím k dalšímu problému, a sice ke špatně predikovatelné oběžné dráze kosmických těles. Země nepředstavuje dokonalou kouli, ale „bramboroid“, navíc s nepravidelným rozložením hmoty. Družice pohybující se na základě fyzikálních zákonů tudíž odchylky ve tvaru planety a působení gravitace citlivě vnímají. Připočíst musíme také zbytkovou atmosféru, neboť ani tisíce kilometrů od Země nepanuje dokonalé vakuum. Zbytková atmosféra se liší v závislosti na zeměpisné šířce, denní či noční době, ročním období, gravitaci Měsíce, přílivu a odlivu a rovněž podle sluneční aktivity, přičemž naši pětikorunu brzdí někdy více, někdy méně. Zároveň samozřejmě záleží na orientaci mince a na materiálu, z něhož je vyrobena.

Popsané externí vlivy na oběžnou dráhu tělesa si můžeme ukázat na čínské kosmické stanici Tiangong 1 (Tchien-kung), vypuštěné v září 2011. O pět let později ztratilo řídicí středisko s komplexem o hmotnosti 8,5 tuny spojení a dále šlo o neovladatelné těleso. Za den stanice klesala směrem k hustým vrstvám atmosféry o 100–600 metrů, a protože Zemi obletěla denně šestnáctkrát, na jednom oběhu se k ní přiblížila průměrně o 6–40 metrů. Je-li tedy atmosféra hodně „načechraná“, může naše pětikoruna na jednom obletu změnit dráhu až o 40 metrů. A pokud se na několik oběhů z dohledu radarů „ztratí“, dosáhne odchylka i stovek metrů. Mince se tak po nějakém čase špatně ztotožňuje. K představě o trajektorii letu ji přitom musíme chvíli sledovat, jinak nezjistíme vektor pohybu ani rychlost. A stále platí, že nemluvíme o jedné pětikoruně – nýbrž o plné hrsti drobných, vyhozených na oběžnou dráhu.

Vražedná rychlost

Co se týká procentuálního zastoupení objektů pohybujících se nad našimi hlavami, jedná se v 7 % případů o aktivní družice a z 22 % o družice neaktivní, 17 % představují části raket, 13 % podpůrné prvky jako kryty, nosníky či nádrže a 41 % připadá na UFO – přičemž samozřejmě nemáme na mysli létající talíře se zelenými mužíčky, ale skutečné neidentifikované létající objekty neboli unidentified flying objects. 

Před dvěma dekádami bylo složité rozlišit tělesa pod 10 cm, zatímco dnes nemáme potíže ani s centimetrovými. Zároveň však nedokážeme zpětně, třeba i po desítkách let, určit původ některých kusů kosmického smetí. Často se jedná o úlomky z různých výbuchů či selhání. Největší nebezpečí ovšem nepředstavuje velikost, nýbrž rychlost. Každá družice se totiž pohybuje nejméně první kosmickou rychlostí čili 7,8 km/s, tudíž s sebou i několikagramový úlomek laku nese energii ručního granátu. V konečném důsledku samozřejmě záleží na vzájemné rychlosti obou těles, úhlu střetu, materiálu apod.

Například některé raketové motory na tuhá paliva produkují obrovské množství nepatrných částeček. Jednu z pracovních látek totiž představuje práškový hliník, který při hoření zoxiduje a vytvoří nespočetné miliardy prachových zrníček, jež pak trvale dopadají na ostatní tělesa a „rozežírají“ jejich povrch. Pochopitelně ho nedokážou prorazit, ale nesmazatelnou stopu na něm zanechávají – jak dokazují vzorky z družic, které astronauti přivezli z vesmíru. Uvádí se, že plášť stanice Mir byl po patnácti letech v kosmu narušený zhruba ze 40 %, což samozřejmě znamená snížení konstrukční pevnosti komplexu i další nepříjemné důsledky.

Družice proto dostávají speciální štíty, jež omezují jejich opotřebení mikročásticemi. Největšímu nebezpečí pak čelí kosmonauti pracující ve vnějším prostoru, mimo bezpečí paluby. I malá šupinka laku pro ně může představovat fatální riziko, jelikož skafandr sestává povětšinou z měkkých částí, aby se v něm dotyčný mohl pohybovat – a k jejich proražení či protržení může pochopitelně dojít relativně snadno.