Kosmické smetí aneb Největší události vedoucí ke znečištění vesmíru

Představme si teoretickou situa­ci: Je neděle, pohoda panuje i na oběžné dráze, astronaut Jack Fischer na dlouhodobé misi na ISS právě hovoří prostřednictvím webkamery s manželkou. Náhle však rodinnou konverzaci přerušuje řídicí středisko z Houstonu – ke stanici se rychle blíží úlomek staré meteorologické družice, který pozemní radary bohužel odhalily příliš pozdě. Na úhybný manévr nezbývá čas, komplex se musí preventivně evakuovat.

Posádka už nestíhá uzavřít poklopy mezi jednotlivými moduly stanice a přesouvá se do připojených lodí Sojuz. Chvíle napětí a pak zvuk alarmu ve sluchátkách: Fragment prorazil stěnu ústředního modulu Unity a celá základna podléhá rychlé dekompresi, dýchatelná atmosféra kvapem uniká do vesmíru…

Ve stejné době se od ISS odpojují Sojuzy s kosmonauty a o několik hodin později přistávají na Zemi. Posádka je zachráněna, nám ovšem nad hlavami krouží mrtvý komplex, vážící stovky tun… Ano, jde pouze o hypotetický scénář, v praxi jej ovšem zcela vyloučit nelze. Vesmírné smetí dnes představuje skutečný a vážný problém.

Vesmírná skládka

Jako první zamířila do kosmu v roce 1957 sovětská družice Sputnik a včetně této mise se k letošnímu 15. květnu uskutečnilo 5 267 startů raket s nákladem. To zahrnuje spoustu vyneseného materiálu, přičemž zdaleka ne všechen se vrátil na Zemi či shořel v atmosféře.

Tzv. vesmírné smetí dělíme do dvou kategorií – na přirozené a vzniklé v důsledku lidské činnosti. Do první skupiny řadíme zejména malé meteoroidy, kroužící na oběžných dráhách okolo Slunce, jež se občas zkříží s trajektorií naší planety. Pro vesmírné mise nepředstavují statisticky významné ohrožení, přesto se NASA snaží vyhýbat výstupům astronautů ve skafandrech ze stanice v době maxim silnějších meteorických rojů, jako jsou třeba srpnové Perseidy či listopadové Leonidy.

Mnohem závažnějším problémem se stalo umělé kosmické smetí – výsledek lidské činnosti na zemské orbitě: Zahrnuje nefunkční družice, vyhořelé stupně raket, předměty odhozené či ztracené během vesmírných letů a samozřejmě spoustu fragmentů rozpadlých těles. NASA uvádí, že se v různých výškách okolo Země pohybuje na 20 tisíc předmětů větších než kopací míč, 500 tisíc objektů s větším průměrem než mince a miliony menších projektilů, které ani nelze pořádně sledovat a katalogizovat. Obvykle se přitom prostorem řítí rychlostí až 28 000 km/h, takže i kolize s obyčejným úlomkem laku může mít pro kosmickou misi fatální následky. Okna raketoplánů se nejednou vyměňovala právě kvůli poškození malou částečkou z někdejší orbitální expedice…

Kosmonauti pod palbou

Ve Spojených státech si starost o vesmírné smetí rozdělily NASA a Ministerstvo obrany, přičemž obě instituce oběžnou dráhu kolem Země pečlivě monitorují. Vojenské radary dokážou zachytit úlomek o průměru až 5 cm na nízké orbitě a o průměru kolem 1 m na geostacionární dráze. Armáda momentálně sleduje přes 21 tisíc takových fragmentů, přičemž každých osm hodin posílá do NASA report o případném ohrožení ISS a jednou denně od pondělí do pátku tak činí v případě družic. Na podobné sledovací síti pracuje v současnosti i Evropa.

V okolí Mezinárodní vesmírné stanice udržuje NASA pomyslnou bezpečnostní zónu, s rozměry 50 × 50 × 1,5 km. Stometrový komplex se pochopitelně nachází uprostřed, a pokud se objeví riziko, že by mohl oblast narušit úlomek kosmického smetí, automaticky je vyhlášen poplach.

První logický krok v takovém případě představuje úhybný manévr – většinou krátký impulz provedený buď vlastními motory základny, či pohonnými jednotkami připojené zásobovací lodi. Při současné konfiguraci stanice připadá tato úloha Rusům, kteří připraví zážeh trysek na zadním modulu Zvezda; případně manévr vykoná nákladní loď Progress, pokud právě kotví na zadním portu Zvezdy. Nachystat a provést úhybný manévr celé stanice však není zrovna snadný úkol a včetně veškeré přípravy a koordinace mezi Houstonem a Moskvou zabere přibližně 30 hodin. Výstraha před blížícím se fragmentem musí být tedy skutečně včasná.

Zatím jen čtyřikrát

Ještě relativně nedávno, v dobách, kdy k ISS létaly raketoplány, trvala příprava na úhybný manévr jen několik málo hodin. Zároveň u vesmírných letounů platilo, že pokud bylo riziko srážky s kosmickým smetím menší než 1 : 100 000, prováděl se manévr pouze v případě, že neměl negativní dopad na splnění cílů mise. Při menším riziku než 1 : 10 000 sáhla NASA k úhybnému manévru jen tehdy, pokud posádku nevystavil dalšímu nebezpečí.

I dnes může samozřejmě dojít k chybné interpretaci radarových dat, načež stanici ohrozí blízkým průletem předmět, jehož trajektorie původně vypadala bezpečně – případně je zkrátka těleso objeveno příliš pozdě na přípravu a provedení úhybného manévru. Podobná nouzová situace nastala během programu ISS zatím jen čtyřikrát, naposled v červenci 2015: Tehdy se posádka musela preventivně přemístit na palubu Sojuzu.

K popsanému opatření existují dva důvody: Jednak jsou astronauti připraveni rychle opustit ohroženou základnu a jednak je pravděpodobnost, že úlomek trefí malou dopravní loď, mnohem nižší. V každém případě se musí preventivní evakuace dokončit nejpozději deset minut před očekávaným největším přiblížením projektilu k ISS. Všechny čtyři dosud vyhlášené poplachy naštěstí skončily návratem posádky na stanici po průletu smetí v bezpečné vzdálenosti.

Malé velké nebezpečí

Moduly ISS mají na vnějším plášti nárazuvzdornou vrstvu z kevlaru a nextelu, jež by měla povrch ochránit před kolizemi s malými částicemi o průměru do 1 cm. Přesto lze stopy po srážkách s miniprojektily najít na solárních panelech, na vnějších vrstvách oken, a dokonce i na zábradlí, které astronautům pomáhá při pohybu během výstupů ve skafandrech.

Kosmonauti vyrážející na vesmírnou vycházku jsou na existenci těchto vnějších narušení upozorňováni. Ostré okraje by jim totiž mohly poškodit rukavice: Ty se proto během výstupu každou půlhodinu kontrolují a díky kameře na přilbě astronauta vidí záběry v reálném čase i řídicí středisko. Nejde přitom o zanedbatelné riziko, jak dokládá událost ze srpna 2007, kdy se musel během letu raketoplánu Endeavour vrátit do přechodové komory Richard Mastracchio – rutinní prohlídka rukavic tehdy odhalila nebezpečné poškození.

Mrtvá stanice

Vraťme se nyní k hypotetickému scénáři z úvodu. Poté co by posádka stanici v případě vážného poškození opustila, pozemní týmy by na základě telemetrických dat zhruba dva týdny vyhodnocovaly celkový stav komplexu. Rovněž by se řešilo, zda „nahoru“ poslat speciálně trénované astronauty-opraváře a pokusit se ISS zachránit, či ji prostě zlikvidovat.

Plány pro řízený zánik základny počítají s šestiměsíční „čekací dobou“, kdy by se dráha stanice snižovala přirozenou cestou třením o zbytky atmosféry. Mezitím by Rusko připravilo a vypustilo dvě bezpilotní lodě Progress, které by se následně připojily k modulu Zvezda a přečerpaly by do jeho nádrží část svého paliva. Mohutný impulz raketových motorů tří plavidel by poté ISS definitivně zbrzdil a umožnil by její zánik v atmosféře nad odlehlou oblastí jižního Pacifiku – tedy v místě, kde obvykle končí zásobovací lodě s odpadem.

Zdánlivě jednoduchý scénář má ovšem svá úskalí a NASA i Rusko na jejich odstranění usilovně pracují. Jde například o přípravu softwaru lodí Progress pro tak náročné manévry či odhad stavu řídicí elektroniky a množství paliva v nádržích stanice po více než půl roce mimo provoz. Musíme si uvědomit, že ISS nebyla projektována pro bezpilotní režim, takže i sebemenší selhání na palubě může mít bez přítomnosti astronautů dalekosáhlé následky. Podle NASA mají být příslušné operační plány pro případnou řízenou likvidaci stanice hotové letos v září.

Nevytvářet nové, likvidovat staré

Řešení problémů se smetím na orbitě lze rozdělit do dvou kategorií – „nevytvářet nové“ a „likvidovat staré“. Opatření v první oblasti se v kosmickém průmyslu zavádějí už dnes: Vesmírné agentury a provozovatelé komerčních družic například zajišťují, aby satelit před koncem aktivní služby vypustil z nádrží zbytky paliva a odpojil své baterie od elektrických obvodů. Jedná se o prevenci exploze vysloužilé družice, kterou zahřívají sluneční paprsky: Vždy je totiž snazší monitorovat jeden velký kus smetí než tisíce menších. Stejně tak se provozovatelé snaží ochránit geostacionární orbitu – stroje, jejichž mise se chýlí ke konci, zvýší oběžnou dráhu zhruba o 300 km, načež vstoupí na tzv. hřbitovní orbitu, kde neohrožují aktivní satelity.

Souběžně se odehrává snaha o vyčištění okolí Země od již existujícího smetí, přestože jde zatím o experimentální oblast. Letos v lednu se například chystal pokus s využitím japonské zásobovací lodi Kounotori 6 po jejím odletu od ISS s několika tunami odpadu. Plavidlo mělo po dosažení bezpečné vzdálenosti od stanice vysunout do prostoru asi 700 m dlouhý vodivý popruh ze slitin hliníku a nerezové oceli. Japonští vědci pak plánovali zhruba týden sledovat experiment, který měl demonstrovat odstraňování smetí z orbity bez potřeby paliva, na základě změn oběžné dráhy v důsledku interakce tohoto vodivého popruhu s magnetickým polem planety. Potíže s vysunutím zařízení sice nakonec celý pokus zmařily, přesto se jedná o zajímavý příslib do budoucna. Kounotori 6 pak podle plánu zanikla v atmosféře nad Pacifikem po impulzu vlastních motorů.

Kosmičtí popeláři

Jiný postup navrhovala studie NASA z roku 2011, podle níž by se opakovanými zásahy fragmentu na oběžné dráze pozemním laserem mohla snížit rychlost objektu, načež by zanikl v atmosféře – nebo by už alespoň nemohl poškodit operační družici. Podobnou myšlenkou se zabývalo vojenské letectvo již v 90. letech.

Projekt robotických vesmírných „popelářů“ rozvíjejí také Švýcarsko spolu s Evropskou kosmickou agenturou. Satelit, vybavený pokročilým navigačním hardwarem pro setkávání objektů na orbitě, by přiletěl k vysloužilé družici, zachytil by ji pomocí robotické paže či prostorové sítě a společně s ní by zamířil k zániku v atmosféře. Jak je zřejmé, vesmírné smetí dnes skutečně představuje reálný a vážný problém. Zmíněné plány však ukazují, že se na jeho řešení intenzivně pracuje.