Zániky kosmických těles

V souvislosti se zánikem družice UARS v hustých vrstvách atmosféry předkládám krátký článek věnovaný této problematice.

Americká aeronomická družice UARS (Upper Atmospheric Research Satellite) startovala 12. září 1991 v rámci mise STS-48 raketoplánu Discovery a k samostatnému letu byla uvolněna 15. září. Její počáteční dráha byla ve výšce 565 až 575 km a obíhala Zemi jednou za 96 minut. Vlivem brzdící síly zbytků atmosféry výška dráhy postupně klesala a na konci roku 2005, kdy byla ukončena aktivní činnost a její přístroje vypnuty, se pohybovala ve výšce jen 369 až 517 km.

Vzhledem k hmotnosti družice - 6795 kg - bylo jasné, že pokud družice nekontrolovaně vstoupí do atmosféry, bude panovat nebezpečí dopadu některých částí až na zem, což se již dříve v několika případech skutečně stalo; přitom se jednalo o objekty méně hmotné. Rovněž svými rozměry nepatřila družice UARS mezi trpaslíky: její délka byla 10,7 metru a její průměr, bez panelů slunečních baterií, byl 4,6 metru. Specialisté NASA se proto domnívali, že minimálně 26 velkých částí družice neshoří v atmosféře a dopadnou na zemský povrch.
Protože je družice už nefunkční, nelze s ní manévrovat a pádem byly ohroženy v podstatě všechny oblasti Země od 57° severní po 57° jižní zeměpisné šířky.
Není nezajímavé i to, že v minulých dnech oznámila německá agentura DFL, že německá astronomická družice Rosat (Roentgen Satellite) o hmotnosti přes 2400 kg zanikne počátkem listopadu v hustých vrstvách atmosféry.

Zánik družice UARS přišel krátce poté, kdy zvláštní tým NASA zpracoval studii, která se právě věnuje problematice vstupu velkých objektů do hustých vrstev atmosféry a nebezpečí s tím spojených. Podle počtu pravděpodobnosti vychází, že k zániku dojde nad vodními plochami, ale stále existuje možnost dopadu neshořených zbytků do obydlených oblastí.
Mimochodem v poslední době různí činitelé NASA zdůrazňovali, že fragmenty kosmického tělesa už na zem dopadly v mnoha případech, ale nikdy nebyl zraněn člověk. Pravděpodobnost zásahu člověka padajícím kosmickým objektem je údajně 1 ku 3200.

Ve zmíněné studii jsou uvedeny některé příklady, u kterých části objektu přežily průlet hustými vrstvami atmosféry.Jako první je zmíněn let lodi Apollo 13 z dubna 1970, kdy průlet atmosférou přežil radioizotopový termoelektrický generátor SNAP-27 obsahující 3,9 kg plutonia. Tento díl lunárního modulu Aquarius (který astronautům posloužil jako záchranný člun při návratu na Zem) vstoupil do atmosféry druhou kosmickou rychlostí a přesto přežil a nyní leží na mořském dně v hloubce kolem 6 km. V oblasti dopadu, nedaleko ostrovů Fidži v Tichém oceánu, byla prováděna radiační měření, ale neprokázal se žádný únik plutonia.

Dalším příkladem nebezpečného průletu je případ sovětské družice Kosmos 954. Také v tomto případě hrál roli jaderný reaktor, který sloužil na družici jako zdroj energie a který obsahoval asi 50 kg uranu 235. Obvykle se tento typ družice rozdělí před skončením aktivní životnosti na několik dílů a část s jaderným reaktorem je převedena na vysokou dráhu s velmi dlouhou životností. Tentokrát se tak nestalo a reaktor Kosmosu 954 dopadl na západě Kanady, kde bylo následně objeveno celkem 12 velkých kusů družice, z nichž některé byly radioaktivní.Také další dva uvedené případy se týkají ruských družic: části družice Kosmos 1402 dopadly do vod Indického oceánu a Kosmosu 1900 do Atlantiku.

Další závažnou událostí byl sestup americké stanice Skylab v červenci 1979. Původní předpoklad byl, že vysloužilá stanice bude při některém z prvních letů raketoplánu vybavena pomocným motorem a její sestup bude řízený nad Tichým oceánem, ale raketoplán se zpozdil (jeho první let byl až 12. dubna 1981) a Skylab klesal díky zvýšené sluneční aktivitě rychleji, než se předpokládalo. Výsledkem byl nekontrolovaný pád stanice bez jakékoli možnosti jej ovlivnit; jediným prostředkem pro minimální ovlivnění místa zániku byla orientace stanice vzhledem ke směru letu; operátoři tak mohli zvětšit nebo zmenšit velikost brzdicí plochy. Skylab nakonec zanikl v atmosféře nad Austrálií a pás trosek dopadnuvších na zem se táhl v délce asi 160 km poblíž australského Perthu.

Naopak ruská kosmická stanice Mir, která skončila v roce 2001, byla až do posledního okamžiku řiditelná a byla pomocí motorů nákladní lodi Progress M1-5 navedena do atmosféry nad pustými vodami Tichého oceánu. Do Pacifiku spadlo velké množství trosek stanice, která před zánikem obnášela 135 tun materiálu. Podobný osud čeká po skončení aktivní životnosti (někdy po roce 2020?) i Mezinárodní kosmickou stanici.

Z oblasti pilotovaných letů je vzpomenut tragický konec raketoplánu Columbia, který se v roce 2001 rozpadl při návratu z mise STS 107 nad Texasem. Vracející se raketoplán sice z velké části shořel v hustých vrstvách atmosféry, ale přesto na zem dopadlo velké množství úlomků, některé i značné velikosti. Vzhledem k tomu, že letový koridor byl veden tak, aby se vyhýbal hustě osídleným oblastem, nebyly škody na zemi veliké.
Jedním z výsledků ztráty Columbie byl vývoj počítačových programů, které jsou zaměřeny na předpovídání možnosti přežití trosek při průletu atmosférou. Podobný program měl uklidnit veřejnost před rizikem zasažení padajícím fragmentem kosmického tělesa.

Na závěr ještě uvedu jeden příklad jak je také možné "vypořádat se" s velkou družicí. 14. prosince 2006 byla vypuštěna družice označená USA-193, která měla hmotnost přes 2500 kg, ale která se nedostala na správnou dráhu a hrozil brzký zánik v atmosféře. Bylo ale zjištěno, že některé části družice by mohly dopadnout na zem - zejména se jednalo o nádrž s jedovatým hydrazinem. Ovšem je nutno upřesnit, že zde panoval i jiný zájem: zpravodajská družice nesla aparaturu, u níž byl zájem na utajení. Proto bylo rozhodnuto družici "sestřelit" a 21. února 2008 k ní byla odpálena upravená střela SM-3; k odpálení došlo z lodi USS Lake Erie plující v Tichém oceánu.
Raketa SM-3 zasáhla družici ve výšce asi 277 km a na dráze bylo zaregistrováno více než 80 fragmentů, které však v krátké době zanikly v hustých vrstvách atmosféry (největší část zlomků shořela do 48 hodin po zásahu). Poslední části družice zanikly 40 dní po sestřelení družice.

Pro budoucí lety se předpokládá, že velké družice budou konstruovány tak, aby před koncem aktivní životnosti buď použily vlastní motor k řízenému vstupu do atmosféry (případně se k nim připojil "tahač", jež by je navedl k zániku nad bezpečnými oblastmi) nebo se rozdělily na menší části, které bezpečně shoří v atmosféře. K poslední variantě má přispět i zmíněné počítačové modelování průletu jednotlivých těles atmosférou. Ovšem při dělení tělesa na více částí se musí vzít v úvahu také problematika kosmického "smetí" - abychom vyřešením jednoho problému nezhoršovali jiný.