Kesslerův efekt - hrozba na oběžné dráze

Ještě na začátku století obíhalo kolem Země sotva tisíc družic. Například v roce 2004 jich bylo jen 852. O dvacet roků později, v roce 2023, už situace vypadala úplně jinak - kolem Země kroužilo více než 9 000 aktivních satelitů.

Průměrně tak každý rok přibývalo skoro 435 nových objektů. Přitom nejde jen o statistiku - tato změna bude rozhodovat o tom, jak bude v budoucnosti lidstvo využívat blízký kosmický prostor.

Na naší oběžné dráze se dnes nacházejí komunikační, špionážní, meteorologické, navigační i vědecké družice. Za nový nárůst jejich množství přitom mohou hlavně komerční soukromé projekty - jako je Starlink společnosti SpaceX tvořící vysokorychlostní internet. Čím více ovšem těchto objektů přibývá, tím větší je riziko jejich srážek a vzniku velkého množství nezvladatelného kosmického smetí.

Jak vzniká řetězová reakce na oběžné dráze

Už v roce 1978 upozornil americký odborník NASA Don Kessler, že oběžná dráha Země může dosáhnout tzv. kritické hustoty. Pokud počet družic a trosek překročí tuto hranici, kolize mezi objekty začnou být častější a budou vytvářet nové úlomky, které následně způsobí další srážky – a vznikne tak samovolná řetězová reakce, která bude nevratná. Tento proces, připomínající vznik pásu asteroidů, by mohl vytvořit jakýsi prstenec trosek kolem Země, který by znemožnil další bezpečné využívání oběžné dráhy. Mohlo by pak trvat i desetiletí, než by se orbita samovolně vyčistila natolik, že by se na ní daly opět umístit užitečné objekty.

Naštěstí zatím k takovému scénáři nedošlo, i když varovné signály už existují. V roce 2009 došlo k první velké kolizi dvou družic v dějinách. Americká komerční družice Iridium se tehdy srazila s nefunkční ruskou vojenskou družicí Kosmos 2251. K nehodě došlo na nízké oběžné dráze, rychlost střetu byla 11,7 kilometru za sekundu a výsledkem bylo přes 2 300 kusů trosek. Kessler tehdy poznamenal, že padesát let trvalo, než se orbitální prostor natolik zaplnil, aby k takové nehodě došlo – a že k další podobné může dojít už za deset let. Měl pravdu.

Dnešní situace

Zatímco v době výše zmiňované kolize obíhalo Zemi méně než tisíc družic, dnes má například už jen samotný Starlink víc než dvanáct tisíc satelitů v několika výškových oblastech nad Zemí - od nízké dráhy až po geostacionární dráhu, kde se takové objekty udrží obzvláště dlouhou dobu. Jsou vybavené laserovými komunikačními systémy, které umožňují předávat data mezi satelity bez nutnosti využití pozemních stanic. Taková síť je technicky fascinující, je ale jasné, že zároveň způsobuje problémy.

V praxi má totiž Starlink každý týden na orbitě zhruba 1 600 tzv. blízkých setkání. To jsou takové situace, kdy se dráhy dvou satelitů kříží a mají přitom velmi nízkou, riskantní vzdálenost. Starlink sice disponuje autonomními systémy, které dokážou manévrovat a vyhýbat se kolizím bez přímého zásahu pozemního operátora, ale fakt, že se na oběžné dráze nachází příliš velké množství objektů, se tím samozřejmě nevylepší. Každá technologie může selhat a Muskovy satelity nejsou výjimkou.

Dnes je například možné zapojit do rozhodování umělou inteligenci. Ta může vyhodnocovat dráhy satelitů, plánovat úhybné manévry a celou hustou síť satelitů tím optimalizovat. Jenže vyšší výpočetní výkon přináší i nové nároky na technologii, například problémy s odvodem tepla ve vakuu a spotřebou energie, kterou je samozřejmě na oběžné dráze potřeba šetřit.

Jak ale zapojit do takového procesu starší satelity nebo rovnou satelity z jiných firem nebo jiných zemí?

Dohled nad tisíci objekty je proto velmi složitý. Současné systémy pro koordinaci kosmického provozu fungují analogově. Při zjištění možné kolize si týmy operátorů posílají e-maily, telefonují si a někdy musí dojít k příslušným manévrům dříve, než mají jistotu, že je to nutné. Někdy se zjistí až dodatečně, že úhybný manévr nebyl potřeba, ale nikdo si samozřejmě nedovolí zbytečně čekat - to by mohlo znamenat katastrofu.

Jak zabrzdit řetězovou reakci

Jednoho dne nastane situace, kdy bude stav na oběžné dráze kritický. Kesslerův efekt zatím nenastal, ale pravděpodobnost jeho spuštění neustále narůstá. Jedno je jisté: každá nová kolize zvyšuje riziko dalších neštěstí. Není tedy divu, že se už dnes hledají způsoby, jak dlouhodobě snížit množství trosek a udržet oběžnou dráhu v použitelné formě.

V budoucnu by mohly být používány například robustnější konstrukce. Satelity by mohly být vyráběny z odolnějších materiálů, mohly by být využity technologie, které dokážou samy opravit malá mechanická poškození.

Velice důležité budou výkonné senzory, díky kterým se budou satelity dobře orientovat ve svém okolí. Umělá inteligence by pak mohla v budoucnu pomáhat s vyhodnocováním rizika srážek.

Dnešní směs starých a nedokonalých technologií a velkého počtu nových, i když dobře ovládaných satelitů je ovšem nebezpečná a nic, co uděláme pro lepší ovladatelnost těch nových, neřeší aktuální nebezpečí.

^{Zdroj: Odkaz}