Πώς θα αποκρούσουμε τα διαστημικά σκουπίδια;

Την Παρασκευή της 23ης Σεπτεμβρίου η NASA και χιλιάδες αστρονόμοι ανά τον κόσμο – επαγγελματίες ή μη – παρακολουθούσαν με αγωνία την πορεία ενός «ουράνιου σώματος» διόλου ουράνιου σε καταγωγή. Ηταν το απομεινάρι ενός δορυφόρου φτιαγμένου από ανθρώπους, που τώρα εξέπεμπε το «κύκνειο άσμα» του επιστρέφοντας στη Γη που το γέννησε. Ευτυχώς, ουδείς άνθρωπος υπέστη τι από αυτή την ανεπιθύμητη επιστροφή. Αλλά… θα μπορούσε. Το θέμα είναι λοιπόν διττό: Γιατί πέφτουν οι τεχνητοί δορυφόροι – και τα λοιπά ανά το Διάστημα σπαρθέντα τεχνουργήματά μας – και τι μπορούμε να κάνουμε προτού συμβεί κάτι απευκταίο;

Γιατί ο ουρανός βρέχει… σκουπίδια;

Λίγο μετά το μενεξεδί του δειλινού που μελώνει τους ερωτευμένους, αρχίζουν κάθε βράδυ ν’ ανάβουν τα φώτα του στερεώματος. Κι εκεί, ανάμεσα στα «γλομπάκια» που οι παππούδες ονοματίζουν για τα εγγόνια τους με αρχαιοπρεπή ονόματα αστερισμών, ξεπετιούνται συχνά-πυκνά τα πεφταστέρια. Αλλά δεν είναι πια όλα τους ξεστρατισμένα αστεράκια τ’ ουρανού. Ολοένα πιο συχνά αυτά τα φωτεινά σημαδάκια που τσουρουφλίζονται πέφτοντας στην ατμόσφαιρα είναι γερασμένα εξαρτήματα τεχνητών δορυφόρων, κομμάτια πυραύλων, ακόμη και… εργαλεία αδέξιων αστροναυτών που βρίσκονταν σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη μας και, κάποια στιγμή, κάνουν τη μοιραία βουτιά επιστροφής σ’ αυτόν.

Το γενικό φαινόμενο της σποραδικής «φωτεινής βροχής» στον νυχτερινό ουρανό πρωτοεξηγήθηκε το 1946. Μελετώντας τη σύσταση των μετεωριτών που είχαν πέσει εκείνη τη χρονιά, οι επιστήμονες κατέληξαν στο ότι, αν το μέγεθος των κοσμικών σωματιδίων που έλκονται από το πεδίο βαρύτητας της Γης είναι πολύ μικρό, τότε η τριβή τους με την ατμόσφαιρα τα «φρενάρει» τόσο ώστε να καταπέσουν. Ο ετήσιος όγκος αυτής της «κοσμικής σκόνης» εκτιμήθηκε το 1957 ότι έφθανε τους 14,3 εκατομμύρια τόνους! Το εύρημα ουδόλως απασχόλησε εμάς τους γαντζωμένους στην επιφάνεια της Γης _ μια και αυτοί οι μικρο-μετεωρίτες διαλύονταν προτού προσγειωθούν _ αλλά ανησύχησε σφόδρα τους επιστήμονες που ετοίμαζαν τις πρώτες εκτοξεύσεις πυραύλων στο Διάστημα. Ετσι, αναπτύχθηκε ειδική τεχνολογία προστασίας πυραύλων και δορυφόρων από τις προσκρούσεις με κοσμική σκόνη.

Από το 1957 – χρονιά που ο πρώτος τεχνητός δορυφόρος, ο Sputnik, μπήκε σε τροχιά- άρχισε να συμπληρώνεται ένας κατάλογος γήινων αντικειμένων σε τροχιά, ο λεγόμενος Space Object Catalog. Με τον καιρό ο κατάλογος αυτός γέμισε όχι μόνο με τα ακέραια αντικείμενα που στέλναμε αλλά και με τα απορριπτόμενα εξαρτήματα αυτών: δεξαμενές καυσίμων, ασπίδες προστασίας κ.ά. Επειτα, προστέθηκαν και τα πρώτα προϊόντα «ατυχών εκρήξεων». Αργότερα επαυξήθηκαν και με τα προϊόντα «εσκεμμένων εκρήξεων», όπως ήταν οι δοκιμές αντι-δορυφορικών όπλων. Σε ποια τροχιά ακριβώς έμπαιναν όμως όλες αυτές οι άχρηστες «παράπλευρες απώλειες» των διαστημικών περιπετειών μας;

Το σύνδρομο του Κέσλερ

Ενας επιστήμονας που είχε μελετήσει τη συμπεριφορά της κοσμικής σκόνης ήταν ο Αμερικανός Ντόναλντ Κέσλερ (Donald Kessler), ο οποίος από το 1968 είχε δημοσιεύσει σχετικές εργασίες. Το 1978, εφαρμόζοντας στα διαστημικά σκουπίδια περίπου τις ίδιες τεχνικές που είχε χρησιμοποιήσει για τη μελέτη της ζώνης των αστεροειδών, δημοσίευσε τη μνημειώδη εργασία του «Συχνότητα συγκρούσεων των τεχνητών δορυφόρων: Η δημιουργία μιας ζώνης σκουπιδιών». Το φλέγον πόρισμα της μελέτης του ήταν ότι η ίδια διεργασία που οδήγησε στον σχηματισμό των αστεροειδών θα συνέβαινε μέσω συγκρούσεων και στη ζώνη τεχνητών δορυφόρων της Γης, αλλά με μία κολοσσιαία διαφορά: Αυτό που η φύση είχε επιτελέσει σε χρονικό διάστημα δισεκατομμυρίων ετών, οι άνθρωποι θα το «κατόρθωναν» σε λίγες μόνο δεκαετίες. Μάλιστα, η μελέτη του Κέσλερ κατέληγε με την πρόβλεψη ότι ως το έτος 2000 ο κίνδυνος σύγκρουσης διαστημοπλοίων με διαστημικά σκουπίδια θα γινόταν μεγαλύτερος από τον αντίστοιχο κίνδυνο σύγκρουσής τους με μικρο-μετεωρίτες.

Μολονότι ο Κέσλερ είχε καλά τεκμηριώσει τα ευρήματά του, η γενική αντίληψη της εποχής ήταν ότι η έλξη της ανώτερης ατμόσφαιρας ήταν αρκετή για να εκτροχιάζει τα διαστημικά σκουπίδια με γοργότερο ρυθμό από εκείνον με τον οποίο παράγονταν. Ετσι, όλες οι χώρες που συμμετείχαν στον διαστημικό ανταγωνισμό συνέχισαν τον ρυπογόνο μαραθώνιό τους. Ο Κέσλερ, πεισμωμένος, συνέλεξε όλα τα στοιχεία που εξέδιδε κατά καιρούς η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ και, το 1991, «ξαναχτύπησε» με μια ακόμη πιο εμπεριστατωμένη ανάλυση. Υπό τον τίτλο «Συγκρουσιακός καταρράκτης: Τα όρια πληθυσμιακής ανάπτυξης σε χαμηλή τροχιά περί τη Γη», η εργασία του εντόπιζε ένα κρίσιμο σημείο συσσώρευσης αντικειμένων σε τροχιά πέραν του οποίου εκκινούσε μια αλυσιδωτή αντίδραση παραγωγής μικροαντικειμένων κλίμακας εκατοστών του μέτρου, που θα έκανε πλέον κάθε δράση στο Διάστημα άκρως επικίνδυνη. Οπως το περιέγραψε ο ίδιος σε συνέντευξή του, «η άμετρη δραστηριότητά μας στο Διάστημα ενδέχεται να οδηγήσει στην κατάσταση όπου ένα και μόνον ατύχημα σε δορυφόρο θα επιφέρει την αλυσιδωτή καταστροφή πολλών δορυφόρων, σε κλίμακα χρόνου μικρότερη από έτη».

Αυτή η επικαιροποιημένη αναδιατύπωση του «Συνδρόμου Κέσλερ» έβαλε πλέον όλες τις διαστημικές υπηρεσίες σε προβληματισμό. Αν και ο Κέσλερ προέβλεπε ότι βρισκόμασταν ήδη στην κρίσιμη φάση κορεσμού, το μόνο ιδιαίτερα σοβαρό διαστημικό ατύχημα συνέβη το 2009, όταν συγκρούστηκαν οι δορυφόροι Iridium 33 και Cosmos 2251, δημιουργώντας 1.500 θραύσματα, χωρίς ευτυχώς να προκληθεί «συγκρουσιακός καταρράκτης». Το 2006 ένα συναφές μοντέλο πρόβλεψης της NASA κατέληξε στο συμπέρασμα ότι, ακόμη και αν δεν γίνονταν νέες εκτοξεύσεις πυραύλων, ο αριθμός των διαστημικών αντικειμένων σε τροχιά θα παρέμενε ο ίδιος ως το 2055 και τότε θα άρχιζε να αυξάνεται κατά το «Σύνδρομο Κέσλερ». Ο ερευνητής Ρίτσαρντ Κρόουδερ (Richard Crowther) της βρετανικής Υπηρεσίας Αμυντικής Εκτίμησης και Ερευνας (DERA) διαφώνησε με το πόρισμα και δημοσίευσε τη δική του εκτίμηση, ότι το φαινόμενο του καταρράκτη θα ελάμβανε χώρα γύρω στο 2015. Τελικά η αμερικανική Εθνική Ακαδημία Επιστημών αποφάνθηκε ότι δύο από τις ζώνες χαμηλής τροχιάς, εκείνη σε υψόμετρο 900 – 1.000 χιλιομέτρων και εκείνη σε υψόμετρο 1.500 χιλιομέτρων, είχαν ήδη ξεπεράσει το κρίσιμο σημείο. Εφέτος το Εθνικό Συμβούλιο Ερευνών των ΗΠΑ (NRC) προειδοποίησε τη NASA ότι όλο το «σκουπιδομάνι σε τροχιά περί τη Γη» βρίσκεται σε κρίσιμο σημείο!

Ο καταλύτης «κλιματική αλλαγή»

Ενόσω οι αρμόδιοι των διαστημικών υπηρεσιών βρίσκονταν ακόμη στη νιρβάνα τού «το 2055 θα σκάσει το πρόβλημα», δύο απανωτές δημοσιεύσεις ερευνητών της Βρετανίας ήρθαν πέρυσι και εφέτος να δώσουν τη χαριστική βολή: Οι Arrun Saunders και Hugh Lewis, του Πανεπιστημίου Southampton, μελέτησαν τις τροχιές 30 δορυφόρων στην παρελθούσα 40ετία και αντιπαρέβαλαν τις αλλαγές πορείας τους με την προϊούσα κλιματική αλλαγή. Κατέληξαν στο εξής συγκλονιστικό σκεπτικό: Οι αυξημένες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να επιφέρουν υπερθέρμανση στην επιφάνεια της Γης, αλλά καταψύχουν τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιράς της. Το αποτέλεσμα είναι σε υψόμετρο 300 χιλιομέτρων από την επιφάνεια της Γης η ατμόσφαιρα να χάνει ανά έτος το 5% της πυκνότητάς της. Αυτή η μείωση της πυκνότητας συνεπάγεται ότι μειώνεται και το «φρενάρισμα» των δορυφόρων που βρίσκονται σε χαμηλή τροχιά. Αλλά αυτό συνεπάγεται επίσης ότι, αντί οι παροπλισμένοι δορυφόροι (όπως και τα διαστημικά σκουπίδια) να εκτροχιαστούν και να πέσουν αναφλεγόμενοι στην ατμόσφαιρα, να παραμένουν σε τροχιά για χρονικό διάστημα ως και κατά 25% μακρύτερο. Απόρροια αυτού θα είναι η όλο και μεγαλύτερη πληθυσμιακή συσσώρευση αντικειμένων σε χαμηλή τροχιά, άρα και πολύ πιο αυξημένος κίνδυνος συγκρουσιακού καταρράκτη.

Πνιγμένος από χρήσιμα και άχρηστα σε τροχιά, ο πλανήτης μας περιμένει την ώρα που θα αρχίσουν τα «συγκρουόμενα». Αριστερά και δεξιά εικόνες σκουπιδιών που έπεσαν στη Γη, κάτω δεξιά το σύνολο του «σκουπιδονέφους».

Τα πρόσφατα ατυχήματα

Η πρόσφατη ταραχή για το πού θα πέσουν τα κομμάτια του δορυφόρου και αν θα χτυπήσουν κάποιον αθώο κάτοικο αυτού του πλανήτη ήταν απλά η συγκινησιακή κορύφωση του κατά τα λοιπά ανελλιπούς βομβαρδισμού μας από διαστημικά σκουπίδια. Τα μόνα γνωστά ανθρώπινα θύματά του ήταν ως τώρα πέντε ιάπωνες ναυτικοί που τραυματίστηκαν, το 1969, από διαστημικά σκουπίδια ενδεχομένως ρωσικής προέλευσης. Σε μιαν άλλη περίπτωση, το 1997, μια κάτοικος της Οκλαχόμας των ΗΠΑ βλήθηκε στον ώμο από ένα κομμάτι 10×13 εκ. πυραύλου Delta II της πατρίδας της, χωρίς ευτυχώς να τραυματισθεί (!). Αλλά εκεί ψηλά έχουν συμβεί επεισόδια που κόντεψαν όχι μόνο να έχουν ανθρώπινα θύματα αλλά και να καταστήσουν το Διάστημα χώρο απροσπέλαστο για τους γήινους. Ενα τέτοιο επεισόδιο διαδραματίστηκε τον Μάρτιο του 2009, όταν οι αστροναύτες του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού (ISS) υποχρεώθηκαν να καταφύγουν στον πύραυλο επιστροφής Soyuz, καθώς τα διαστημικά σκουπίδια ενός αμερικανικού πυραύλου έφθαναν σε απόσταση ενός μιλίου από αυτούς.

Για την παρακολούθηση της πορείας αυτών των διαστημοσκουπιδιών υπάρχουν τώρα αρκετά ραντάρ και τηλεσκόπια, αλλά τίποτε δεν είναι ικανό να καταγράψει με βεβαιότητα την πορεία αντικειμένων μικρότερων από 10 εκατοστά. Ετσι, ενώ γνωρίζουμε την τροχιά 19.000 διαστημικών αντικειμένων, υπάρχουν κάπου 600.000 μικροσκουπίδια που κινούνται ανεξέλεγκτα και ανά πάσα στιγμή μπορεί να κάνουν τη ζημιά.

Διαστημικοί ρακοσυλλέκτες

Πέρα από τον ελλιπή έλεγχό τους, μια άλλη σπαζοκεφαλιά είναι το ποιος δικαιούται να γίνει «ρακοσυλλέκτης του Διαστήματος». Δηλαδή, όχι μόνον οι δορυφόροι αλλά και τα υπολείμματά τους ανήκουν σε όποιον τα εκτόξευσε. Αρα, η απόπειρα μιας διαστημικής υπηρεσίας να «καθαρίσει» μια περιοχή από διαστημικά σκουπίδια προέλευσης τρίτων πιθανόν να εκληφθεί ως εχθροπραξία (ιδίως αν στα σκουπίδια συγκαταλέγονται υπολείμματα κατασκοπευτικών δορυφόρων).

Τεχνολογικά πάντως έχουν κατατεθεί διάφορες προτάσεις. Η πιο γνωστή είναι αυτή του καναδέζικου «MDA SIS» (Space Infrastructure Servicing vehicle), που προορίζεται να τεθεί σε τροχιά το 2015, με πρώτο πελάτη την αμερικανο-βελγική εταιρεία τηλεπικοινωνιακών δορυφόρων Intelsat. Πρόκειται για ένα τηλεχειριζόμενο σκάφος που θα ανατροφοδοτεί με καύσιμα δορυφόρους και θα διορθώνει την τροχιά τους ή, εν ανάγκη, θα τους «παρκάρει» σε ακίνδυνες τροχιές. Ωστόσο η δράση αυτού του SIS περιορίζεται στη ζώνη γεωσύγχρονης τροχιάς, όπου έτσι κι αλλιώς οι ταχύτητες των διαστημικών αντικειμένων είναι μικρές.

Για τα διαστημοσκουπίδια χαμηλής τροχιάς – που κινούνται με μεγάλες ταχύτητες _ έχουν προταθεί κανόνια με ακτίνες λέιζερ ή με δέσμες ιόντων. Σύμφωνα με την πιο πρόσφατη μελέτη της NASA (Μάρτιος 2011), ένα κανόνι λέιζερ των 5 κιλοβάτ (και κόστους 800.000 δολαρίων) μπορεί να χτυπάει με τις ακτίνες του ένα διαστημικό σκουπίδι και να το μετακινεί κατά 1 χιλιοστό ανά δευτερόλεπτο. Οπότε ο βομβαρδισμός του επί λίγες ώρες κάθε ημέρα αρκεί για να το μετακινεί ως και 200 μέτρα ανά ημέρα, ώσπου να τεθεί σε ασφαλή τροχιά.

Οπωσδήποτε η πλησιέστερη πρόταση στη κλασική ιδέα του ρακοσυλλέκτη είναι αυτή της αμερικανικής εταιρείας Star Inc., που ανακοίνωσε μάλιστα στις 7 Ιανουαρίου 2010 ότι έκλεισε συμβόλαιο με το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ για τη μελέτη ανάπτυξης του EDDE. Τι είναι αυτό; Ενα διαστημικό όχημα βάρους 100 κιλών που μπορεί να «αρπάξει» ως και 135 δορυφόρους σε μία τριετία και να τους «παρκάρει» σε ασφαλή τροχιά. Με έναν στόλο δώδεκα τέτοιων σκαφών, η εταιρεία υπόσχεται να καθαρίσει όλα τα διαστημοσκουπίδια χαμηλής τροχιάς μέσα σε επτά χρόνια.

Προφανώς με τη λέξη «όλα» η εταιρεία εννοεί όλα τα αμερικανικής προέλευσης σκουπίδια, διότι για εκείνα των υπολοίπων θα πρέπει να περιμένει πολύ να της δοθεί η έγκριση. Μπορεί όμως να ρεφάρει τη στενοχώρια της με τα «τυχερά του σκουπιδιάρη»: Αν, για παράδειγμα, περισυλλέξει την τσάντα εργαλείων που έχασε το 2008 η αστροναύτισσα Heidemarie Stefanyshyn-Piper του ISS, η NASA έχει δεσμευθεί ότι θα την ανταμείψει με 50.000 δολάρια. Σημειωτέον ότι το «τσαντάκι που της έπεσε» κόστιζε 100.000 (βλ. www.youtube.com/watch?v=1vXdRUIZ_EM). Οσο για την κάμερα που έχασε τον Ιούνιο του 2007 η αστροναύτισσα Suni Williams (www.youtube.com/watch?v=fTBFlSwtBKc), δεν υπάρχει αμοιβή. Της αγόρασαν άλλη.

{

Κάτω αριστερά, η προσέγγιση του δορυφόρου-πελάτη και δεξιά το «σέρβις» από τον «παρκαδόρο» του Διαστήματος MDA-SIS.