Smetiště jménem oběžná dráha

Čím dál tím více začíná oběžná dráha připomínat „smetiště“ – a nejde o žádné spořádané úložiště, nýbrž o pěkně divokou skládku. Po kolizi americké družice Iridium- 33 a ruské Kosmos-2251 v únoru 2009 připomínal březen na Mezinárodní kosmické stanici kličkování minovým polem Slalom mezi odpadky Dvanáctého března musela posádka stanice zahájit přípravu na nouzový návrat, protože hrozil střet se 7centimetrovou zhruba 1 kg těžkou součástkou z motoru třetího stupně rakety Delta-II (start v roce 1993). Šlo sice spíše o cvičení, protože pravděpodobnost střetu se stanicí byla 1:4270, ale poplach se každopádně vyhlašuje vždy, když pravděpodobnost kolize poklesne pod 1:10000. Problémem bylo i to, že těleso bylo na značně nestabilní dráze, jejíž parametry se rychle měnily (opravdu oblet o d obletu) a nedaly se dostatečně dobře predikovat (proto nebyl čas provést motorický manévr a „uhnout“). Od stanice nakonec proletělo ve vzdálenosti 4,5 km. Následně hrozila kolize s úlomkem čínské rakety CZ-4 z roku 1999. Řídicí středisko se rozhodlo pro úpravu dráhy stanice neobvyklým způsobem: byla natočena v té době připojeným raketoplánem Discovery naplocho „proti“ směru letu, čímž se zvýšila její plocha. Tím narostl aerodynamický odpor a během několika obletů Země došlo k poklesu dráhy tak, že nehrozila kolize s úlomkem. Poté se stanice opět zorientovala do „normální“ polohy. A ještě jeden poplach s kosmickým smetím zažila stanice v březnu, když ji ohrožoval kus rozpadající se sovětské družice Kosmos-1275, která měla narušit bezpečnostní „koridor“ stanice o rozměru 2 x 25 x 25 km. Žádný manévr nakonec nebyl nutný, protože objekt minul stanici mimo tuto zónu. Těžko říci, zdali letošní dramatický březen představoval výjimku nebo si na podobný stav budeme muset zvykat. Faktem ale je, že množství „kosmického smetí“ roste vpravdě geometrickou řadou, což s sebou krom jiného nese „lavinový efekt“. Situace se každopádně bude zhoršovat... Kosmické smetí Tak zvané kosmické smetí obecně představují větší či menší úlomky umělých těles na oběžné dráze, které už nemají žádnou užitečnou hodnotu, ale dále krouží kolem naší planety. Jedná se o nepotřebné raketové stupně, vysloužilé družice, jejich trosky (třeba po výbuchu motoru), šupinky barev, prach… Světové radarové sítě v současné době sledují přes 10 000 objektů větších než 10 cm. Pouze v 7 procentech případů ovšem jde o funkční družice. Plných 22 procent představuje vysloužilé satelity, které pokračují v letu kolem naší planety setrvačností – a které budou na různých oběžných drahách neovladatelně a bez užitku kroužit velmi dlouhou dobu. A to než nad nimi zvítězí různé další vlivy (mikrogravitace, sluneční vítr, zbytková atmosféra…) a přiblíží se k Zemi natolik, že vstoupí do hustých vrstev atmosféry a zaniknou. Dalších 17 procent ze sledovaných kosmických objektů představují části raket, které posloužily k dopravě zařízení do vesmíru. A 13 procent pak objekty, které dříve měly nějakou podpůrnou funkci: přídavné nádrže, konstrukční prvky apod. Prostě, které byly odhozeny od hlavních těles s tím, že jsou již nepotřebné nebo aby snížily hmotnost objektu. Zbytek pak představují neidentifikovatelné prvky a úlomky. V čem spočívá nebezpečnost těchto objektů? Hned v několika faktorech. Především ve skutečnosti, že z drtivé většiny jsou neovladatelné, a tudíž se pohybují po oběžné dráze „řízeny osudem“. Dále v tom, že je nelze v podstatě žádným způsobem odstranit z vesmíru, takže představují nebezpečí dlouhodobé. A dlouhodobé opravdu znamená desetitisíce nebo i statisíce let. Nebezpečnost kosmického smetí přitom v čase neklesá. Právě naopak: čím starší je nějaký objekt, tím větší má tendenci se dále „rozsypávat“ na menší a menší části. Odpadají součástky vystavené drsným podmínkám kosmického prostředí, drolí se šupinky laku, praskají díly… Nepotřebné stupně kosmických raket někdy samovolně vybuchnou – roztrhnou je zbytky paliva nebo okysličovadla v nádržích, které dlouhodobě ohřeje sluneční záření. Takto se v 80. letech celkem 7krát rozletěl nepotřebný horní stupeň rakety Delta, čímž vzniklo obrovské množství dalších trosek. Až pak američtí inženýři nainstalovali na raketu ventil, který po skončení potřebnosti vypouštěl zbytky pohonných látek do volného prostoru. Horní stupně raket Delta od té doby krouží vesmírem vcelku… Malé velké nebezpečí Dosud jsme přitom hovořili jen o relativně velkých objektech – větších než 10 cm, jejichž dráha je snadno předvídatelná. Ovšem mnohem větší riziko představují kousky menší – tělísek o rozměru mezi jedním a deseti centimetry dnes pomocí radarů registrujeme přes půl milionu! Sledování menších objektů je přitom pod našimi technickými a technologickými možnostmi. Přitom vůbec neznamená, že větší objekty představují větší nebezpečí. Kolize s nimi sice bývá zpravidla fatální, nicméně jsme schopni se jim docela dobře vyhnout. Třeba letící raketoplán nebo mezinárodní kosmická stanice ISS mají kolem sebe jakýsi imaginární bezpečnostní koridor o rozměrech 2,5 x 2,5 x 5 km. Superpočítače na Zemi přitom stále vyhodnocují dráhy známých těles s tím, že kdyby hrozil i pouhý průlet v této „bezletové zóně“, raketoplán či stanice zapínají na malý okamžik své motory, aby změnily dráhu a nebezpečný předmět se tak dostal z jejich bezprostřední blízkosti. Mnohem větší nebezpečí ovšem představují malé úlomky, které nejsme schopni sledovat. Jejich hrozba totiž není ve velikosti, ale v rychlosti, jakou se pohybují. Musíme si totiž uvědomit, že každá družice má nejméně první kosmickou rychlost, tedy 7,8 km.s-1. I několikagramový úlomek laku tak s sebou nese energii srovnatelnou třeba s výstřelem z děla. Samozřejmě, že v konečném důsledku záleží na vzájemné rychlosti obou těles, úhlu střetu apod. Třeba některé raketové motory využívající tuhé pohonné látky vytvářejí obrovské množství takových nepatrných částeček – jednou z pracovních látek je totiž práškový hliník, který při hoření zoxiduje a vytvoří nespočetné miliardy malých prachových zrníček. Mikročástečky pak trvale dopadají na ostatní tělesa, čímž trvale „rozežírají“ jejich povrch. Pochopitelně, že jej nedokáží prorazit, ale svoji stopu na něm nesmazatelně zanechávají. Dokazují to vzorky z družic vrácených astronauty z vesmíru: jejich povrch byl rozrušen. Uvádí se, že plášť stanice Mir byl po 15letém pobytu ve vesmíru narušen ze zhruba 40 procent! Což samozřejmě snižuje konstrukční pevnost stanice a má i další nepříjemné důsledky. Kosmické stanice tak dostávají speciální štíty proti mikročásticím, které snižují jejich opotřebení i riziko pro posádku. Největšímu riziku jsou tak vystaveni kosmonauti pracující ve skafandrech mimo bezpečí kosmické lodi: i malá šupinka laku pro ně může představovat fatální problém. Skafandr se totiž skládá povětšinou z měkkých částí, aby se v něm kosmonaut vůbec mohl pohybovat – a jeho proražení nebo protržení je pochopitelně relativně snadné. Neobvyklé případy Mezi zajímavými případy kosmického smetí jsou třeba různé šroubováky nebo montážní díly, které „odletěly“ kosmonautům pracujícím právě ve skafandrech. Michaelu Collinsovi při výstupu z lodi Gemini-10 (1966) dokonce odplavala celá filmová kamera… V roce 1983 se z vesmíru vrátil raketoplán Challenger se zhruba dvoumilimetrovým kráterem na okně pilotní kabiny. Rozbor poškození potvrdil, že s největší pravděpodobností vznikl po zásahu umělého tělesa. Pochopitelně, že tento nepatrný zásah nemohl ohrozit bezpečnost raketoplánu (okna kabiny jsou několikavrstvá), ale naprosto jasně a názorně ukázal na rizika s kosmickým smetím spojená. Poškozené okno raketoplánu je dnes vystaveno v Národním muzeu letectví a kosmonautiky ve Washingtonu D.C. Zajímavé výsledky také přineslo zkoumání slunečních baterií, které byly 8 let na kosmickém teleskopu Hubble. V roce 2002 je vrátila zpět na Zemi k podrobné prohlídce posádka raketoplánu Columbia. Panely slunečních baterií o ploše 41 m2 měly několik tisíc patrných „zásahů“! S tím, že největší „průstřel“ 0,7 mm silným panelem měl průměr úctyhodných osmi milimetrů! Dalších 173 kolizí pak skončilo „proražením“ panelu. Přestože je kosmického smetí ve vesmíru více než dost, zaznamenané kolize jsou skutečně vzácné. Nicméně musíme si uvědomit, že do vesmíru létáme necelých 50 let a že z dlouhodobého hlediska nebude počet těles rozhodně klesat. První vážné podezření na ztrátu „živé“ družice po střetu s úlomkem smetí se vyskytlo v roce 1993 poté, co se nečekaně vyskytly potíže na evropském komunikačním satelitu Olympus, který následně nečekaně začal rotovat. Podezření se ale nepodařilo nezvratně prokázat. Ovšem prokazatelnou obětí kolize se stal francouzský satelit Cerise, kterému úlomek kosmického smetí „amputoval“ tyč s přístroji. Existuje řešení? Rozuzlení problému „kosmického smetí“ není vůbec jednoduché. Konstruktéři se v poslední době začínají snažit, aby riziko vzniku dalších úlomků co nejvíce snížili. Používají odolnější nátěry, vysloužilé družice se snaží navádět k řízenému zániku do atmosféry (mj. i proto, aby nedopadly do obydlených oblastí, kde by ohrozily místní populaci), z použitých raketových stupňů vypouštějí palivo atd. Kromě těchto preventivních opatření ale přijímají i další – prvky pasivní či aktivní ochrany. Pasivní představují třeba právě výše zmíněné štíty proti mikročástečkám, aktivní úhybné manévry aktivních družic z kolizních drah. Množství kosmického smetí se odhaduje na 5500 t. Podle některých vizionářů by naše planeta mohla zásluhou tohoto „smetiště“ získat podobný prstenec jako má třeba Saturn. Jako reálnější se ovšem jeví jiná vize: létání do vesmíru bude čím dále riskantnější jak pro kosmonauty, tak pro bezpilotní družice. Některé oběžné dráhy se postupem času stanou prakticky nepoužitelné, což může mít dva odlišné důsledky. Buď to povede k omezení kosmických letů, nebo naopak k expanzi do jiných, méně využívaných oblastí. Kosmické smetí každopádně představuje dlouhodobý problém, se kterým se bude při cestování do vesmíru potýkat ještě mnoho následujících generací. Tomáš Přibyl