Puzzle de gunoi
Problema poluării spațiului îngrijorează întreaga comunitate aerospațială. Evoluții ipotetice pe orbita Pământului, cum ar fi Sindromul Kessler, care prezic generarea de resturi spațiale scăpate de sub control, au stârnit până și mass-media populară. Este clar că este nevoie de cercetări fundamentale pentru a înțelege cu ce pericol este încărcată chiar și un mic fragment și pentru a calcula cât suntem dispuși să plătim pentru curățarea spațiului cosmic.
În prezent, politicienii, oamenii de știință, tehnologii și publicul larg sunt profund conștienți de problema creșterii resturilor spațiale. Datorită muncii fundamentale a lui J.K. Liouville și Nicholas Johnson, publicate în 2006, înțelegem că nivelul de contaminare este probabil să continue să crească în viitor, chiar dacă toate lansările sunt oprite. Motivul pentru această creștere constantă este coliziunile care se așteaptă să aibă loc între sateliți și etapele rachetei aflate deja pe orbită. Acest lucru este de mare îngrijorare pentru mulți operatori de sateliți, care sunt nevoiți să ia măsurile adecvate pentru a-și proteja activele.
Unii experți consideră că aceste incidente vor fi doar începutul unei serii de coliziuni care vor face aproape imposibil accesul la orbita joasă a Pământului. De obicei, acest fenomen, care a fost descris pentru prima dată în detaliu de consultantul NASA Donald Kessler, se numește sindromul Kessler. Dar realitatea, cel mai probabil, va fi foarte diferită de previziunile sau evenimentele similare prezentate în lungmetrajul Gravity. Într-adevăr, rezultatele prezentate Comitetului de Coordonare a Deșeurilor Spațiale Inter-Agenții (IADC) la cea de-a șasea Conferință Europeană pe această temă au arătat o creștere preconizată a cantității de resturi de doar 30 la sută pe parcursul a 200 de ani cu lansări continue.
Ciocnirile vor avea loc în continuare, dar realitatea va fi departe de scenariul catastrofal de care unii se tem atât de mult. Creșterea cantității de resturi spațiale poate fi redusă la un nivel destul de modest. Propunerea IADC este de diseminare pe scară largă și de respectarea strictă a liniilor directoare de atenuare a deșeurilor spațiale, în special în ceea ce privește neutralizarea surselor de energie, care ar trebui să fie complet epuizate până la sfârșitul zborului, și eliminarea după încheierea zborului. Cu toate acestea, din punctul de vedere al IADC, creșterea preconizată a cantității de gunoi, în ciuda eforturilor depuse, impune în continuare introducerea unor măsuri suplimentare pentru combaterea factorilor de risc existenți.
Nici un progres?
Un interes semnificativ pentru recuperarea mediului spațial a fost observat la nouă ani după publicarea lucrării lui Liouville și Johnson. În special, în întreaga lume au fost făcuți anumiți pași pentru a dezvolta metode de îndepărtare a obiectelor de pe orbita joasă a Pământului. Agenția Spațială Europeană, de exemplu, și-a anunțat recent intenția de a solicita sprijin guvernamental pentru a deorbita o navă spațială europeană în următorul deceniu. Agenția a efectuat numeroase studii pentru a determina modalități raționale și fiabile de a atinge obiectivul. Un element cheie al planificării au fost modelele computerizate ale spațiului plin, care au arătat că creșterea populației de resturi ar putea fi prevenită prin îndepărtarea anumitor etape de nave spațiale sau rachete. În simulările pe computer, aceste obiecte sunt identificate ca fiind cele mai predispuse la coliziuni, așa că după ce sunt scoase de pe orbită, numărul de coliziuni ar trebui redus drastic, ceea ce va împiedica crearea de noi resturi din împrăștierea resturilor.
Au trecut aproape zece ani de la publicarea lucrării lui Liouville și Johnson și este surprinzător că nu au fost prezentate principii metodologice la nivel internațional sau național care să definească clar măsurile de eliminare a consecințelor poluării spațiului din apropierea Pământului. Se pare că există o oarecare apatie față de dezvoltarea unei metodologii pentru procedura de eliminare a gunoiului, în ciuda îndemnurilor la acțiune. Dar este chiar așa?
De fapt, situația nu este atât de simplă pe cât pare. În ceea ce privește procedura de îndepărtare a resturilor spațiale, există câteva întrebări fundamentale la care încă nu li s-a răspuns. De o preocupare deosebită sunt aspectele legate de proprietate, răspundere și transparență. De exemplu, multe dintre tehnologiile propuse pentru îndepărtarea resturilor pot fi folosite și pentru a elimina sau a dezactiva o navă spațială activă. Prin urmare, ne putem aștepta la acuzații că aceste tehnologii sunt arme. Există, de asemenea, întrebări cu privire la costul unui program consistent de eliminare a gunoiului. Unii experți tehnici l-au estimat la zeci de trilioane de dolari.
Cu toate acestea, poate cel mai important motiv al lipsei unor principii metodologice adecvate constă în faptul că încă nu știm cum să realizăm reabilitarea, prin care în practică ne referim la curățarea spațiului cosmic. Dar asta nu înseamnă că nu știm de ce tehnologii avem nevoie.
Algoritmii pentru utilizare unică au fost aproape deja dezvoltați. Adevărata problemă apare dintr-o sarcină aparent simplă: de a determina resturile „potrivite” de îndepărtat de pe orbită. Și până nu vom putea rezolva această problemă, se pare că nu vom putea recupera spațiu.
Jucând în epavă
Pentru a înțelege natura problematică a rezolvării unei sarcini atât de aparent simple precum identificarea gunoiului care trebuie îndepărtat, folosim analogia jocului cu un pachet de 52 de cărți de joc obișnuite. În această analogie, fiecare carte reprezintă un obiect din spațiul cosmic pe care ar putea dori să-l scoatem pentru a preveni o coliziune. După ce cărțile sunt împărțite, punem fiecare carte individual cu fața în jos pe masă. Scopul nostru acum este să încercăm să identificăm așii și să-i scoatem de pe masă, deoarece acestea sunt cărțile care reprezintă sateliți sau alte obiecte mari de resturi spațiale care pot fi implicate într-o coliziune la un moment dat în viitor. Putem scoate de la masă câte cărți dorim, dar de fiecare dată când scoatem o carte, trebuie să plătim 10 USD. În plus, pe măsură ce ne îndepărtăm, nu avem dreptul să ne uităm la hartă (dacă satelitul este scos de pe orbită, nu putem spune cu certitudine că ar putea deveni un participant la coliziune). În cele din urmă, trebuie să plătim 100 USD pentru fiecare as rămas pe masă, ceea ce reprezintă pierderea potențială rezultată în urma coliziunilor care implică sateliții noștri (în realitate, costul înlocuirii unui satelit poate varia de la 100 la XNUMX miliarde USD).
Ei bine, cum rezolvăm această problemă? Pe revers, toate cărțile sunt la fel, așa că nu există nicio modalitate de a spune unde sunt așii și singura modalitate de a ne asigura că am scos toți așii este să scoatem toate cărțile de pe masă. În exemplul nostru, va costa maxim 520 USD. În spațiul cosmic, ne confruntăm cu aceeași problemă: nu știm exact ce obiecte ar putea fi implicate în coliziuni, dar este prea scump să le îndepărtăm pe toate, așa că suntem forțați să alegem. Să presupunem că decidem asupra unei alegeri: pentru a elimina o carte în valoare de 10 USD, care este probabilitatea ca să fi extras un as? Ei bine, probabilitatea ca cartea să fie un as este de patru ori 52, cu alte cuvinte, aproximativ 0,08 sau 8 la sută. Astfel, probabilitatea ca cartea să nu fie un as este de 92 la sută. Aceasta este probabilitatea că ne-am irosit 10$.
Ce se întâmplă dacă tragem a doua carte de data aceasta (care ne va costa încă 10 USD)? Probabilitatea ca a doua carte să fie un as depinde de faptul că prima carte a fost un as. Dacă ar fi așa, atunci probabilitatea ca a doua carte să fie și un as este de trei împărțit la 51 (pentru că acum au mai rămas doar trei ași în pachet, care a scăzut cu o carte). Dacă prima carte nu este un as, atunci probabilitatea ca a doua carte să fie un as este: patru împărțit la 51 (pentru că au mai rămas patru ași în pachetul redus).
Putem folosi această metodă pentru a determina probabilitatea ca să lovim ambii ași prin simpla înmulțire a probabilităților pentru a găsi răspunsul: 4/52 ori 3/51, ceea ce ne oferă o probabilitate de 0,0045 sau 0,45 la sută în valoare de 20 USD pentru două cărți îndepărtate. Nu foarte liniştitor.
Totuși, putem determina și probabilitatea de a elimina cel puțin unul dintre ași. După tragerea a două cărți, există o șansă de 15% ca să fi eliminat cu succes cel puțin unul dintre ași. Sună mai plin de speranță, dar șansele nu sunt prea bune nici acum.
Se pare că pentru a crește șansele de a lovi chiar și unul dintre ași, trebuie să scoatem mai mult de nouă cărți (în valoare de 90 USD) sau mai mult de 22 de cărți (în valoare de 220 USD) dacă vrem să fim siguri în proporție de 90% că am lovit. unul dintre ași. Chiar dacă reușim, trei ași sunt încă pe masă, așa că în total mai avem de plătit 520$, care întâmplător este aceeași sumă pe care am fi plătit-o dacă am fi ales opțiunea de ștergere.toate cărțile.
S-au terminat jocurile
La întoarcerea de la analogia noastră înapoi la mediul spațial real, situația pare mai alarmantă. În prezent, există aproximativ 20 de obiecte urmărite de către rețeaua americană de stații de observare spațială pe orbită, dintre care aproximativ șase la sută sunt obiecte cu o masă mai mare de o tonă care ar putea fi implicate ipotetic într-o coliziune și pe care am dori să le îndepărtam. În analogia cărților, problema noastră este că toate cărțile au același spate și probabilitatea ca una să fie asul de pică este aceeași cu probabilitatea ca cealaltă să fie și un as. Nu există nicio modalitate de a determina cărțile dorite și de a le elimina de pe masă. De fapt, șansele noastre de a evita o coliziune sunt mult mai bune decât într-un joc de cărți, deoarece unele obiecte aflate pe orbită sunt susceptibile de a fi implicate în ciocniri și ne putem concentra atenția asupra lor. De exemplu, obiectele care se află pe orbite dens populate, cum ar fi orbitele sincrone solare, la altitudini cuprinse între 000 și 600 de kilometri sunt cel mai probabil implicate în coliziuni din cauza congestiei din această zonă. Dacă ne concentrăm atenția asupra unor astfel de obiecte (și asupra altora aflate pe orbite similare aglomerate) și luăm în considerare predicțiile de coliziuni, atunci trebuie să înlăturăm aproximativ 900 de obiecte pentru a reduce numărul așteptat de coliziuni catastrofale cu o singură unitate, după cum urmează din rezultatele cercetărilor întreprinse de membrii agenției spațiale IADC.
Și se dovedește că, deși mai multe obiecte pot fi supuse îndepărtarii de către o navă spațială mai „curată” (și cinci ținte par a fi o alternativă universală), multe zboruri - adesea complexe și pretențioase - trebuie efectuate doar pentru a preveni o singură coliziune.
De ce nu putem prezice mai bine probabilitatea de coliziuni și nu putem elimina decât obiectele despre care știm că vor fi periculoase? Există mulți parametri care pot afecta traiectoria unui satelit, inclusiv orientarea satelitului, fie că este vorba de mișcare neregulată sau vreme spațială (care poate afecta rezistența aerodinamică experimentată de sateliți). Chiar și erorile mici ale valorilor inițiale pot duce la discrepanțe mari în rezultatele calculului poziției satelitului față de realitate și după o perioadă relativ scurtă. De fapt, folosim aceeași metodologie ca și prognozatorii: folosim modele pentru a genera probabilitatea unor rezultate specifice, dar nu și faptul că aceste rezultate vor fi obținute vreodată.
Astfel, avem tehnologii care pot fi folosite pentru a îndepărta din când în când resturile spațiale. Aceasta este poziția luată de Agenția Spațială Europeană cu misiunea e.Deorbit planificată, dar mai sunt probleme de rezolvat pentru a identifica obiectele cele mai potrivite pentru îndepărtare. Aceste probleme trebuie rezolvate înainte ca îndrumările necesare și îndrumările metodologice să poată fi furnizate celor interesați în pregătirea programului de îndepărtare a resturilor spațiale pe termen lung, care este necesar pentru refacerea eficientă a mediului.
Principiile metodologice în ceea ce privește obiectele specifice, cantitatea, cerințele și limitările acestora sunt importante pentru a crește probabilitatea ca eforturile întreprinse pentru refacerea mediului să fie eficiente și adecvate. Pentru a dezvolta astfel de principii metodologice, trebuie să ne reconsiderăm așteptările nerezonabile cu privire la un rezultat favorabil.
informații