Pár hónappal ezelőtt írtam egy cikket az űrszemét tulajdonságairól. Akkor nem fejtettem ki, hogy vannak-e ötletek az űrszemét mennyiségének csökkentésére, és ha igen, akkor hol járunk a fejlesztések terén? Ezt a hiányt igyekszem most bepótolni ezzel az írással.
Hogy érzékeltessem a probléma nagyságát, jelenleg az alacsony Föld körüli pályán (Low Earth Orbit, LEO) keringő testek 95%-a űrszemét, amelyek többsége deci vagy centiméteres nagyságú. A NASA becslése szerint körülbelül 100 ezer veszélyes testről van szó. És persze ez a szám folyamatosan növekszik, hiszen a műholdak, rakéták felbocsátása sokkal gyakoribb, mint az űrszemét elégése a légkörben. Azt lehetne gondolni, hogy egy centiméteres vagy deciméteres test ugyan milyen kárt okozhatna egy nagyobb járműben? Ez hétköznapi körülmények között igaz is, de ne felejtsük el, hogy mindez a világűrben történik! A LEO-n a tipikus ütközési sebesség 12 km/s. Például egy 5 mm-es testnek a mozgási energiája ebben az esetben megfelel egy labdának, amit a második emeletről kidobtunk, vagy egy 100 grammos test mozgási energiája egy 20 tonnás kamionéval! Tehát egyáltalán nem szabad félvállról venni a problémát.
Múlt hét csütörtökön volt szerencsém meghallgatni egy angol nyelvű online előadást a témával kapcsolatban. Az előadó egy orosz származású kutató volt, aki a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumban dolgozik (sajnos nagyon halkan volt hallható, és az akcentusa se könnyítette meg az előadás megértését, de a diák alapján tudtam valamennyit jegyzetelni). Aki utánakeres a google-n, az megtalálhatja, hogy ez a laboratórium a fúziós reakciókat akar létrehozni erős lézerek segítségével. A részletekbe most nem megyek bele, nekünk csak az a fontos, hogy erős lézerekkel dolgoznak. Nekünk ez azért lényeges, mert az egyik ötlet (manapság a legnépszerűbb), hogy lézerrel lőjük a törmeléket, ami az egyik oldalán felforrósodik (sőt el is párolog kicsit a felszíne), és így egy tolóerő jelenik meg, ami módosítja a törmelék pályáját, és azok elégnek a légkörünkben.
Ez így leírva mind szép és jó, de a gyakorlatban vajon mennyire könnyű ezt végrehajtani? Amint azt sejteni lehet, egyáltalán nem az. Gondoljunk csak bele: van egy néhány cm-es objektumunk, ami legalább 8 km/s-os sebességgel száguld a Föld körül (mondjuk
Mi lehet tehát a megoldás? Először is egy ismétlődő impulzussal működő lézerre van szükségünk, ami legalább 1-2 MW teljesítményű. Az impulzusok nagyon rövid idő alatt ismétlődnének, általában nano vagy pikoszekundum alatt. (Hasonló lézerek működnek már a világon, és a Szeged mellett épülő lézerközpontban is egy hasonló lézer lesz). Még jobb lenne, ha az impulzusok még gyakrabban ismétlődnének. A Livermore laboratóriumban például olyan lézer megépítésére törekednek, ami körülbelül 10 darab lövést ereszthetne el másodpercenként, és ezek energiája egyenként körülbelül 0,2 MJ lenne. Ez bőven elég már a pálya módosításához.
Van tehát lézerünk, legalábbis pár éven belül lesz, a kutatások reményt keltőek. De ott van még a célzás, a test anyagának és formájának kérdése! Nem mindegy ugyanis, hogy a célpont milyen anyagból készült. A lézernyalábok a különféle anyagokat eltérő módon hevítik fel. És mint az feljebb láttuk, a cél az, hogy a test egyik oldalát felhevítsük, hogy ott tolóerő keletkezzen. Az anyagoknak ez a különbözősége, amit amúgy „mechanikus csatolódási koefficiens”-nek neveznek a lézerfizikában, erősen befolyásolja a lézernyaláb „lendületét”. Ez a „lendület” egyenes arányban áll a lézernyaláb energiájával és a koefficienssel. A formája se mindegy, mert lehet, hogy a beavatkozásunkkal nem a test pálya menti sebességét változtatjuk meg, hanem egy forgást idézünk elő benne, ami aztán ki tudja milyen hatással lesz a későbbi mozgására.
Nézzük a célzás kérdését! Nem mindegy ugyanis, hogy hogyan és mikor akarjuk eltalálni a testet. A „hogyan” alatt azt értem, hogy kétféleképpen lőhetünk egy objektumra:
- Vagy lassítjuk, és ekkor csökken a pálya menti sebessége, és fokozatosan lejjebb ereszkedik, és elég a légkörben.
- Vagy épp ellenkezőleg, úgy lőjük meg, hogy kicsit növeljük a sebességét és ezáltal a pályamagasságát, aminek következménye, hogy a pályája lapultabb lesz (elnyúlik), és a földközeli pontja lecsökken. Ez pedig megnöveli az esélyét annak, hogy a légkört érintse, ahol pedig elégne.
A „hogyan” kérdése természetesen befolyásolja a „mikor” kérdését is, és vica versa. Ugyanis az sem mindegy, hogy melyik időpontban lövünk. A LEO-n keringő égitestek nagyjából másfél óra alatt kerülik meg a Földet, tehát egy pontból maximum néhány percig láthatóak. Ennyi idő alatt kell elvégezni a lézerrel a műveletet. Ráadásul a lézernyaláb gyengül a légkörünkön való áthaladás során. Az optimális szög, amellyel a pályamódosítás végrehajtható, körülbelül 60 fokkal a horizont felett van.
Felmerülhet a kérdés: miért kell feltétlenül párologtatni? Nem elég, ha kisebb energiával lövünk? A válasz nem. A számítások azt mutatják, hogy ennek a hatása nagyjából tízezerszer kisebb, mint a párologtatás módszeréé. Nagy valószínűséggel egyáltalán nem működne a dolog. Aggasztó lehetne az is, hogy a párologtatás során kisebb, megolvadt darabok repülnek ki a testből. A számítások szerint azonban a kirepülő, olvadt darabok mikrométer átmérőjűek lennének, miután újra kondenzálódtak, és így további jelentős veszélyt nem jelentenének.
Egy másik kérdés is lehet (konkrétan láttam hasonlót egy fórumon): miért kell egyáltalán lézer, miért nem szedjük össze a darabokat egy űrhajóval? Erre az a válasz, hogy egy ilyen űrhajó, vagy akár műhold, rengeteg üzemanyagot kellene, hogy magával vigyen a sok manőverezés miatt. Ráadásul ott ugyanúgy meg lenne a kockázata a további ütközéseknek.
A költségekről még nem beszéltem. A fentebb leírt, hatásos lézer ára 100 millió dolláros nagyságrendű. Ez első hallásra soknak tűnik, de ha belegondolunk, akkor megérné az árát. Egy rakéta felbocsátása több tízmillió dollár, konkrétan az űrsikló kilövések félmilliárd dollárba kerültek anno. Plusz, a Föld körül keringő műholdak összértéke több százmilliárd dollár, vagy még több. Az űrhajósok életének védelméről nem is szólva!
Remélem, hogy a cikkből kitűnik, hogy a probléma valós, sürgető lenne a megoldás mielőbbi megtalálása. Személyes véleményem szerint túlzásba visszük a műholdak felbocsátásának mértékét, lassan bárki járművet rakhat (és rak is) Föld körüli pályára, és mindezek növelik a Kessler-szindróma kockázatát. Ha nem teszünk valamit, akkor súlyos esetben az is előfordulhat, hogy a Föld körül egy áthatolhatatlan fal alakul ki, és az emberiség előtt évszázadokra bezárul a világűr!
