Augant palydovinių stebėjimų paklausai, Žemės orbita sparčiai pildosi įvairiais kosminiais aparatais. Kartu didėja ir susidūrimų rizika bei grėsmė, kad kosminės šiukšlės ilgainiui gali paralyžiuoti svarbiausias orbitas. Mokslininkai siūlo netikėtą sprendimą: vietoje kelių milžiniškų palydovų verčiau naudoti daugiau mažų, skriejančių žemiau.
Palydovinė Žemės stebėsena tampa vis svarbesnė beveik visose žmogaus veiklos srityse – nuo derlingumo vertinimo ir miškų būklės stebėjimo iki stichinių nelaimių analizės bei kovos su skurdu. Siekiant patenkinti augantį duomenų poreikį, į orbitą leidžiama vis daugiau aparatų. Tačiau didėjant jų skaičiui auga ir kritinė rizika: didėja susidūrimų tikimybė, o kosminių šiukšlių kiekis sparčiai plečiasi.
Naujo tyrimo autoriai, vadovaujami Džono Makintošo iš Mančesterio universiteto, analizavo, kaip tinkamas kosminių misijų projektavimas galėtų sumažinti grėsmes, susijusias su Žemę 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. Vis dėlto mokslininkai daro priešingą išvadą: daug nedidelių palydovų žemesnėse orbitose gali būti gerokai saugesnis sprendimas nei palyginti nedidelis skaičius labai didelių aparatų aukštai virš Žemės.
Ši išvada grindžiama keliomis pagrindinėmis prielaidomis. Pirma, efektyviai Žemės stebėsenai optinės sistemos turi užtikrinti maždaug 0,5 metro skiriamąją gebą vienam pikseliui. Toks tikslumas leidžia fiksuoti subtilius pokyčius miškų dangoje, miesto plėtroje ar infrastruktūroje.
Antra, daroma prielaida, kad stebėjimas vyksta matomojoje šviesos spektro dalyje. Nors pažangios technologijos, pavyzdžiui, sintetinės apertūros radaras (SAR), turi svarbių privalumų ir gali veikti nepriklausomai nuo debesuotumo ar paros meto, jos vis dar ne visais atvejais suteikia tokį pat išsamų vaizdą apie Žemės paviršiuje vykstančius fizinius procesus.
Optinės sistemos dydis tiesiogiai priklauso nuo skrydžio aukščio ir norimos vaizdo kokybės. Kuo palydovas skrieja aukščiau, tuo didesnio skersmens optikos reikia, o tai reiškia didesnį paties aparato dydį ir masę. Taigi sprendimas kelti palydovą į aukštesnę orbitą, kur, atrodytų, „daugiau vietos“, verčia inžinierius projektuoti kur kas masyvesnius aparatus.
Skaičiai 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 ženkliai didina viso palydovo masę, nes reikia ne tik didesnės optikos, bet ir daugiau kuro bei tvirtesnių konstrukcijų. Dėl to palydovo masė gali šoktelėti nuo maždaug 107 kg (300 km aukštyje) iki maždaug 1360 kg (750 km aukštyje), jei siekiama išlaikyti tą pačią vaizdų kokybę.
Žinoma, didesnis aukštis reiškia ir platesnį 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 tam pačiam tikslui iš 300 km aukščio reikėtų apie 22 mažesnių aparatų. Iš pirmo žvilgsnio tai atrodo kaip argumentas didelių palydovų naudai, tačiau lemiamas veiksnys yra ne vien skaičius, o susidūrimų ir šiukšlių rizika.
Kur didžiausias pavojus: aukštos ir žemos orbitos
Dideli palydovai turi gerokai didesnį skerspjūvio plotą, todėl tampa lengvesniu „taikiniu“ kosminėms nuolaužoms. Šiuo metu didžiausia pavojingų šiukšlių koncentracija fiksuojama aukštesnėse orbitose – maždaug 850–950 km aukštyje. Čia ilgą laiką buvo itin populiarios saulės sinchroninės orbitos, kuriose dirba daug Žemės stebėjimo misijų.
Tuo tarpu žemose orbitose tam tikrą „apsauginę“ funkciją atlieka pati atmosfera. Dėl atmosferos pasipriešinimo palydovai ir nuolaužos palaipsniui praranda aukštį ir galiausiai sudega. Dėl šios priežasties kai kurios kompanijos jau koreguoja savo planus: vienas didžiausių komercinių palydovinių tinklų nusprendė dalį aparatų iš maždaug 550 km nuleisti į dar žemesnę – apie 480 km – orbitą, kad sumažintų ilgalaikę šiukšlių kaupimosi riziką.
Didelio palydovo sunaikinimas aukštoje orbitoje turi milžinišką destrukcinį potencialą. Vienas susidūrimas ar sprogimas gali sukurti didžiulį nuolaužų debesį, kuris, pasklidęs orbitoje, padidina naujų susidūrimų tikimybę. Tokia grandininė reakcija, vadinama Kesslerio sindromu, teoriškai gali padaryti kai kuriuos orbitų regionus beveik nebefunkcionalius dešimtmečiams ar net šimtmečiams.
Tyrimo esmė paprasta: palyginti nedidelis skaičius itin didelių palydovų aukštose orbitose yra pavojingesnis Žemę supančiai erdvei nei gausi mažų aparatų grupė žemesniuose aukščiuose. Keli masyvūs palydovai, praradę kontrolę arba tapę susidūrimo aukomis, gali sukurti sunkiai įveikiamą šiukšlių „žiedą“ aplink planetą, kuris apsunkintų ar net 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 remtis tyrimų duomenimis apie ilgalaikį didelių ir mažų palydovų poveikį skirtinguose aukščiuose. Priešingu atveju rizikuojame paversti Žemę supančią erdvę sunkiai suvaldomu kosminių atliekų sąvartynu.
Žemės ateities scenarijai: nuo superkontinento iki masinio išnykimo
Mokslininkai 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 galėtų paskatinti 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, o tai galėtų lemti globalų apledėjimą. Bet kuris iš šių variantų smarkiai pakeistų vandenynų sroves ir ekosistemas bei priverstų rūšis konkuruoti dėl vis labiau ribotų 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.
