Az űrszemét Az űrkorszak kezdetét egyértelműen az első műhold, a Szputnyik–1 indításához kötjük (1957. október 4.). Ez az 58,5 cm átmérőjű, összesen 83,6 kg tömegű, Al-Mg-Ti ötvözetű burkolattal ellátott, gömb alakú kis eszköz volt az első emberkéz alkotta szerkezet, amely Föld körüli pályára került. Ellipszis alakú pályájának földközelpontja 215 km, földtávolpontja 939 km magasságban volt a felszín felett. Kb. 96 perc alatt kerülte meg egyszer a Földet, miközben a fedélzetén elhelyezett rádióadó 20 és 40 MHz-es frekvencián folyamatosan küldte a híressé vált bip-bip jeleket. Már ez a legelső, űrbe került eszköz előrebocsátotta a későbbi problémák sorát, amivel persze ekkoriban még nemigen foglalkozott senki: a „hasznos” űreszközzel együtt pályára kerültek a második rakétafokozat és a légkörbeli repülés rövidke időszakaszában a védelmet nyújtó, légellenállás-csökkentő orrkúp-burkolat leválasztott darabjai is. A küldetését befejezett objektum visszatért a légkörbe, és 1958. január 4-én elégett. Ugyanez a sorsa azóta is az űrbe kerülő tárgyak egy részének – de nem mindnek! Nézzük először meg, mi is történik a Föld körüli pályára helyezett műholdakkal. A Földet és a mesterséges égitestet is pontszerű tömegnek tekintve, a hatalmas Földhöz képest elhanyagolhatóan kicsiny tömegű test mozgásának problémája tisztán „kepleri”, azaz a kezdőértékek függvényében egy adott síkban fekvő, térben és időben rögzített, változatlan „kúpszelet”-pályán fog keringeni az idők végezetéig (ha a Földtől való végleges elszakadáshoz szükséges „második kozmikus sebességet” nem érjük el, legáltalánosabban ellipszisen). A Föld azonban nem pontszerű, hanem kiterjedt, ráadásul nem is pontosan gömbszimmetrikus tömegeloszlású! Emiatt – az ideálistól való eltérésektől függően – megváltozik a helyzet: mindaddig, amíg nem túl erősek az eltérések a gömbszimmetriától, a mesterséges égitest pályája ellipszisnek tekinthető. (Egyes pályaelemek értéke azonban időben periodikusan oszcillál, másoké folytonos, „halmozódó” változáson mehet át!) A legerősebb változást a pálya síkja szenvedi: elkezd forogni (többnyire a keringés irányával ellentétes irányban), és az ellipszis nagytengelyének iránya is forog (általában a keringés irányával megegyező irányban). Ezeknek a változásoknak a megfigyeléséből visszaszámolható a változásokat okozó tömegeloszlás. Így határozta meg a Föld alakját elsőként Izsák Imre magyar csillagász.
A Föld körül alacsony pályákon keringő, nyilvántartott törmelékek eloszlásának képe A Föld felszíne fölött nem
túl nagy magasságban keringő mesterséges égitestekre bolygónk vonzóereje
mellett két további erő is hat:
Az űrszemét-probléma szempontjából
a legfontosabb a felső légkör hatása.
1. táblázat. Űreszközök várható élettartamának becslése Látható, hogy a 400 km-es vagy még alacsonyabb pályákról hamar „leesnek” a műholdak. Ha ezek élettartamánál hosszabb ideig akarunk működtetni egy űreszközt, akkor energiabefektetéssel időről időre gondoskodnunk kell a magasabb pályára emelésről (az égi mechanikai paradoxon miatt ez időszakonkénti gyorsítással érhető el – 1. ábra).
1. ábra. Az ISS (International
Space Station) űrállomás felszín feletti magasságának változása 2006–2007
során. Jól láthatók a magasabb
A huzamosabb ideig pályán maradó tárgyak is veszélyeket hordoznak – noha lezuhanásuk csak ezer évek múlva lenne esedékes. De éppen ebből következik egy további probléma: az ilyen magas pályára kerülő újabb és újabb eszközök száma folyamatosan nő.
2. ábra. A Föld körül
keringő, azonosított, megfigyelt törmelékdarabkák
A 2. ábrán a Föld
körüli pályán keringő objektumok számának magasság szerinti eloszlását
láthatjuk. Térbeli sűrűségük növekedésével ütközések következhetnek be,
ezzel a veszélyes darabok száma tovább növekszik. Ráadásul az ütközések
(impulzuscserék) során, oldalirányú sebességkomponensek nyerésével, az
eredeti űreszköz közel azonos pályáján mozgó néhány nagyobb darabja helyett
tucatnyi, vagy később akár több száz, immár különböző mértékben eltérő
pályákon keringő darabból álló törmelékhalmaz jön létre. Szimulációs számítások
megmutatták, hogy az aprózódó törmelék darabjai idővel a kezdeti pályától
igen távoli területekre is eljutnak, néhány év után „beteríthetik” a Föld
egész környezetét. (Az 1100–1300 km közötti tartományban azért van sok
űrszemét, mert ez az ún. „műhold-temető” pályák tartománya. Ide emelik
kikapcsolásuk előtti utolsó perceikben az elhasznált katonai és más műholdakat
az eredeti, 800 km körüli magasságú pályájukról. A 20 000 km magasságnál
látható eloszlási csúcs a hasznos terheket geoszinkron vagy meg távolabbi
pályára emelő rakéták utolsó fokozatainak maradékai, illetve az utolsó
átmeneti pályák tartománya, ahol a végleges konfigurációjukat felvevő műholdak,
szondák védőburkai, egyéb darabjai szándékosan (a manőver részeként) vagy
véletlen hiba folytán válnak le. A 36 000 km körüli csúcs a geoszinkron
pályák térségében alakult ki. Itt rengeteg kommunikációs, műsorszóró műhold
van, egy részük már kikapcsolva űrszemétként kering, illetve a levált darabkák
és az ütközéseik után levált újabb darabkák szaporítják az itteni törmeléket.)
A Föld körüli pályán folyó emberi tevékenység során az űrhajósokat is komolyan veszélyezteti a szeméttömeg. Több ismertté vált riasztás volt például az ISS űrállomáson, amikor egy-egy nagyobb törmelék veszélyesen megközelítette az űrállomást! Emberéletek, milliárdos értékek, sok száz ember többéves erőfeszítéseinek eredményei mehetnek veszendőbe a „melléktermékek” miatt… Mi tartozik az „űrszemét”
kategóriájába?
Mennyi szemét van jelenleg
a Föld környezetében?
3. ábra. A Föld körüli
mesterséges törmelékfelhő össztömegének
Mit lehet tenni?
Rendeltetés szerinti működés során nem szabadulhat ki törmelék az űreszközökről – de ha mégis, ez minimális mértékű legyen. Csökkentendő annak lehetősége, hogy a rendeltetés szerinti működés során feldarabolódjon (felrobbanjon) egy űreszköz. Kerülendő a törmelékfelszabadulással járó szándékos megsemmisítés és egyéb veszélyes művelet. Korlátozandó az űreszközök működésének végezetével az alacsony pályán maradás (hordozóeszközöké, pl. rakétafokozatoké is!). A geostacionárius pályán maradás is elkerülendő, a kikapcsolás után – ezek még magasabb (ún. temető) pályára emelendők! Kimerítendő minden energiaforrás a küldetések végére! A fejlesztőmérnökök más megoldásokon is folyamatosan gondolkoznak. Terveztek például nagy teljesítményű mikrohullámú „lézerágyút”, amely még a pályán kisebb, a légkörbe lépéskor veszélytelen méretűre égő darabokra szeletelné a haszontalanná vált űreszközöket. A „porszívó-műhold” a legveszélyesebb, legsűrűbb zónákban takarítaná össze a törmeléket. Ezekből a tervekből egyelőre semmi nem valósult meg, és az űrszemét napról napra szaporodik. Egyelőre az ENSZ-ajánlások betartásával mérsékelni kell az űrszemét további termelődésének ütemét, legalább a hasznos eszközöket el kell látni olyan hajtóművel, amellyel a küldetés befejezése után veszélytelenül nagy magasságú temető-pályára lehet őket emelni, vagy irányítva lehozni és veszélytelen helyre ejteni, minél több darabot kell azonosítani és megfigyelés alatt tartani, hogy az információk figyelembevételével minimálisra csökkentsük a későbbi űrprogramok súlyosabb baleseteinek kockázatát – mindaddig, amíg komolyabb megoldás nem születik. Addig is a légkör igyekszik elvégezni az alsó rétegek megtisztítását, hiszen amint fentebb láttuk: a 700 km-nél alacsonyabban keringő darabok számára csak idő kérdése az elégéses-lehullásos vég. A sűrű légköri rétegekbe süllyedő, nagyobb darabok esetében számításokkal igyekeznek megbecsülni azt az időpontot, amikor az utolsó keringéséhez ér az objektum, és onnan valószínűsíteni a becsapódási területet. Általában a leesés előtti 7 nappal még csak +22 keringési időnek megfelelő (kb. másfél nap) pontossággal lehet megmondani a parabolikus leesés kezdetét; míg 1 nappal előtte már +2 keringéssel, végül pedig 2 órával a sűrű légkörbe érés előtt +1/3 keringésidőnyi pontossággal becsülhető a lezuhanás környezete. (Tekintetbe véve a pálya menti sebességet, még ha viszonylag keskeny is ez a sáv, tízezer kilométernyi hosszúságú, úgyhogy elég nehéz a cselekvés.)
Az 1986-ban Baja belvárosában lehullott, több mint 4 cm-es űrtörmelék képe (a szerző saját fotója)
Egy Delta–2 rakéta egyik
üzemanyagtartályának 250 kg-os acélteste, amely
Ha nagy valószínűséggel lakott területre zuhanna az objektum, akkor be kell avatkozni. Amennyiben van még hajtóanyag az űreszköz fedélzetén, és lehetséges pályakorrekciók végrehajtása, olyan pályamódosításokat kell végezni, hogy az objektum nagy valószínűséggel már lakatlan területre essen. Sajnos, általában olyan kevés idő áll rendelkezésre, hogy nincs esély például a legveszélyeztetettebb területek kiürítésére vagy más megoldásokra.
4. ábra. Az évente felbocsátott és pályán maradt, katalogizált (nagy) eszközök számának alakulása (forrás: Űrtan) Egy bizonyos: ha a világ űrtevékenysége a gazdasági megtorpanás miatt kissé mérsékelődött is, a gazdaság, a tudomány és a társadalom számára kétségtelenül fontos űrprogramok mégiscsak folynak. Ennek kellemetlen velejárójaként pedig a fejünk felett keringő űrszemét mennyisége tovább nő (4. ábra). A kérdés végleges, megnyugtató rendezéséhez a világ minden országának hozzászólási joga van – ki tudja, talán egy magyar ötlet oldja majd meg a nagy problémát?
|
||||