Denník N

Astronóm, ktorý pomáha upratovať vesmír: Atmosféra je náš najlepší „vysávač“

Jiří Šilha pri raketopláne Discovery, ktorý je umiestnený v múzeu letectva vo Virgínii, USA. Zdroj - J. Š.
Jiří Šilha pri raketopláne Discovery, ktorý je umiestnený v múzeu letectva vo Virgínii, USA. Zdroj – J. Š.

V čase pandémie sa môže zdať, že najbezpečnejšou destináciou tejto sezóny je vesmír. Máme za sebou súkromné lety do vesmíru, misie na Mars či vypúšťanie družicových megakonštelácií. Astronóm Jiří Šilha, ktorý sa venuje vesmírnemu odpadu, hovorí o tom, čo hľadáme na Marse, ako bude vyzerať cestovanie do vesmíru a či si ho znečisťujeme ešte pred prvým turnusom.

V rozhovore sa dočítate aj:

  • čomu by museli čeliť kolonizátori Marsu i Mesiaca;
  • aké podmienky budú okrem bohatstva musieť spĺňať vesmírni turisti;
  • koľko satelitov nám krúži nad hlavou a či je to bezpečné;
  • kam (ne)odletí vyradený satelit;
  • ako vyzerá upratovanie orbity.

Tento článok si môžete prečítať vďaka ESET Science Award – oceneniu, ktoré podporuje výnimočnú vedu na Slovensku. 

Tento rok vyniesla ľudí do vesmíru prvá súkromná spoločnosť, NASA vyslala na Mars nový rover, mieri tam aj čínsky rover či sonda Arabských emirátov. Začínajú sa nové vesmírne preteky alebo sme už dávno uprostred nich?

Nie sú to vesmírne preteky ako počas studenej vojny. Krajiny sa skôr snažia držať svojich dlhodobých strategických plánov a spolupracovať. Napríklad Arabské emiráty, ktoré vytvorili svoju vesmírnu agentúru len nedávno, spolupracujú pri vývoji družice s univerzitou v Colorade.

Ďalším príkladom je spolupráca ruskej a európskej vesmírnej agentúry, ktoré chcú poslať na Mars družicu a rover. Momentálne si štáty uvedomujú, že do vesmíru sa dostanú ľahšie, ak spoja sily.

Prečo sa toľko krajín rozhodlo skúmať práve Mars?

Mars sa rovnako ako Zem a Venuša nachádza v „zelenej zóne“ okolo Slnka. Okolo hviezdy je obmedzené teplotné pásmo, v ktorom by na planétach mohla existovať voda v tekutom skupenstve. Nie je tam teda príliš chladno na to, aby zamrzla, ale ani príliš teplo na to, aby sa vyparila. My máme ideálnu polohu v strede, Venuša je bližšie k Slnku a Mars je na vonkajšom kraji.

Toto z neho robí dobrého kandidáta na miesto pre život. Momentálne máme skôr hypotézu, že tam bol skôr v minulosti a vyhynul, ale aj to je pre nás ohromne zaujímavé.

 Čo sa momentálne na Marse skúma?

V prvom rade hľadáme nejaké stopy života. Nehľadáme cicavce, skôr mikróby a ich stopy. Najviac nás zaujíma, či tam ten život bol, ako vznikol a prečo zanikol.

Keďže sa zdá, že tam je voda, Mars je dobrý kandidát aj na prípadnú kolonizáciu. Skúmame tam preto aj geológiu, klímu a zaujímavé je aj jeho magnetické pole.

Prečo je slabé magnetické pole problémom?

Je veľmi slabé. Aj preto mohol Mars prísť o veľkú časť svojej atmosféry a následne stratiť veľa vody.

Naše Slnko vyžaruje energeticky silne nabité častice a my sme pred nimi vďaka zemskému elektromagnetickému poľu chránení. Ak by sme nemali žiadnu ochranu, tak by tie častice mohli spôsobiť rozpad atmosféry a rozpŕchli by sa do priestoru. Miernu interakciu s týmito časticami na Zemi vidíme v podobe polárnej žiary.

Čo by sme potrebovali na Marse nájsť, aby sa tam dala vybudovať kolónia?

Keď sa bavíme o kolonizácii nebeského telesa, vždy sa ako prvé hľadajú prvky, ktoré by tam človeku pomohli dlhodobo prežiť. Dostatok vody je opäť základ, lebo ju viete rozložiť na kyslík a vodík. Obidva prvky sa dajú použiť aj ako palivo. To by mohlo slúžiť na to, aby ste sa vedeli dostať z povrchu Marsu späť na obežnú dráhu a potom späť na Zem, keby ste chceli cestovať.

Výhodou pri kolonizácii Marsu je, že na rozdiel od Mesiaca má atmosféru. Dokázala by nás tak chrániť aj pred slnečným žiarením či meteoroidmi. Vesmírne telesá majú rýchlosť aj desiatky kilometrov za sekundu. Aj veľmi malá častica by teda potenciálneho občana mesiaca usmrtila, ak by nebol chránený.

Vizualizácia sondy Nádej nad povrchom Marsu. Zdroj – TASR/AP

Plánuje už nejaká vesmírna agentúra pilotovanú misiu na Mars?

NASA má plán dostať človeka na Mars v prvej polovici 30. rokov tohto storočia. Plán je dostať človeka na dráhu okolo Mesiaca a vytvoriť tam permanentnú stanicu. Tá by pomáhala zásobovať Mesiac aj Mars, ak by tam neskôr boli kolónie. Samozrejme, je tam veľa technických a politických vecí, ktoré môžu tieto plány ovplyvniť.

Ako dlho sa cestuje na Mars?

6 – 8 mesiacov.

A na Mesiac?

Zhruba tri dni.

Pred čím by sme sa na Marse museli chrániť?

Pri lete tam by bolo asi najväčším problémom elektromagnetické žiarenie zo Slnka. Raketa by sa musela chrániť nejakými štítmi. Pri pobyte na Marse by sme tiež museli vytvoriť na stanici bezpečnú atmosféru. Ak máte vo vzduchu príliš veľa kyslíka, je vysoko horľavý, takže by sme potrebovali aj dusík, aby sme to vyrovnali a atmosféra bola stabilná.

Poďme na kratšie lety, ktoré sa už ľudstvu podarilo zdolať. Nedávne prebehli demo lety spoločnosti SpaceX. Išlo o prvý prípad, keď súkromná spoločnosť vyslala do vesmíru ľudskú posádku. V septembri by mala letieť takzvaná ostrá posádka. Ako sa bude líšiť od tých predchádzajúcich?

To, čo sme videli pri lete Demo 2, bude veľmi podobné ako to, čo sa udeje pri lete Crew1. Jediným rozdielom bude, že poletí štvorčlenná a nie dvojčlenná posádka. Zaujímavosťou je, že na palube bude japonský astronaut. Tým sa opäť potvrdzuje, že NASA plánuje spolupracovať aj na medzinárodnej úrovni.

Let by mal byť súčasťou bežnej rotácie na medzinárodnú stanicu ISS. Čiže to bude klasická vesmírna „kyvadlovka“ s tým rozdielom, že raketu vlastní súkromná spoločnosť.

Aký je vzťah medzi SpaceX a NASA? Asi nemôžem len tak letieť do vesmíru ako súkromná spoločnosť, aj keď mám na to technológiu?

SpaceX vyhrala súťaž na vývoj osobnej lode pre NASA. Takže NASA si ich doslova objednala. Majú zmluvu na päť rokov, počas ktorých bude musieť SpaceX pravidelne asi trikrát za rok vyniesť astronautov k Medzinárodnej vesmírnej stanici. Potom sa uvidí, čo ďalej.

Kedy budú môcť do vesmíru lietať bohatí vesmírni turisti?

Už budúci rok možno odštartujú prvé dva lety.

Crew Dragon Demo-2 je testovací let kozmickej lode Crew Dragon spoločnosti SpaceX na Medzinárodnú vesmírnu stanicu (ISS). Na snímke astronauti Robert L. Behnken (vľavo) a Douglas G. Hurley. Foto – AP

Let do vesmíru je fyzicky dosť náročná záležitosť. Budú vesmírni turisti musieť prejsť špeciálnym tréningom a budú pri letoch nejaké zdravotné obmedzenia?

Vesmírny turista musí byť fyzicky zdatný a nesmel by mať napríklad problém s tlakom alebo so srdcom. Myslím, že tréning a príprava budú dlhšie ako samotný let.

Najhoršie sú práve štart a pristátie, kde je na organizmus kladená obrovská fyziologická záťaž v podobe preťaženia. Ale celkovo si myslím, že si to možno zjednodušene predstaviť ako pri kolotočoch. Na extrémne horské dráhy tiež nemôže ísť každý. A lety do vesmíru budú pre neprofesionálov celkom drsnou jazdou, na ktorú sa bude treba pripraviť.

Vieme už, koľko by takéto lety okolo Zeme mohli stáť?

Jedno miesto stojí zatiaľ 50 – 60 miliónov eur.

Vy by ste sa išli pozrieť do vesmíru?

Zatiaľ ma to nelákalo. Mne sa páči sledovať vesmír zo Zeme.

Ďalšími ambicióznymi vesmírnymi projektmi tohto roku sú OneWeb a Starlink. Tieto dve spoločnosti už poslali na obežnú dráhu niekoľko desiatok satelitov s cieľom vybudovať sieť, ktorá pre celý svet zabezpečí širokopásmové pripojenie k internetu. Ako by takáto sieť fungovala a prečo na to potrebujeme toľko družíc?

Tieto spoločnosti chcú vytvoriť okolo Zeme megakonšteláciu satelitov v rôznych dráhach. Podobný koncept už poznáme z navigačného systému GPS, kde máte 20-tisíc kilometrov nad povrchom satelity a kdekoľvek na Zemi budete, mali by ste mať kontakt aspoň s dvoma a vďaka tomu vedieť zistiť svoju polohu.

Tento koncept nie je dostatočný, pretože na zistenie polohy vám stačí relatívne slabý signál a dátový prenos, nestačí to však na vysokorýchlostný internet. To si vyžaduje obrovské množstvo satelitov, ktoré sú k dispozícii nonstop.

Jiří Šilha pred observatóriom Haleakala na Havaji, USA. Zdroj- archiv J. Š.

To musí byť strašne drahé. Oplatí sa to?

V tom je práve ten trik. Technológie sa výrazne posunuli dopredu, satelity zlacneli a sú oveľa dostupnejšie. Výhodou týchto firiem je, že vlastnia raketové nosiče aj platformy na výrobu satelitov.

Je to bezpečné? Aj pred lacným dronom, ktorý mi letí len niekoľko metrov nad hlavou, mám rešpekt…

Už desaťročia vieme, že blízke okolie Zeme je veľmi citlivé a dynamické prostredie. Neustále tam po rôznych dráhach, ktoré sa križujú, obiehajú satelity, raketové stupne, odpady. Preto hrozí, že dôjde k zrážke, ktorá vytvorí ďalšie častice, tie vytvoria ďalšiu zrážku a takto kaskádovito sa dostaneme do stavu, že tam už nebudeme môcť nič poslať.

Tento stav sa zhoršil v rokoch 2007 a 2009, keď sme mali tri veľké rozpady na nízkej dráhe okolo Zeme.

Čo s tým?

Tým, ako sa bezpečne správať vo vesmíre, sa zaoberajú medzinárodné tímy na pôde OSN. Podľa terajších pravidiel je najdôležitejšie to, z ktorej krajiny let štartuje. Ak štartujete z USA a váš súkromný satelit niečo spraví, na medzinárodnej úrovni sú zodpovedné Spojené štáty.

Koľko satelitov je na obežnej dráhe?

Ešte pred tromi rokmi sme mali zhruba 1200 funkčných satelitov, ktoré krúžili okolo Zeme. Po príchode SpaceX je ich aktívnych zhruba 2000. Sú samozrejme menšie a bavíme sa o stovkách kilogramov, nie tonách, ale keby sa s niečím zrazili, určite spôsobia rozpad.

Spojené štáty vytvorili s príchodom týchto megakonštelácií novú legislatívu – pravidlá vesmírnej premávky.  Firmy ich musia dodržiavať, ak chcú v danej krajine podnikať a získať licenciu. SpaceX má momentálne povolenie na 40-tisíc satelitov na nízkej dráhe.

Pohľad na satelity tesne pred tým, ako ich raketa 24. mája vypustila na obežnú dráhu Zeme. Foto – SpaceX

Každá krajina má svoje vlastné pravidlá?

Áno. Keď Spojené štáty spustili túto iniciatívu, tak začal zvyšok sveta trochu panikáriť, lebo si uvedomili, že ak rýchlo nezareagujú, budú v tomto biznise absolútne pozadu. Napríklad Európska únia začala spolu s Európskou vesmírnou agentúrou definovať pravidlá vesmírnej premávky pre Európu, aby sme si udržali konkurencieschopnosť.

Takže orbita nebude preplnená iba americkými satelitmi?

Nie, ale preplnená určite bude.

Životnosť satelitov je približne 25 rokov. Znamená to teda, že čoskoro budeme mať okolo Zeme poletujúce vrakovisko?

Presne. Vedeli sme, že najhustejšie je obsadená oblasť 800 – 1000 km, lebo tam chodíme od začiatku vesmírneho výskumu. Keď tam teraz pošlete satelit, budete musieť často robiť vyhýbavý manéver, inak vám hrozí zrážka.

Megakonštelácie majú aj preto v pláne dať satelity na nižšiu dráhu (530 – 550 km) a nechať prírodu, aby sa o nich postarala. Staré satelity budú jednoducho padať a horieť pri trení v atmosfére.

Má toto riešenie nejaký háčik?

Áno. Budeme mať hustý počet telies, ktoré budú z tej výšky neustále klesať. Na 430 kilometroch máme pritom vesmírnu stanicu ISS. Padajúce satelity majú nejakú manévrovaciu schopnosť, ale je veľmi obmedzená. Čiže keď bude hroziť zrážka, manéver bude musieť urobiť funkčné teleso. Trochu to teda skomplikuje operovanie satelitov vo výškach pod 600 kilometrov.

Ako vysoko by museli byť satelity, aby vedeli po opotrebovaní voľne odletieť do vesmíru?

Keď nejaký objekt obieha okolo Zeme, môžu ho stretnúť tri druhy osudu. Ak je dosť nízko na to, aby z času na čas interagoval s molekulami atmosféry, postupne stráca kinetickú energiu, zníži sa mu dráha, až nakoniec zhorí v atmosfére.

Druhá možnosť je, že na neho nejaké teleso pôsobí gravitačnou silou, alebo mu dodáme dostatočný impulz, aby mal únikovú rýchlosť. To mu umožní odpútať sa od Zeme a začať obiehať okolo Slnka. Ale to sa nerobí často.

Tretia možnosť je, že teleso necháte lietať na obežnej dráhe okolo Zeme „donekonečna“. Ak je to teleso nejakých 3-tisíc kilometrov nad Zemou a obieha ju na relatívne kruhovej dráhe, tak tam zostane v podstate navždy.

Ďalekohľad AGO70, 70-cm newtonovský reflektor, umiestnený na Astronomickom a geofyzikálnom observatóriu UK v Modre. Zdroj – J. Š.

Môžu takéto telesá spôsobiť na obežnej dráhe nejaké problémy?

Na to, koľko vecí tam poletuje, bolo zrážok paradoxne dosť málo. Napríklad v roku 2009 sa zrazili dva veľké satelity nad Sibírou. Kolízia sa stala v rýchlosti 11 km/s (40 000 km/h), čiže sa oba rozpadli na 3,5 tisíca úlomkov, ktoré sú ohrozením pre satelity na obežnej dráhe. Zhruba 30 percent z nich už zaniklo, ale niektoré budú okolo Zeme rotovať tisícky rokov, lebo sú dostatočne vysoko. Odvtedy sme žiadnu takúto udalosť nemali.

Ovplyvňujú takéto úlomky aj náš život na Zemi?

Pri vývoji vesmírneho telesa si inžinieri musia odpovedať aj na otázku, či v atmosfére zhorí, alebo môže dopadnúť až na Zem. Ak hrozí, že nejaká časť dopadne na Zem, hrozí aj to, že niekoho zraní.

V minulosti prežili nejaké úlomky vstup cez atmosféru, ale zatiaľ nedošlo k žiadnemu zraneniu. Napríklad v roku 1978, keď sa ešte mohli v okolí Zeme používať satelity poháňané jadrovým pohonom, sa jeden stal nekontrolovateľným, spadol a v Kanade kontaminoval obrovskú oblasť rádioaktivitou. V roku 2018 zase nad vesmírnou stanicou stratili kontrolu Číňania. Už bola dostatočne nízko, takže sme vedeli, že zhorí v atmosfére, ale astronómovia ju sledovali, aj sa jej trochu upravovala dráha. Našťastie to nie sú príliš časté prípady.

Nechať množstvo družíc poletovať na obežnej dráhe, kde nám zatiaľ neprekážajú, ale budú tam naveky, mi pripomína nápad hádzať odpad do oceánov, kým sa stráca pod hladinou. Kedy nás to dobehne a čo môžeme spraviť preto, aby sa to nestalo?

Našťastie existuje prevencia a náš cieľ – znižovať počty úlomkov spojených s misiami – sa celkom darí. No keď máte starý satelit, ktorý sa rozpadne, všetka snaha je nanič. Jedno takéto teleso dokáže vytvoriť tisícky nových úlomkov. Plánom teda je odpad aktívne odstraňovať.

Snímka získaná ďalekohľadom AGO70 pre ruský raketový nosič umiestnený na nízkej dráhe. Počas pozorovania sa použila expozičná doba 0,1 sekundy, keď sa objekt nachádzal 2600 km od pozorovateľa. Zdroj – archív J. Š.

Ako sa dá poupratovať orbita?

Plán je vytvoriť satelit, ktorý by sa dostal k telesu, ktorému hrozí rozpad alebo zrážka. Aktívne by ho zachytil, priniesol ho na nižšiu dráhu a znížil mu životnosť. Atmosféra je totiž náš najlepší „vysávač“ odpadu. Nedávno prebehla demonštratívna misia, ktorá mala ukázať rôzne technológie zachytenia a sledovania odpadu vo vesmíre. Napríklad harpúnou, sieťami či robotickými ramenami.

My astronómovia tieto objekty monitorujeme zo Zeme a sledujeme, či sa objekt nespráva chaoticky a nerotuje. Ak by sa totiž „upratovací“ satelit zrazil s odpadom, mali by sme oveľa viac úlomkov, než sme šli pôvodne pozbierať.

Odkiaľ sledujete oblohu?

Naša fakulta má vlastné observatórium v Modre. Máme tam veľmi výkonný ďalekohľad, ktorý je určený na pozorovanie a výskum odpadu. Vieme ním pozorovať 30-centimetrové objekty aj na veľmi nízkych obežných dráhach.

To vás asi padajúce Perzeidy veľmi nevzrušujú…

Meteory ma práveže vždy fascinovali. Cez ne cítite, akou rýchlosťou Zem putuje vesmírom, a pripomenie vám to, čo všetko sa v ňom nachádza.

Jiří Šilha (1983)

Je astronóm. Pôsobí na Katedre astronómie, fyziky Zeme a meteorológie Fakulty matematiky, fyziky a informatiky UK. Zaoberá sa najmä vesmírnym odpadom, jeho dynamickými a fyzikálnymi vlastnosťami. Vyučuje programovanie v astronómii. Publikoval niekoľko prác o správaní sa odpadu vo vesmíre.

 

ESET Science Award

Podcast Denníka N

Rozhovory

Svet, Technológie, Vesmír

Teraz najčítanejšie