Uram, ez a világűr, nem a csúcstechnológia szemétdombja

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

Nem becsüljük meg eléggé az űrt. Persze, miért becsülnénk? A Földdel se bánunk hímes tojásként: hiába az otthonunk, úgy pazaroljuk az erőforrásait, mintha kimeríthetetlenek lennének. Miért aggódnánk az űr miatt? Van abból elég, de az is csak akkor érdekes, amikor egy hóbortos milliárdos belelövi az elektromos autóját. És ilyenkor se gondol senki az ezzel járó kockázatokra és környezetterhelésre, pedig nem ártana. A következő években több ezer kis műholdat állíthatnak Föld körüli pályára, és ez nemcsak a csillagászok munkáját fogja zavarni, hanem az űrbéli karambolok előfordulási esélyeit is megnövelheti.

A kis műholdak évtizede

Tegyük fel, hogy műholdas adást továbbítanánk hétmilliárd földlakónak. Ha az adást geostacionárius pályán haladó műholdakról sugároznánk – amiknek a keringési ideje a Föld forgási sebességéhez igazodik –, három műholddal lefedhetnénk az egész bolygót. Mivel a műholdak Földhöz viszonyított helyzete állandó, fix pozíciójú vevőegységekkel (értsd: parabolaantennával) is fogható lenne az adás.

De ha három műholddal az egész bolygó lefedhető, akkor miért repked körülöttünk 2787 űreszköz? – merül föl a kérdés. (Igen, kétezer-hétszáznyolcvanhét – legalábbis július végén annyi volt.) Mi szükségünk ennyire? Mi lesz a tönkrement darabokkal, és hogy lehet elkerülni, hogy összeütközzenek?

Animáció egy műhold ütközéséről, ahogy az Európai Űrügynökségnél elképzelik.Fotó: European Space Agency

A műholdprobléma nem újkeletű: már a nemrég kitárgyalt nemzetközi űrjogi törvény, a világűrszerződés is foglalkozott vele. Persze, ma már más idők járnak. A hidegháború alatt a műholdfejlesztéssel megbízott államközi szervezeteknek (a nyugati INTELSAT-nak és a keleti Intersputniknak) nem kellett napi szinten nyomon követniük a Föld körül keringő objektumokat, és ma már nem is szuperhatalmak, hanem magáncégek lődöznek műholdakat az űrbe.

  • Ezen a téren Elon Musk űripari vállalata, a SpaceX a legaktívabb: a Starlink műholdasinternet-projektben 600 telekommunikációs műholdat állítottak alacsony Föld körüli pályára, és további tízezrek indítására készülnek.
  • Ezzel párhuzamosan az Amazon háromezernél is több műholdat juttatna az űrbe, hogy javítsa az internetpenetrációt az elmaradottabb régiókban.
  • A OneWeb nevű brit kezdeményezés ugyancsak saját műholdflottával próbálta megvetni a lábát az űr-internetes piacon. Azt tervezték, hogy egy 650 elemből álló műholdas rendszert állítanak alacsony Föld körüli pályára, de csak 74-et sikerült feljuttatniuk: márciusban csődöt jelentettek.  

Nyugodtan beszélhetünk felívelő trendről: a Euroconsult kutatóintézet szerint a 2020-as évtized a kis műholdakról (smallsat) fog szólni. Az előrejelzések szerint a magánvállalatok és a kormányzati szervek több mint 1000 kis műholdat juttathatnak az űrbe minden évben. Jelentős ugrás ez a tavalyi 385-höz képest. Rövidesen a sokszorosára nőhet a forgalom a Föld körül – csak épp közlekedési rendőrök nincsenek, akik megfékezhetnék a rendbontókat.

Ütközésveszély alacsony Föld körüli pályán

Michael Dominguez, az amerikai légierő egykori megbízott parancsnoka és a hadügyminisztérium volt ügyvezetője szerint megtévesztő lehet, hogy az űr végtelennek tűnik, mert nem egyszerű az űrbe juttatni, pályára állítani és működtetni egy műholdat. Az ütközésveszély nem elméleti és nem esetleges; számolni kell vele. Már eddig is tucatnyi műholdbalesetről hallhattunk, és ha a forgalom a tervezett ütemben növekszik tovább, a balesetek kockázata is nagyobb lesz.

Persze, ha ismerjük a műholdak pályaadatait, csak megfelelő koordináció kérdése, hogy elkerüljük az ütközést. Csakhogy egyre több űrbeli objektumot kell koordinálni. Az imént említett 2787 műhold nyomon követésén kívül számolni kell csaknem kétszer ennyi elromlott, kiégett, lerongyolódott és széthulló űreszközzel is, amik az idők végezetéig (vagy egy újabb ütközésig) tehetetlenül fognak sodródni a Föld körül. Ez természetes: a műholdakat nem örök életre tervezték. A zord űrbeli körülmények között minden űreszköz meghibásodik, tönkremegy, használhatatlanná válik. Hogy ilyenkor mi történik vele, az az eszköz pályájától függ.

A Földhöz közel keringő példányokat lelassítják, amitől kibillenjenek a pályájukról, és a légkörbe zuhannak, majd porrá égnek a súrlódástól. A pályamódosítást úgy koordinálják, hogy a megmaradt nagyobb darabok Új-Zélandtól keletre, az Űreszköztemető (Spacecraft Cemetery) nevű régióban landoljanak; a Csendes-óceánnak ezen a részén nincs rendszeres hajóforgalom. A Földtől távolabb keringő műholdakat nem hívják vissza, hanem még távolabb kormányozzák őket a bolygótól; söpörjék össze a maradványaikat a földönkívüli civilizációk, ha akarják. Ez biztonságosabb, mint a visszahívás, és nem is kell hozzá annyi üzemanyag.

Mire kell még figyelni? Például a Nemzetközi Űrállomásra, a Hubble Űrteleszkópra, a visszamaradt rakétafokozat- és űreszköz-maradványokra, valamint az űrben sodródó alkatrészekre, csavarokra, illetve fém- és műanyagdarabkára – szóval az űrszemétre. Az űrszemét veszélyessége a méretével egyenesen arányos. Három méretbeli kategóriát különböztetünk meg:

  • 10 centiméternél nagyobb szemétdarabok (becsült darabszám: 29 ezer)
  • 1 centiméternél nagyobb szemétdarabok (becsült darabszám: 670 ezer)
  • 1 milliméternél nagyobb törmelékdarabok (becsült darabszám: 170 millió)

Ezek mind veszélyesek egy (pontosabban: az összes) műholdra nézve. Az Európai Űrügynökség szerint a 10 centisnél nagyobb űrszemétdarabok szétroncsolhatnak egy műholdat; az 1 centisek kiiktathatnak egy űrhajót, vagy átüthetik az űrállomás pajzsát; a milliméteres apróságok az űrhajók alrendszereit tehetik tönkre.

Azon túl, hogy az ütközések több százmillió dolláros károkat okozhatnak, az alacsony Föld körüli pályán keringő űrszemét elszaporodása a Kessler-szindróma kialakulásához vezethet. Ilyenkor a közegellenállás nélkül, igen gyorsan repülő törmelékdarabok minden objektumot szétforgácsolnak, ami az útjukba kerül. A végén nem marad más, csak egy rakás, észvesztő sebességgel száguldó roncsdarab. Aki látta a Gravitáció című filmet, nagyjából tudja, hogy ez mivel jár – igaz, a filmben nem mutatták, ahogy az űrszemét évtizedekre ellehetetleníti az űrkutatást.

Elnézést, arrébb állna ezzel a monstrummal?

Bár egyre több magáncég törekszik az űr meghódítására, a világűr felügyeletéért egyelőre nem ők felelnek, hanem a világűrszerződést ratifikáló tagállamok. A magáncégek profitot akarnak, a tagállamok a harmonikus együttműködést; ehhez viszont kooperációra, az érintett űrszakaszok felosztására van szükség. Így ment ez a hatvanas években, az első geostacionárius műholdak pályára állításakor is. A világűrszerződést ratifikáló államok belátták, hogy ezeknek a műholdaknak fix pályán kell haladniuk, 37 ezer kilométer távolságra a Földtől, mert csak így fogható mindenhonnan a róluk érkező adás.

Ami azt illeti, a geostacionárius pálya máig a nagyhatalmak játszótere maradt: a magáncégek projektjei inkább az alacsony (100-2000 kilométer) és a közepes (2000-35000 kilométer) magasságú Föld körüli pályát célozzák. Ilyen magasságból nem lehet három műholddal globális lefedettséget biztosítani: ahhoz több ezer egységből álló műholdflottákra van szükség. És olyan flottatulajdonosokra, akik felelősséget vállalnak az űrjárműveikért.

A NASA október 30-án hivatalos észrevételeket küldött az Egyesült Államok Szövetségi Kommunikációs Bizottságának a texasi AST & Science vállalat által tervezett műholdas rendszerről. Az űrügynökség állítása szerint a kereskedelmi célú űreszközök megnövelnék az ütközés veszélyét a Föld körüli pálya egy különösen fontos régiójában.

A SpaceMobile műholdas netszolgáltatást tervező texasi vállalat, az AST & Science központja.Fotó: AST & Science

Az AST & Science rendszere 243 műholdból áll; ezek 720 kilométeres magasságban fognak keringeni a Föld körül. A SpaceMobile, ahogy a neve is utal rá, vezeték nélküli műholdas internetet biztosítana, amihez bármilyen telefonnal csatlakozhatunk. Ahhoz viszont, hogy a rendszer működőképes legyen, nagy (bocsánat: NAGY) keresztmetszetű műholdas antennákra van szükség: egyes adók mérete akár 900 négyzetméteres is lehet. Igen, nagyjából akkora, mint három és fél teniszpálya.

A NASA azért emelt kifogást, mert egy ekkora keresztmetszetű eszköz nagyobb eséllyel ütközhet össze egy másik űrbéli objektummal. Ezenfelül a saját arzenáljukat is féltik. A SpaceMobile eszközei a terv szerint az A-Train projekt műholdjainak fenntartott magasságban repülnének – márpedig a NASA aligha fogja feladni a több nemzetközi partnerrel kiépített bolygófigyelő rendszerét. Az A-Train műholdak repülési magassága 705 kilométer, de ez csak az átlagérték: néha 690, néha 740 kilométer magasan haladnak.

Az A-Train bolygófigyelő rendszerhez tartozó műholdak 700 kilométer magasban keringenek a Föld körüli pályán.Fotó: JPL/Caltech

Samantha Fonder, a NASA kereskedelmi űrutazási részlegének képviselője a levélben megemlítette, hogy az AST & Science műholdjai ezen a magasságon haladva ütközhetnének az A-Train műholdakkal; ahhoz viszont, hogy ezt elkerüljék, évente 1500 kitérő manővert kellene végrehajtaniuk. További kockázatot jelent, hogy ezen a magasságon gyakoribbak a nagyobb űrszemétdarabok; ezek két műhold (a kínai Fengyun 1–C ASAT-ból és az Iridium 33-COSMOS 2251-ből) korábbi ütközése során szakadtak le. A NASA a fentiekre hivatkozva arra kérte az AST & Science-t, hogy keressen alternatív repülési útvonalat, lehetőleg az A-Train pályája alatt, mert így csökkenthető lenne a repülésbiztonsági kockázat.

Abel Avellant, az AST & Science alapítóját nem hatotta meg a NASA levele. Szerinte a vállalata jól tudja, hogy mire vállalkozott: már elkészítették az első műholdak kicsinyített prototípusait, és 2021-re tervezik az első műhold pályára állítását.

„Nem vaktában lövöldözünk a levegőbe, mint holmi cowboyok. Ez egy komoly, tisztességesen finanszírozott projekt” – mondta Avellan az Ars Technicának. (A finanszírozás kérdése tényleg megoldottnak tűnik: a vállalat nemrég 128 millió dollár befektetői támogatást kapott, és olyan cégek támogatják, mint a Rakuten, a Samsung és a Vodafone Group.) Avellan szerint a SpaceMobile műholdjai nem veszélyesek: számításaik szerint a véletlenszerű ütközés esélye csupán egy az ötezerhez. (Mármint egy műholddal számolva: ha mind a kétszáznegyvenhármat pályára állítják, az ütközés kockázata 1:20-ra nő.)

A közös űr-KRESZ óhajtása

A műholdak pályamagasságának szabályozása nemcsak az űrszemét-ellenőröket, hanem a csillagászokat is bosszantja. Az ő megfigyeléseiket elsősorban a 600 kilométernél magasabban keringő eszközök zavarják, mivel ezek tovább láthatók az égbolton. Azt persze ők is látják, hogy a magánműhold-hálózatok elterjedése a telekommunikáció természetes evolúciójának része, így nem a betiltásuk mellett kardoskodnak; tudják, hogy értelmetlen lenne. Azt viszont fontosnak tartanák, hogy a csillagászok az űripari magáncégekkel együtt dolgozzanak ki egységes előírásokat, mert így segíthetnék egymás munkáját. Amíg nem születik ilyen megállapodás, csak az veszi figyelembe az igényeiket, aki akarja. (A SpaceX műholdjai 600 kilométernél alacsonyabb pályán repülnek, a OneWeb szatelitflottája magasabban; de a magasság beállításánál csak műszaki szempontokat vettek figyelembe.)

Nyilván lesznek szerencselovagok, akik a trendeket látva beszállnak az űrinternetbe. Nyilván lesznek olyanok, akik megbuknak a kezdeményezésükkel; megtörtént ez már nemegyszer. De nem mindegy, hogy mikor buknak meg: a kezdeti finanszírozási körökben, vagy csak a műholdak pályára állítása után? Az előbbi esetben a befektető a saját pénzét bukja, az utóbbival viszont az egész emberiséget megszívatják. Ahhoz, hogy ezt elkerüljük, nemcsak átfogó törvényekre, hanem konkrét stoptáblákra, behajtási engedélyekre, irányjelzőkre és sebességkorlátozásokra is szükség lesz. Pontosabban nem lesz, hanem van. Tucatnyi űrkarambol után nem túlzó elvárás a nemzetközi űr-KRESZ bevezetését követelni.

Járvány, klímaváltozás, forradalmak – mindez csak három dermesztő arca annak a felbolydult világnak, ami ránk vár. Lesz még neki jó pár. Ha teheted, segítsd a munkánkat, mi megháláljuk a bizalmadat, és ebben a nagy zavarodottságban hitelesen, alaposan és közérthetően magyarázzuk el, hogy a legégetőbb kérdésekre milyen válaszokat adnak a sárgolyó legnagyobb elméi. Maradj velünk. Támogatom a Qubit szerkesztőségét!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: