Augant palydovinių stebėjimų paklausai, Žemės orbita sparčiai pildosi įvairiais kosminiais aparatais. Tačiau kartu didėja ir susidūrimų rizika bei pavojus, kad kosminės šiukšlės gali ilgainiui paralyžiuoti svarbiausias orbitas. Mokslininkai siūlo netikėtą sprendimą: vietoje kelių milžiniškų palydovų – daugiau mažų, skriejančių žemiau.
Palydovinė Žemės stebėsena tampa vis svarbesnė beveik visose žmogaus veiklos srityse – nuo derlingumo vertinimo ir miškų būklės stebėsenos iki stichinių nelaimių analizės bei kovos su skurdu. Natūralu, kad norint patenkinti augantį duomenų poreikį į orbitą leidžiama vis daugiau kosminių aparatų. Tačiau kartu su jų skaičiumi sparčiai auga ir kritinė rizika: didėja susidūrimų tikimybė ir kosminių šiukšlių kiekis.
Naujo tyrimo autoriai, vadovaujami Džono Makintošo iš Mančesterio universiteto, analizavo, kaip tinkamas kosminių misijų projektavimas gali sumažinti grėsmes, susijusias su Žemės aplinką supančių orbitų perpildymu.
Dydžio paradoksas: kodėl „mažiau“ reiškia „geriau“
Iš pirmo žvilgsnio atrodytų logiška didelius palydovus kelti į aukštesnes orbitas, kur, regis, daugiau erdvės ir mažesnė susidūrimų rizika. Tačiau mokslininkai pateikia priešingą išvadą: daug nedidelių palydovų žemesnėse orbitose gali būti gerokai saugesnis sprendimas nei palyginti nedidelis skaičius labai didelių aparatų aukštai virš Žemės.
Ši išvada paremta keliais pagrindiniais prielaidomis. Pirmiausia, efektyviam Žemės stebėjimui optinės sistemos turi užtikrinti maždaug 0,5 metro skiriamąją gebą vienam pikseliui. Toks tikslumas leidžia stebėti subtilius pokyčius miškų dangoje, miesto plėtroje ar infrastruktūroje.
Antra, manoma, kad stebėjimas turi vykti matomoje šviesos dalyje. Nors modernesnės technologijos, pavyzdžiui, radaras su sintezuota aperture (SAR), turi svarbių privalumų ir gali veikti nepriklausomai nuo debesuotumo ar paros meto, jos vis dar ne visuomet pajėgios suteikti pilną vaizdą apie fizinius procesus, vykstančius Žemės paviršiuje.
Optinės sistemos dydis tiesiogiai priklauso nuo skrydžio aukščio ir norimos vaizdo kokybės. Kuo palydovas skrieja aukščiau, tuo didesnio skersmens turi būti optika, o tai reiškia ir didesnį paties aparato dydį bei masę. Taigi pasirinkimas kelti palydovą į aukštesnę orbitą, kur, atrodytų, „daugiau vietos“, verčia inžinierius kurti kur kas masyvesnius aparatus.
Skaičiai čia kalba patys už save: pakeitus orbitą nuo 300 km iki 750 km, kameros apertūrą tenka didinti nuo 0,33 m iki 0,83 m. Tai eksponentiškai didina viso palydovo masę, nes reikia ne tik masyvesnės optikos, bet ir daugiau kuro bei tvirtesnių konstrukcijų. Dėl to palydovo masė šokteli nuo maždaug 107 kg (300 km aukštyje) iki maždaug 1360 kg (750 km aukštyje), jei norima išlaikyti tą pačią vaizdų kokybę.
Be abejo, didesnis aukštis reiškia ir geresnį Žemės paviršiaus padengimą. Norint, kad bet kuris taškas Žemėje būtų užfiksuotas bent kartą per valandą iš 750 km aukščio, pakaktų 10 didelių palydovų. Tuo tarpu tokiam pačiam uždaviniui iš 300 km aukščio reikėtų jau 22 mažesnių aparatų. Iš pirmo žvilgsnio tai atrodo kaip argumentas didelių palydovų naudai. Vis dėlto lemiamas tampa ne skaičius, o susidūrimų ir šiukšlių rizika.
Kur didžiausias pavojus: aukštos ir žemos orbitos
Dideli palydovai turi gerokai didesnį skerspjūvio plotą, todėl tampa „patogiu taikiniu“ kosminiams griuvėsiams. Šiuo metu didžiausia pavojingų nuolaužų koncentracija fiksuojama aukštesnėse orbitose – maždaug 850–950 km aukštyje. Čia ilgą laiką buvo itin populiarios vadinamosios saulės sinchroninės orbitos, kuriose dirba daug Žemės stebėjimo misijų.
Tuo tarpu žemose orbitose tam tikrą apsaugos funkciją atlieka pati atmosfera. Dėl atmosferos pasipriešinimo palydovai ir nuolaužos pamažu praranda aukštį ir galiausiai sudega atmosferoje. Dėl šios priežasties kai kurios kompanijos jau koreguoja savo planus: pavyzdžiui, vienas didžiausių komercinių palydovinių tinklų nusprendė dalį savo aparatų iš maždaug 550 km nuleisti į dar žemesnę – apie 480 km – orbitą, kad būtų sumažinta ilgalaikė šiukšlių kaupimosi rizika.
Didelio palydovo sunaikinimas aukštoje orbitoje turi milžinišką destrukcinį potencialą. Vienas susidūrimas ar sprogimas gali sukurti didžiulį nuolaužų debesį, kuris, pasklidęs orbitoje, padidins tikimybę naujiems susidūrimams. Tokia grandininė reakcija, dar vadinama Kesslerio sindromu, teoriškai gali padaryti tam tikrus orbitų regionus beveik nebefunkcionalius dešimtmečiams ar net šimtmečiams.
Tyrimo esmė – palyginus nedidelis skaičius itin didelių palydovų aukštose orbitose yra pavojingesnis Žemės aplinką supančiai erdvei nei didelė daugybės mažų aparatų grupė žemiau. Keli masyvūs palydovai, praradus kontrolę ar tapus jiems susidūrimo aukomis, gali sukurti nepraeinamą šiukšlių „žiedą“ aplink planetą, kuris apsunkintų arba iš viso sustabdytų naujas misijas.
Šiuo metu nėra vieningų, tarptautiniu mastu privalomų taisyklių, aiškiai apibrėžiančių saugius atstumus tarp palydovų, leidžiamą aparatų skaičių konkrečiose orbitose ar griežtus reikalavimus jų utilizacijai. Tačiau ekspertai pabrėžia: rengiant ateities reglamentus, būtina įskaičiuoti tyrimų duomenis apie tai, kokį ilgalaikį poveikį turi dideli ir maži palydovai skirtinguose aukščiuose. Priešingu atveju rizikuojame paversti Žemę supančią erdvę sunkiai suvaldomu kosminių atliekų sąvartynu.
Žemės ateities scenarijai: nuo superkontinento iki masinio išnykimo
Mokslininkai taip pat primena, kad Žemės ateities iššūkiai neapsiriboja vien kosminėmis šiukšlėmis. Dėl tektoninių plokščių judėjimo po 200–250 milijonų metų mūsų planeta gali suformuoti naują superkontinentą. Toks žemynų susijungimas drastiškai pakeistų klimatą ir sukeltų masinį rūšių išnykimą.
Modeliuojami keli pagrindiniai scenarijai. „Novopangėja“ numato Ramiojo vandenyno užsidarymą ir žemynų susijungimą jo vietoje. „Pangėja Proksima“ – žemynų žiedą aplink vidinį vandenyną. „Aurika“ reikštų superkontinento susiformavimą ties pusiauju, sukeliant ekstremalias karščio bangas. „Amasija“ numato žemynų susitelkimą aplink Arktį, kas galėtų lemti globalų apledėjimą. Bet kuris iš šių variantų drastiškai pakeistų vandenynų sroves, ekosistemas ir priverstų rūšis aršiai konkuruoti dėl vis mažėjančių išteklių.
Tokie scenarijai primena, kad tiek Žemės paviršius, tiek ją supanti kosminė erdvė yra riboti ir trapūs ištekliai. Nuo šiandienos sprendimų – tiek planetos mastu, tiek orbitoje – priklausys, kokį pasaulį paliksime ateities kartoms.
