Kosmiczny bałagan

TO ZMIENI ŚWIAT: Śmieci to nie tylko przyziemny problem. Ludzkość zanieczyszcza kosmos na potęgę. Polacy pracują nad rozwiązaniem, które pomoże sprzątać kosmiczne odpady.

Nie są to butelki, torby foliowe czy opakowania, ale odpady powstałe w wyniku kilku dekad eksploracji kosmosu. Dzisiaj satelity działające w ziemskiej orbicie dostarczają wielu informacji, pomagają w komunikacji i lokalizacji. Niestety wystrzeliwanie kolejnych obiektów i realizacja nowych kosmicznych misji pozostawiają coraz wyraźniejszy ślad w kosmosie. To często całe, niefunkcjonujące już satelity, górne stopnie rakiet nośnych, a także ich elementy, niekiedy tak małe jak śrubka. Wokół Ziemi orbituje około 23 tys. obiektów większych niż 5 cm, z czego 79 proc. w niskiej orbicie okołoziemskiej, czyli na wysokości do 2 tys. km nad ziemią. Stale monitorowane są tylko te większe niż 10 cm, a jedynie 7 proc. z nich to działające satelity.

Polski ślad

Nasi inżynierowie i naukowcy już pokazywali, że w dziedzinie wynalazczości kosmos nie jest im obcy. Wśród ostatnich przykładów warto wymienić chociażby zwycięski łazik marsjański, skonstruowany przez studentów Politechniki Białostockiej, czy wiertnicę, która może w przyszłości posłużyć do pobierania surowców w warunkach kosmicznych (przygotowana przez naukowców PAN i AGH). Polskie rozwiązania niejednokrotnie znajdowały też zastosowanie w trakcie misji kosmicznych (np. zbudowany przez Vigo System spektrometr do zbierania informacji o środowisku Marsa, który znalazł się na wyposażeniu łazika Curiosity, badającego powierzchnię tej planety).

Teraz kolejne polskie firmy dołączają do tych, których rozwiązania można będzie w przyszłości zastosować poza Ziemią. Tym razem nie chodzi jednak o eksplorację kosmosu, lecz o jego sprzątanie. Konsorcjum polskich firm SKA Polska, OptiNav i włoskiej Stam opracowało dla Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) pierwszy etap projektu tzw. kosmicznej śmieciarki, rozpoczęty pod koniec 2014 r.

— Każda spółka wniosła do projektu doświadczenie i wiedzę w konkretnej dziedzinie. Włoski partner dostarcza rozwiązania konstrukcji mechanicznych, SKA Polska ma dużą praktykę w tworzeniu algorytmów matematycznych, a naszym zadaniem była rejestracja i analiza zachowań siatki w warunkach braku grawitacji. Pierwszy projekt pod nazwą ADRiNET polegał na stworzeniu oprogramowania, czyli symulatora do projektowania misji przechwytywania kosmicznych śmieci z użyciem wystrzeliwanych sieci. To mamy już za sobą. Teraz wchodzimy w drugą fazę przedsięwzięcia — mówi Arkadiusz Śmigielski, prezes firmy OptiNav, która zajmuje się budową systemów wizyjnych.

Ze strony SKA Polska projekt nadzorował Wojciech Gołębiowski.

Uchwycić sieć

Niejako kontynuacją ADRiNET jest ADR1EN (First European System for Active Debris Removal with Nets), również realizowany dla ESA. W ramach tego projektu to samo konsorcjum wykorzysta opracowane wcześniej technologie (zarówno symulator, jak i elementy użyte do budowy eksperymentu) i rozwinie je, by móc oferować usługi związane z opracowaniem przyszłych misji usuwających już konkretne kosmiczne śmieci. Projekt realizowany jest za pieniądze z unijnego programu Horyzont 2020. Kosmiczna śmieciarka ma działać na zasadzie sieci wystrzelonej z satelity. Siatka miałaby się owinąć wokół odpadu i następnie ściągnęłaby go za pomocą silników do atmosfery, by się spalił. Taki zabieg wcale nie jest łatwy do realizacji.

— Wciąż należy rozwiązać wiele problemów, by całe przedsięwzięcie mogło się udać. Przykładowo w trakcie wystrzeliwania siatki powstaje siła, która zmienia orbitę satelity.Trzeba więc zająć się także korektą toru jej lotu — tłumaczy Arkadiusz Śmigielski. Dlatego tak ważne było stworzenie symulacji. Bez wiedzy, która pozwoliłaby przewidzieć, jak sieć zachowa się w kosmosie, przyszłe misje sprzątania byłyby niemożliwe. Aby dokonać analizy ruchu sieci, firma OptiNav musiała każdy jej węzeł opisać punktami 3D, które pozwoliłyby określać jej przestrzenną pozycję. Liczba danych była tak duża, że spółka zbudowała cztery komputery do rejestracji doświadczenia, obliczania położenia punktów i tworzenia symulacji. Analiza nie byłaby jednak możliwa bez wystrzelenia sieci w warunkach braku grawitacji. Jest to wykonalne w locie parabolicznym, w trakcie którego przez około 20 sekund na pokładzie samolotu można odczuć stan nieważkości. Taki test sieci o szerokości około 1 metra odbył się w marcu 2015 r. w samolocie Falcon 20 w Kanadzie. Siatkę filmowały cztery kamery, co pozwoliło naukowcom dokładnie uchwycić wszystkie wcześniej przypisane punkty i stworzyć symulację jej zachowania w kosmosie. Pierwszy etap projektu zakończył się pod koniec 2015 r.

Czas na działanie

Dodatkowym problemem kosmicznych śmieci jest niebezpieczeństwo, jakie stwarzają w przestrzeni pozaziemskiej. Nawet niewielki kawałek metalu poruszający się w kosmosie z prędkością 27,4 tys. km/h (ponad 22 razy szybciej, niż wynosi prędkość dźwięku) stwarza duże zagrożenie dla obiektów na ziemskiej orbicie. Kosmiczne kolizje zdarzają się bardzo rzadko, ale jeśli odłamek trafi w satelitę, może wyrządzić ogromne szkody. Mimo niewielkiego prawdopodobieństwa nie można obojętnie przejść obok tego zagrożenia. Zwłaszcza że śmieci w kosmosie jest coraz więcej, a zatem wzrasta ryzyko kolizji. Średnio 10 obiektów co tydzień przelatuje w odległości około 2 km od działających satelitów. A kolizje i eksplozje potęgują problem — według ESA do 2013 r. naliczono ich ponad 250, z czego cztery duże kolizje w niskiej orbicie ziemi. W 2009 r. po zderzeniu satelity Iridium 33 (obsługującego transfer danych m.in. dla telefonów satelitarnych) i niefunkcjonującego od 1995 r. satelity Kosmos 2251 powstało kolejne 2 tys. odpadów. Jeśli kosmiczne odpady nie będą sprzątane lub ich powstawanie nie zostanie ograniczone, to przy tej aktywności człowieka w kosmosie liczba kosmicznych kolizji może wzrosnąć nawet dwudziestopięciokrotnie, a w rezultacie uniemożliwić loty kosmiczne w niskiej orbicie Ziemi. Według symulacji ESA, nawet gdyby zaprzestano lotów kosmicznych, to bez działań ograniczających liczbę kosmicznych odpadów i tak by ich przybywało.

Impuls do rozwoju

Konsorcjum zajmuje się już projektem AD- R1EN. Firmy czeka kolejny test, tym razem większej siatki i na Ziemi — ziemska grawitacja zostanie odjęta w obliczeniach. ESA pracuje też nad innymi rozwiązaniami, m.in. nad ramieniem robotycznym, które miałoby chwytać konkretny obiekt i ściągać go w kierunku atmosfery. Wybrane przez ESA rozwiązanie zostanie wykorzystane w trakcie misji testowej e.DeOrbit w 2021 r.

— Docelowo sieć będzie miała 30-40 metrów i będzie ściągała wybrane pojedyncze większe obiekty. Ma mieć jednorazowe zastosowanie, możliwe jednak, że uda się opracować rozwiązanie, które pozwoli wrócić silnikom na orbitę po wciągnięciu odpadu w atmosferę — mówi Arkadiusz Śmigielski.

Spółki planują też dostarczać części zamienne do satelitów przechwytujących śmieci za pomocą sieci, w tym także siatek. Tego typu projekty — poza przyszłym zastosowaniem — mają też ważny aspekt gospodarczy. Jak wyjaśnia Arkadiusz Śmigielski, USA w dużej mierze zawdzięcza rozwój gospodarczy i technologiczny inwestowaniu w programy kosmiczne.

— Praktycznie wszystkie rozwiązania opracowane wtedy przez Amerykanów znalazły zastosowanie na Ziemi. Tak powstawały potęgi technologiczne takie jak Intel. Rozwiązania tworzone z myślą o kosmosie nadal wpływają na rozwój technologiczny. Nic nie przeszkadza w tym, by również polskie firmy, uczestnicząc w programach kosmicznych, przyczyniały się do rozwoju gospodarczego Polski. Pod względem pomysłów i rozwiązań wcale nie ustępujemy bardziej rozwiniętym krajom. Może na stworzenie drugiego Intela jest już za późno, ale z pewnością stać nas na realizację innowacyjnych rozwiązań także w średnich i mniejszych spółkach — sumuje Arkadiusz Śmigielski. &

 

Usunąć odpady.

Siatka wykorzystana do stworzenia symulatora misji przechwytywania kosmicznych śmieci miała około 1 metra szerokości. Docelowo ma być 30-40 razy większa. Technologia ma szansę zostać wykorzystana w praktyce w 2021 r. Na zdjęciu: siatka stworzona w pierwszym etapie projektu. Poniżej: wnętrze samolotu Falcon, w którym przetestowano sieć w warunkach braku grawitacji.

Trudne obliczenia.

Arkadiusz Śmigielski, prezes firmy OptiNav, nadzorował tworzenie symulatora do projektowania misji przechwytywania kosmicznych śmieci. Do realizacji przedsięwzięcia konieczna była budowa czterech komputerów.

© ℗
Rozpowszechnianie niniejszego artykułu możliwe jest tylko i wyłącznie zgodnie z postanowieniami „Regulaminu korzystania z artykułów prasowych” i po wcześniejszym uiszczeniu należności, zgodnie z cennikiem.

Podpis: RAFAŁ FABISIAK

Polecane

Inspiracje Pulsu Biznesu

Puls Biznesu

Inne / Kosmiczny bałagan