Na dom na Floride dopadol objekt z vesmírnej stanice. Aké riziko predstavuje vesmírny odpad?

• Satelity prinášajú vedecký pokrok, vraví astronóm Jiří Šilha, no dodáva, že postupne nastupuje „fáza rozčarovania“ z technológie. Dôvodom je riziko zrážky na obežnej dráhe alebo záťaž vesmírneho odpadu na životné prostredie.
• Správanie vesmírneho odpadu v atmosfére nemožno na 100 % predpovedať. Napríklad satelit ERS-2 mal vo februári zhorieť v atmosfére, ale jeho zvyšky dopadli do vôd Pacifiku. „Jeden z posledných preletov bol nad Bratislavou. (…) Zo štatistického hľadiska bolo Slovensko v dopadovej zóne,“ vraví Šilha.

Devätnásťročný syn Alejandra Otera bol vo svojej izbe, keď ho z práce na počítači vyrušil silný rachot. Pripomínal ohňostroj. „Keď mi [syn] zavolal (…), požiadal nás, aby sme sa posadili pred tým, než nám povie, čo sa stalo,“ cituje Otera portál NPR.

Syn si najprv myslel, že mohlo ísť o zemetrasenie, ktoré zatriaslo celým domom. Ale potom uvidel dieru v strope. „Uvedomil si, že [do domu] niečo padlo.“

Keď Otero prišiel do svojho domu v Naples na Floride, zavolal na úrad šerifa. Miestny predstaviteľ vybral z podlahy domu kus kovu. „Nepodobalo sa to na nič, čo som videl predtým,“ povedal Otero pre NPR.

Predmet prerazil strechu aj strop

Objekt prerazil strechu a strop na druhom poschodí, kde narazil na dlážku, pričom zasiahol potrubie klimatizačnej sústavy v podlahe.

Predpokladá sa, že do domu narazil rýchlosťou okolo 320 kilometrov za hodinu. Následky mohli byť smrteľné, ak by predmet zasiahol človeka. „Našťastie sa nikomu nič nestalo,“ povedal Otero pre portál Ars Technica.

Muž vylúčil, že by išlo o meteorit. Hoci sa jeden koniec predmetu pri dopade roztavil, druhý mal hladký a okrúhly tvar. Takto meteorit nevyzerá. Ak to nie je prirodzené vesmírne teleso, čo to je?

Otero začal googliť. Našiel si článok a príspevky na sociálnej sieti X, že 8. marca, keď k udalosti došlo, zrejme do atmosféry vstúpila paleta s batériami, ktorá pochádzala z Medzinárodnej vesmírnej stanice (ISS). Materiál vyhodený z ISS vážil 2,6 tony.

Podľa Európskej vesmírnej agentúry (ESA) existovala šanca, že niektoré časti vesmírneho odpadu nezhoria v atmosfére a dosiahnu zemský povrch. ESA vydala varovanie, že objekt vstúpi do atmosféry 8. marca 2024 skoro popoludní. Oterov dom bol zasiahnutý krátko po 14.30 miestneho času.

Oterovci sa najprv báli, či predmet nie je toxický, ale NASA to vylúčila. Predstavitelia vesmírnej agentúry nemali ochranné obleky, keď si prišli po objekt. Oterovi sa uľavilo.

Kamera zachytila zvuk z nárazu vesmírneho objektu do domu Oterovcov v Naples na Floride. Zdroj – Alejandro Otero/X

Yes
Friday March 8th, 2024 at 2:34pm
Here’s a clip from the sound of it crashing into my roof with a timestamp https://t.co/liP0cPQsTt

— Alejandro Otero (@Alejandro0tero) March 16, 2024

Objekt patril NASA

Zhruba päť týždňov po incidente NASA vydala stanovisko, že objekt, ktorý dopadol na Zem, patril americkej vesmírnej agentúre. Išlo o jeden z držiakov na palete so starými nikel-vodíkovými batériami.

Vesmírna stanica sa palety zbavila v roku 2021 po tom, ako prešla modernizáciou svojho energetického systému.

Predmet, ktorý 8. marca dopadol na dom na Floride, vážil 0,7 kilogramu a meral 10 centimetrov. Vyrobený bol z inconelu, zliatiny niklu a chrómu, ktorá je odolná voči vysokým teplotám.

V tomto článku vysvetlíme, čo je vesmírny odpad a či možno predpovedať miesto jeho dopadu na Zem. Je riziko, že človeka zasiahne vesmírny odpad, zanedbateľné alebo vysoké?

Predstavuje alebo nepredstavuje vesmírny odpad environmentálne riziko a poznáme z minulosti incidenty, ktoré sa podobajú na ten z 8. marca?

O následkoch prvého zle zapnutého gombíka

Celý príbeh – ktorý sa skončil až dopadom predmetu z ISS na ľudské obydlie – sa začal písať už pred šiestimi rokmi. Ruská kozmická loď mala v roku 2018 vyniesť dvojčlennú posádku na ISS, ale pre poruchu Sojuzu sa to nestalo. Návrat astronautov na Zem bola dráma, ale posádka prežila.

Starostlivo pripravený harmonogram modernizácie vesmírnej stanice – výmena nových lítium-iónových batérií za staré nikel-vodíkové – sa tým narušil.

Palety s nepotrebnými batériami odvážali z ISS japonské nákladné lode HTV. Podľa pôvodného plánu sa mali všetky palety zničiť počas riadeného návratu kozmických lodí HTV nad otvoreným oceánom.

Ale pre omeškanie modernizácie stanice – ktoré bolo spôsobené povestným prvým zle zapnutým gombíkom na košeli, keď mal v roku 2018 Sojuz poruchu – zostala na ISS posledná paleta s batériami, ktorú už japonská loď HTV nestihla nalodiť.

Palety boli špeciálne uspôsobené pre japonské zariadenia a žiadna iná nákladná loď – Dragon, Cygnus ani Progress – ich nedokázala prevziať.

Na ISS tak zostala paleta s batériami, ktorá sa nedala naložiť na žiadnu z dostupných kozmických lodí, aby sa v atmosfére kontrolovane zničila. Paleta vážila 2,6 tony a na vesmírnej stanici zaberala cenný priestor. Preto sa v NASA rozhodli, že sa nechceného nákladu zbavia.

V marci 2021 tak robotické rameno vynieslo celú paletu do vesmírneho priestoru. Tým ľudstvo stratilo nad nákladom akúkoľvek kontrolu.

„Keď sa paleta vypúšťala, ISS bola vo výške okolo 400 kilometrov nad zemských povrchom. Hoci je v takej výške atmosféra veľmi riedka, stále tam dochádza k brzdeniu telesa s časticami vzduchu. Paleta tak postupne klesala na čoraz nižšie výšky, až 8. marca 2024 dopadla na zemský povrch,“ povedal astronóm Jiří Šilha, ktorý pôsobí na katedre astronómie, fyziky Zeme a meteorológie Fakulty matematiky, fyziky a informatiky UK v Bratislave.

Posledná fáza letu trvala niekoľko minút – teleso najprv letelo po parabolickej dráhe a v čoraz hustejšej atmosfére sa začalo taviť a vyžarovať svetlo, takže sa nám javilo ako meteor. „Na záver teleso ešte niekoľko minút padalo voľným pádom,“ dodal Jiří Šilha.

Simulácie nie sú presné na 100 percent

Inžinieri simulujú podmienky pre vstup vesmírneho odpadu do zemskej atmosféry, aby sa nestalo, že dopadne až na zemský povrch. „Napriek tomu sa stáva, že úlomky z vesmírneho odpadu – najmä raketových nosičov, ktoré vážia aj niekoľko ton – skončia na Zemi,“ dodal Šilha.

Simulácie nie sú presné na 100 percent, lebo podmienky v atmosfére sa menia – z dvoch rovnakých predmetov môže jeden v atmosfére zaniknúť, zatiaľ čo druhý dopadne až na Zem.

Aktuálna vysoká slnečná aktivita počas 11-ročného cyklu Slnka spôsobuje, že atmosféra expanduje, čo má takisto vplyv na vesmírny odpad, ktorý sa v atmosfére správa inak v odlišnej fáze slnečného cyklu.

„Ak sa atmosféra mierne líši od predpokladaných modelov, miesto dopadu nemožno presne predpovedať,“ vysvetlil Jiří Šilha. Ilustruje to nedávny dopad satelitu ERS-2 od Európskej vesmírnej agentúry do vôd Pacifiku. Pôvodne malo zariadenie zhorieť v atmosfére, no jeho zvyšky dopadli do oceánu medzi Aljašku a Havaj. „Jeden z posledných preletov bol priamo nad Bratislavou. Satelit dopadol do Pacifiku zhruba pol- až trištvrtehodinu po tom, ako bol nad naším územím. Zo štatistického hľadiska bolo Slovensko v dopadovej zóne,“ dodal Jiří Šilha.

Kontaminovaná atmosféra aj oceán

Výpočty dopadu nie sú založené na istote, ale pravdepodobnosti a pracujú s presnosťou na niekoľko tisíc kilometrov.

„V niektorých prípadoch sa stalo, že vesmírny odpad preletel Tichý oceán, kam mal pôvodne dopadnúť, a dopadol inam. Už sme zažili, ako úlomky z nosných rakiet dopadli v Južnej Amerike, v Indii alebo nedávno v štáte Washington v USA,“ povedal astronóm Jiří Šilha.

Podľa neho nie sú dopady mimo predpokladaného územia ničím výnimočné. Napriek tomu Európska vesmírna agentúra (ESA) uvádza, že riziko, že človeka zasiahne vesmírny odpad, je extrémne nízke – zhruba 65-tisíckrát menšie ako to, že do vás udrie blesk.

Nepreceňujeme riziko, ktoré predstavuje vesmírny odpad? „Marcový incident z Floridy je ukážkou toho, že nie,“ vraví Šilha.

Dlhodobo únosné nie je ani to, aby svetový oceán fungoval ako smetisko vesmírneho odpadu. V oceánoch sa môžu ukladať zvyšky paliva alebo toxické materiály, ak sa nevyparia pri prechode atmosférou. Nulové nie je ani riziko zásahu. „V oceáne sa v každom okamihu nachádza viac ako 50 000 lodí a státisíce menších plavidiel. Šanca, že loď zasiahne vesmírny odpad, je pravdepodobne malá, ale rastie,“ povedal pre Scientific American Ewan Wright, ktorý sa na Univerzite v Britskej Kolumbii zaoberá témou udržateľnosti vesmírneho prostredia.

Podľa nedávnej štúdie sa z vesmírneho odpadu uvoľňuje v atmosfére viac ako 200 ton hliníka ročne. „Hliník interaguje s ozónom a výsledkom sú oxidy hliníka, ktoré sú nežiaduce, lebo likvidujú ozón,“ vraví Jiří Šilha.

Vedec predpokladá, že v budúcnosti sa náklady na misie zvýšia, keďže uvedené externality nie sú dosiaľ žiadnym spôsobom nacenené. „Bola filozofia, že odpad skončí buď v atmosfére, alebo v oceánoch, ale obe tieto oblasti sú kontaminované,“ povedal Šilha a dodal: „Budúce misie budú pravdepodobne zaťažené aj pomerne drahým poistením proti škodám, ktoré môžu spôsobiť satelity – buď na orbite, alebo na Zemi.“

Vyradené satelity a raketové stupne

Na orbite Zeme sa podľa posledných údajov Európskej vesmírnej agentúry (ESA) z decembra 2023 nachádza okolo 11 500 satelitov. Vesmírna agentúra registruje viac ako 640 rozpadov, výbuchov, zrážok alebo anomálnych udalostí, ktoré viedli k fragmentácii zariadení na menšie kusy.

Agentúra sleduje viac ako 35-tisíc kusov vesmírneho odpadu, no ide len o zlomok z celkového počtu. Štatistické modely odhadujú, že na orbite Zeme je okolo:

• 36 500 objektov vesmírneho odpadu väčších ako 10 centimetrov
• milión objektov vesmírneho odpadu od 1 centimetra do 10 centimetrov
• 130 miliónov objektov vesmírneho odpadu od 1 milimetra do 1 centimetra

Hlavným zdrojom odpadu sú staré misie satelitov. „Keď sa satelity poškodia alebo sa misia skončí, lebo satelitom dôjde palivo, vyradia sa a stávajú sa súčasťou odpadu,“ vraví Jiří Šilha. „Druhú veľkú populáciu vesmírneho odpadu tvoria raketové stupne vyslané na obežnú dráhu Zeme.“

Distribúcia vesmírneho odpadu okolo Zeme. Zdroj – ESA/YouTube

Presýtená obežná dráha Zeme

Okolo 85 % vesmírneho odpadu sa nachádza na nízkej orbite Zeme, to znamená do 2-tisíc kilometrov nad zemským povrchom. „Skutočným nebezpečenstvom je rýchlosť, ktorou sa [odpad] pohybuje: viac ako 28-tisíc kilometrov za hodinu, čo z nich robí skutočné projektily,“ cituje španielsky denník El País Efréna Díaza, generálneho tajomníka Španielskej asociácie leteckého a vesmírneho práva (AEDAE).

Pri takej rýchlosti by náraz vesmírneho odpadu v tvare gule o niečo väčšej ako 1 centimeter mohol spôsobiť rovnaké škody ako náraz auta pri rýchlosti 50 kilometrov za hodinu, dodáva denník.

V minulosti sa lietalo hlavne do výšok okolo 700 až 1000 kilometrov na zemským povrchom. „Nebolo to príliš ďaleko, takže dostať tam satelit bolo relatívne lacné. Trenie s atmosférou bolo minimálne, takže satelit ušetril na palive, navyše nemusel neustále robiť úhybné manévre a mohol sa sústrediť na misiu,“ povedal Jiří Šilha. „Teraz sa do tejto oblasti neposiela nič, lebo je presýtená.“

Práve v tejto oblasti je najvyššie riziko takzvaného Kesslerovho syndrómu. Ide o jav, keď je hustota objektov na nízkej obežnej dráhe taká vysoká, že riziko zrážky vyvolá kaskádový (dominový) efekt. Vzniknutý odpad tak vytvorí ďalší vesmírny odpad, ten ďalší a tak ďalej. Výsledkom by bolo, že nízka obežná dráha Zeme by bola nepoužiteľná pre ľudské aktivity.

Nové satelity sa preto vynášajú na nižšie alebo vyššie obežné dráhy ako 700 až 1000 kilometrov. „Čím nižšie sa ide, tým kratšia je životnosť satelitu – ak by sme na dráhe vo výške okolo 500 kilometrov neovplyvňovali dráhu satelitu, jeho životnosť by bola iba niekoľko rokov,“ vraví Jiří Šilha.

Štúdia z minulého roka uvádza, že nízka obežná dráha Zeme má kapacitu okolo 72-tisíc satelitov bez reálneho rizika vzniku Kesslerovho syndrómu.

Pritom iba spoločnosť Starlink Elona Muska plánuje, že celkovú konšteláciu satelitov bude tvoriť 42-tisíc zariadení. V súčasnosti je vo vesmíre už 5 500 týchto satelitov.

Viacero incidentov z minulosti

Incident z Floridy z marca tohto roku nie je zďaleka jediný, keď vesmírny odpad spôsobil komplikácie na Zemi. Napríklad v roku 2022 muselo Španielsko uzavrieť svoj vzdušný priestor pre nekontrolovaný návrat zvyškov čínskej rakety Dlhý pochod 5. Udalosť si vyžiadala zmenu leteckých koridorov a meškanie letov.

Nekontrolovaný pád čínskej rakety toho istého typu z roku 2020 spôsobil škody v dvoch dedinách v Pobreží Slonoviny.

V roku 1969 zranili padajúce kusy zo sovietskej rakety posádku japonskej lode neďaleko Sibíri.

V roku 1978 sa na územie Kanady zrútila sovietska špionážna družica Kosmos 954 s jadrovým reaktorom. Príčinou havárie bola zrejme zrážka s cudzím telesom. Podarilo sa nájsť 12 veľkých kusov satelitu, z nich 10 bolo rádioaktívnych, hoci minimálne. Jeden úlomok vykazoval smrteľne nebezpečnú hodnotu žiarenia na úrovni okolo 500 röntgenov za hodinu, čo by stačilo na usmrtenie človeka v prípade niekoľkohodinového kontaktu.

Pri rozpade raketoplánu Columbia v roku 2003 pri návrate do atmosféry zahynulo všetkých sedem členov posádky. Trosky z neho prerazili strechu zubnej ordinácie v Texase. Nikto sa nezranil, keďže k havárii došlo v sobotu a ordinácia bola prázdna, píše portál Ars Technica.

Jediná osoba, o ktorej sa predpokladá, že ju zasiahol kus vesmírneho odpadu, je Lottie Williamsová. Úlomok, ktorý ju trafil v roku 1997 v štáte Oklahoma, údajne pochádzal z druhého stupňa rakety Delta, hoci oficiálne sa to nikdy nepotvrdilo. No NASA priznala, že načasovanie aj miesto incidentu zodpovedali vstupu rakety do atmosféry a jej rozpadu.

Dohovor z roku 1972

Určiť zodpovednosť za škodu spôsobenú vesmírnym odpadom je náročné. V roku 1972 sa prijal Dohovor o medzinárodnej zodpovednosti za škody spôsobené vesmírnymi objektmi, podľa ktorého je za všetky škody na majetku alebo osobách, ktoré vzniknú na povrchu Zeme, zodpovedný štát, ktorý do vesmíru vypustil daný satelit.

Lenže objekt, ktorý dopadol v marci na dom Oterovcov na Floride, bol americký. Podľa právnika, ktorého oslovil portál NPR, sa v tomto prípade medzinárodné právo neuplatňuje a ide o vnútroštátny problém. Majiteľ by mal podať žalobu na federálnu vládu. Na druhej strane, americký držiak sa uvoľnil z palety, ktorú do vesmíru vynieslo Japonsko.

Riešenia: prevencia či odstraňovanie satelitov

Riziko (veľkej) zrážky sa na orbite Zeme zvyšuje, keďže satelity neustále pribúdajú. Len za obdobie pol roka medzi decembrom 2022 až májom 2023 vykonali Starlinky viac ako 25-tisíc manévrov na odvrátenie kolízie s inými telesami.

Starlinky menia aj nočnú oblohu. Zdroj – SpaceX/YouTube

Vo februári 2024 minul opustený ruský špionážny satelit Cosmos 2221 americkú družicu len o 20 metrov. A tak ďalej.

Satelity prinášajú vedecký pokrok, vraví Jiří Šilha, no dodáva, že postupne nastupuje „fáza rozčarovania“ z technológie. Dôvodom je riziko zrážky na obežnej dráhe, rovnako tak záťaž vesmírneho odpadu na životné prostredie a možné škody na ľudskom zdraví.

Jeden zo spôsobov, ako predchádzať škodám, je prevencia. „To znamená, aby sa satelity vybavili nezávislým prvkom, ktorý sa aktivuje v prípade straty kontroly s nimi a navedie ich na nižšiu dráhu z aktívnej zóny,“ vraví Jiří Šilha.

Okrem toho sa pracuje na vývoji metódy na odstraňovanie najväčších satelitov. „K satelitu by sa vysunulo robotické rameno, zachytilo ho a poslalo na nižšiu dráhu, kde by sa mu životnosť znížila o dva rády, to znamená zo stáročí na niekoľko rokov.“

Pracuje sa aj na predlžovaní životnosti satelitov – aby jeden satelit so životnosťou povedzme 30 rokov urobil tú istú prácu ako 15 satelitov so životnosťou dva roky.

„Najmenší odpad nevyčistíme,“ vraví Jiří Šilha. „Musíme sa spoliehať na to, že nám pomôže príroda – to znamená atmosféra, ktorá funguje ako hlavný čistič alebo vysávač.“

Pracuje sa aj na vývoji technológie, ktorá by drobný vesmírny odpad ožiarila silným laserom, čiže fotónmi s istou hybnosťou. „Takto by sa jemne zmenila dráha odpadu, aby po niekoľkých obehoch Zeme nehrozila jeho zrážka s iným kompaktným telesom,“ dodal Jiří Šilha.

Alejandro Otero, ktorého dom bol 8. marca zasiahnutý vesmírnym odpadom, považuje incident za povestný výstražný prst. „Dúfam, že si tým nikto iný nebude musieť prejsť. Pre celú našu rodinu to bolo desivé a sme veľmi vďační, že sa nikomu nič nestalo,“ povedal pre NPR.