Stacja CBK PAN w Borówcu “strzela” laserem do śmieci kosmicznych

Nieczynne satelity, górne stopnie rakiet, osłony i przypadkowo uwolnione części oraz różnej wielkości szczątki łącznie określa się mianem śmieci kosmicznych. Wielkość tych obiektów jest różna: od kilku milimetrów (np. oderwane elementy izolacji) aż po kilkanaście metrów (górne stopnie rakiet i całe satelity). Prawie każdy śmieć stanowi zagrożenie dla innych obiektów i praktycznie każdego roku dochodzi do kolizji.

Nie wszystkie szczątki na orbicie można wykrywać i monitorować. Aktualnie na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) możliwe jest monitorowanie i śledzenie fragmentów wielkości około 5 cm i większych. Na orbitach geosynchronicznych (do których zalicza się orbita geostacjonarna, GEO), możliwe jest monitorowanie szczątków do wielkości około 1 metra. O mniejszych fragmentach dość mało wiadomo, choć jest pewne, że przynajmniej duża część z nich może zagrozić satelitom. Jest jednak pewne, że małych obiektów, których nie można monitorować, jest przynajmniej kilkaset tysięcy.

W zeszłym roku został pobity rekord w ilości różnych obiektów, w tym śmieci kosmicznych na orbicie. Wówczas całkowita ilość (skatalogowanych) obiektów na orbicie znów wyniosła około 17750. Ta ilość nadal rośnie - najnowszy zbiorczy raport NASA podaje wartość około 18500 obiektów.

Problem detekcji, obserwacji i katalogowania kosmicznych śmieci jest coraz poważniejszy. Różne grupy badawcze z całego świata realizują programy obserwacyjne obiektów na orbicie. Jedną z nich jest zespół badawczy Centrum Badań Kosmicznych (CBK) Polskiej Akademii Nauk (PAN) w Borówcu pod Poznaniem. Ich najnowsza praca opisuje pierwsze w Polsce obserwacje laserowe kosmicznych śmieci.

Zespół naukowców pod przewodnictwem dr Pawła Lejby zaprezentował wyniki pomiarów laserowych 12 różnych orbitalnych szczątków. Pomiary zostały wykonane między sierpniem 2016 a styczniem 2017. Łącznie wykonano ponad 2900 “strzałów" laserowych podczas 178 przelotów kosmicznych śmieci, co pozwoliło na wygenerowanie 158 400 danych (punktów) pomiarowych. Dzięki pomiarom udało się wyznaczyć m.in. odległość (i orbitę) szczątków, a także ich okres rotacji.

Przykładowo, nieaktywny satelita naukowy TOPEX/Poseidon (działający w latach 1992 - 2006) aktualnie obraca się około raz na 10 sekund. W przypadku tego satelity możliwe było wyznaczenie okresu obrotu, gdyż TOPEX/Poseidon został wyposażony w odbłyśniki laserowe. Tak krótki (i przyśpieszający) okres obrotu może być wynikiem kolizji tego satelity z małym śmieciem kosmicznym, aczkolwiek możliwy jest także wpływ wiatru słonecznego. Dla większości innych obiektów (w szczególności małych fragmentów) takie wyznaczenie obrotu jest znacznie trudniejsze i wymaga większej ilości danych obserwacyjnych.

W najbliższych latach można się spodziewać coraz częstszego korzystania ze stacji laserowych w celu wyznaczania orbit różnych kosmicznych śmieci. Laser pozwala na bardzo dokładne wyznaczenie odległości od nieczynnego obiektu na orbicie i stacji naziemnej, co umożliwia określenie parametrów orbity. Z kolei określenie parametrów orbity takich śmieci pozwala na oszacowanie ryzyka kolizji z innymi, w tym działającymi satelitami.