Odpadky na oběžné dráze Země: Jak vznikají a co s nimi můžeme dělat?

V 70. letech se jako jeden z prvních začal kosmickým smetím zabývat výzkumník NASA Donald J. Kessler a v roce 1978 zveřejnil svoji teorii budoucího vývoje: Upozornil, že každá kolize vytváří mrak trosek, jež následně zvyšují pravděpodobnost další srážky. Tím se kolize stávají čím dál četnějšími a spouští se řetězová reakce. Teorie dostala název Kesslerův efekt a podle badatele patřil mezi potenciální dlouhodobé důsledky fakt, že se některé velmi vytížené oběžné dráhy stanou nepoužitelnými – prostě na ně nebude možné umístit zařízení, aniž by ho v relativně krátké době zničil úlomek odpadu. Vědec také tvrdil, že už za několik let bude kosmické smetí znamenat větší nebezpečí než mikrometeoroidy.

Kolegové nepřijímali Kesslerovy teorie jednotně. Někteří jeho výpočty zpochybňovali jako „malování čerta na zeď“, ale brzy jeden po druhém umlkali. Na začátku 80. let totiž nastoupily do služby raketoplány a bylo možné studovat působení kosmického smetí přímo na nich nebo na zařízeních, která z vesmíru dopravily. Do té doby jsme podobnou možnost neměli, a náhle jsme tak zjistili, že je problém drobných úlomků umělého původu mnohem závažnější, než jsme si připouštěli. 

Když například v roce 1983 přistál zpátky na Zemi Challenger zhruba s dvoumilimetrovým zásahem na okně kabiny, jako nejpravděpodobnější příčina se při následném rozboru potvrdil střet s umělým tělesem. Nepatrné poškození nemohlo bezpečnost stroje ohrozit, protože jeho okna sestávala z několika vrstev; přesto jasně a názorně ukázalo rizika, jež se s kosmickým smetím pojí. Zmíněné okno raketoplánu dnes vystavuje National Air and Space Museum ve Washingtonu.

Když si hrají vojáci

Podobné srážky aktivního tělesa s menší částicí byly v historii zaznamenány několikrát. Například francouzské družici Cerise „amputoval“ úlomek kosmického smetí v červenci 1996 přístrojovou tyč. V roce 2006 zase selhal ruský komunikační satelit Express AM-11, který pracoval necelé dva roky a počítalo se u něj nejméně s šesti­násobnou životností. Šetření prokázalo, že na vině byla kolize s cizím objektem.

Jenže 10. února 2009 se srazily dvě velké družice: vysloužilý ruský Kosmos 2251 o hmotnosti 950 kg a aktivní americký komunikační satelit Iridium, vážící 560 kg. Výpočty přitom den před havárií předpokládaly, že se automaty minou o desítky metrů – což mimochodem dokazuje, že jsme stále nepronikli do všech detailů nebeské mechaniky a faktorů, které ji ovlivňují. Vzájemná rychlost těles dosáhla 11,7 km/s a srážka kosmický prostor „obohatila“ o více než tisíc úlomků větších než 10 cm. Nakonec se podařilo katalogizovat 1 668 reliktů z Kosmosu a 628 z Iridia a na orbitě jich dosud zůstává 1 014, respektive 290.

Podobné věci se stávají, i když dnes se pokládá za standard, že se družice po skončení činnosti posílají k zániku do hustých vrstev atmosféry. Těžko omluvitelné jsou ovšem případy jejich záměrného zničení. V počátcích kosmonautiky se takto likvidovaly vojenské satelity, aby nepadly do rukou nepříteli. V září 1985 odzkoušela americká armáda dvoustupňovou raketu ASAT alias Anti-SATellite weapon (označení poté zobecnělo pro celou kategorii daných zbraní): Zařízení o hmotnosti 1 300 kg a délce 6 m, vypuštěné zpod letounu F-15, sestřelilo družici Solwind, načež vznikly stovky úlomků. Jejich přesný počet neznáme, neboť tehdejší detekční metody nelze s těmi dnešními srovnat. Každopádně poslední z nich zanikl až v roce 2004, tedy skoro dvacet let po testu.

V lednu 2007 pak Čína sestřelila pomocí antirakety vlastní vysloužilý meteo­rologický satelit. Lidová republika se za uvedeným účelem rozhodla obětovat svoji stále ještě fungující, nicméně přesluhující družici Fengyun 1C (Feng-jün), vypuštěnou roku 1999. Automat se již nepoužíval, ale nadále se s ním udržovala komunikace. Logika věci byla jednoduchá: „Dokud družice vysílá, netrefili jsme ji. Přestane-li vysílat, zásah byl úspěšný.“ Vzniklé úlomky každopádně oběžnou dráhu nesmírně zaneřádily – zhruba čtvrtina všech detekovaných těles a tělísek dnes představuje důsledek zmíněného „testu“. Od té doby odzkoušely své protidružicové zbraně Spojené státy, Rusko či Indie.

Pozor, padá družice!

Problém kosmického smetí se přitom ne­omezuje na oběžnou dráhu, ale týká se každého z nás: Má totiž potenciál ohrozit satelitní komunikaci, družicovou televizi, navigaci i meteorologické služby. Navíc se s rostoucím počtem úlomků množí případy, kdy vysloužilý hardware proletí atmosférou a dopadne na zem. Riziko nepředstavují malé kousky, jež se po vstupu do ovzduší rozžhaví na několik tisíc stupňů a spolehlivě shoří. Nebezpečné jsou prázdné stupně raket či nefunkční družice: Různé příruby, turbočerpadla nebo spalovací komory raketových motorů mohou ohnivé inferno přečkat a proměnit se ve smrticí projektil.

Ročně dojde asi k 50 událostem, kdy se takto dostanou až na zemský povrch alespoň stokilogramové kusy. Do historie se zapsala třeba sovětská družice Kosmos 954, vybavená výkonným radarem pro odhalování ponorek i atomovým reaktorem k zajištění potřebné energie. Jenže satelit selhal a 24. ledna 1978 jako neovladatelné těleso vstoupil do hustých vrstev atmosféry. Trosky dopadly na kanadské území, což vzhledem k přítomnosti reaktoru na palubě vzbudilo poprask. Speciální oddíly pátraly na desítkách tisíc kilometrů čtverečních a zachránily asi 1 % z původní hmotnosti družice, přičemž jen jediný kousek vykazoval slabou radioaktivitu. Polovinu nákladů na záchrannou operaci zaplatil SSSR, každopádně trosky získali Američané, a i z velmi kusých informací dokázali zrekonstruovat podobu satelitu.

Problém nemá řešení

Co se tedy dá s kosmickým smetím dělat? K velkým družicím můžeme poslat „odtahovou službu“, aby je přesunula na oběžnou dráhu, kde nebudou představovat nebezpečí, nebo je lze rovnou nasměrovat do hustých vrstev atmosféry. Jenže co s nespočetnými miliony úlomků, jež se navíc pohybují všemi směry? Přiletět pro všechny drobné kousky o velkosti pětikoruny zkrátka není možné. Ani občas navrhované sestřelování laserem se nejeví jako vhodné. Troska totiž nezmizí, ale rozpadne se na menší kusy nebo se odpaří. Na orbitě potom zůstane, pouze ji nelze tak dobře detekovat. Největší riziko přitom souvisí právě s nejmenšími částečkami.

Vesmírné agentury i provozovatelé družic si komplikace dobře uvědomují a dobrovolně se zavazují k tomu, aby množství kosmického smetí nenarůstalo – a abychom ochránili alespoň nejcennější oběžné dráhy. Proto raketové stupně po vynesení satelitu míří k zániku do atmosféry, a pokud by to mělo být například energeticky příliš náročné, vypustí náklad ještě před dosažením cílové orbity. Komunikační družice se před koncem činnosti odesílají na tzv. hřbitovní dráhu, 300 km nad tou geostacionární. Problém se tak sice jen odloží o tisíce let, ale cenná orbita zůstává zachována. 

Všechny vysloužilé velké satelity na nízkých dráhách se navádějí na takovou trajektorii, aby do 25 let skončily v atmosféře a ideálně aby jejich trosky dopadly mimo obydlené oblasti. Před vypnutím se spotřebují či vypustí pohonné látky a vybijí se akumulátory, čímž se předejde nechtěným explozím a vzniku mraků kosmického smetí.

Soukromí investoři i vesmírné agentury se dnes předhánějí v přípravě různých misí, jež by demonstrovaly možnosti odstranění velkých kusů kosmického smetí z oběžné dráhy. Aktuálně však nemáme k dispozici nic lepšího než prevenci a zodpovědnost. Otázkou zůstává, zda to bude stačit.