Mi az űrszemét? Milyen kapcsolatban áll a műholdakkal és a klímaváltozással?

Az űrszemét az emberiség gyermekkorának velejárója: még képtelen megérteni, hogy nem szabad széthajigálni a szemetét, mert súlyos károkat okozhat vele. Hogy mást ne mondjunk, az űrszemét az egyik fő oka a méregdrága műholdak és űrberendezések károsodásának.

Az űrszemét növekvő mennyisége miatt, a geostacionárius pályára állított műholdak esetében az OECD jelentése szerint ezek a költségek a teljes missziós költség 5-10%-át teszik ki, ami több százmillió dollárra tehető.

De ne szaladjunk ennyire előre, mert a költségek jelentik a legkisebb problémát.

Mi az az űrszemét?

Az űrszemét, más néven űrtörmelék, a Föld körül keringő, ember alkotta tárgyakra utal, amelyek már semmilyen hasznos célt nem szolgálnak. Ide tartozik minden, a működésképtelen műholdaktól és rakétafokozatoktól kezdve az ütközésekből származó apró törmelékdarabokig.

Úgy is mondhatjuk, hogy az űrszemét minden ember alkotta dolog, amit szanaszét hagy az emberiség az űrben, mert eddig vagy nem volt megfelelő felszerelése a begyűjtésre, vagy anyagilag nem érte meg.

Ráadásul ez nem is feltétlen kapzsiságból fakad. Az űrhajózás eszméletlenül drága iparág és rendkívül korlátozott és veszélyes az űrben tartózkodás jelenleg. Kicsit később majd kitérünk részleteiben a veszélyekre, most csak abba gondolj bele, milyen hatása van annak, ha egy csapágygolyó óránként több ezer kilométeres sebességgel csapódik bele bármibe.

Az űrszemét típusai

Az űrszemét három fő kategóriába sorolható:

• 10 cm-t meghaladó törmelék és egész tárgyak (például tönkrement műholdak, rakétafokozatok),
• 1 cm-nél nagyobb törmelék,
• 1 mm-nél nagyobb törmelék.

A nagy űrszemétbe tartoznak a 10 cm-nél nagyobb átmérőjű objektumok, amelyeket földi távcsövekkel vagy radarrendszerekkel lehet követni.

A kisméretű törmelék, más néven mikrometeoroidák vagy űrpor, 1 cm-nél kisebb objektumokat foglal magában, és csak egészen érzékeny, űrbéli műszerekkel vagy az űreszközökben okozott károk révén észlelhető.

Hogyan keletkezik az űrszemét?

Az űrszemét alapvetően kétféle módon keletkezik, és itt egy kicsit meg kell kövessük az emberiséget, mert sok esetben nem emberi oka van:

1. emberi tevékenység miatt, közvetlenül,
2. természeti folyamat miatt, közvetetten.

Az első esetet is tovább bonthatjuk, úgy mint:

1. eleve úgy tervezték, hogy szemétté válik, például műholdak indítása és űrmissziók végrehajtása során keletkező, egyszer használatos részek,
2. valamely kísérlet, vagy emberi mulasztás által válik űrszemétté.

Az emberi tevékenységek jelentős mennyiségű űrszemetet generálnak az elhasznált rakétafokozatok, működésképtelen műholdak, valamint ütközésekből vagy robbanásokból származó szilánkok formájában.

Emellett a műholdak egy része katonai vagy műholdellenes kísérletek keretében történő szándékos megsemmisítésével is keletkezik törmelék. Sőt, mivel az elmúlt évtizedekben a pályán keringő objektumok száma sokszorosára nőtt, egyre gyakoribbak az ütközések és az így keletkező törmelékdarabok mennyisége.

Az Európai Űrügynökség adatai szerint az emberiség az űrkorszak kezdete, 1957 óta mintegy 12 170 műholdat bocsátott fel, és ezek közül 7630 ma is pályán van, de csak kb. 4700 működik közülük

Ez azt jelenti, hogy csaknem 3 000 használaton kívüli űreszköz száguld a Föld körül óriási sebességgel, más nagy és veszélyes törmelékdarabokkal, például rakéták felső fokozataival egyetemben. Például a keringési sebesség 400 kilométer magasságban, azaz az ISS repülési magasságában körülbelül 27 500 km/óra.

Példák az űrszemétre

A Föld körüli pályán keringő űrszemétre számos példa van. A legjelentősebb példák közé tartoznak a már említett kiégett rakétafokozatok és a megsemmisült műholdak. Ezek egy része ráadásul nem is kozmikus folyamatok, balesetek vagy lejárt élettartam miatt mentek tönkre, hanem szándékos emberi beavatkozás miatt!

Kína például 2007. január 11-én ballisztikus rakétát indított a Hszicsangi Űrközpontból. A hasznos teher egy kinetikus pusztító jármű (kinetic kill vehicle, KKV) volt, amely 863 km magasságban összeütközött egy nem működő kínai időjárási műholddal, a Fengyun-1C-vel (FY-1C). Az ütközés teljesen megsemmisítette a műholdat.

Ez egy úgynevezett ASAT-támadás volt (ASAT: direct ascent antisatellite, közvetlen felszállású antiszatellit), amikor is a KKV nem áll Föld körüli pályára, hanem ballisztikus ívben halad a világűrben.

A megsemmisítés több mint 3000 darab űrszemétből álló felhőt hozott létre, amely a valaha nyomon követett legnagyobb ilyen jellegű űrszemét-felhő, és amelynek nagy része évtizedekig pályán marad, jelentős ütközésveszélyként fenyegetve más, alacsony Föld körüli pályán (LEO) lévő űreszközöket.

A természetes és az ember alkotta űrszemét közötti különbség

Az űr nem csak hideg és közönyös, de kifejezetten ellenséges is tud lenni. Az űrszemét második fő csoportja, a természeti folyamatok révén keletkező űrhulladék azóta termelődik, amióta az ember az első műholdat felbocsátotta.

Az viszont már vita tárgya lehet, hogy természetes űrszemétnek tekintsük-e a mikrometeorokat és a kozmikus port, amelyek az űrben zajló természetes folyamatok, például az üstökösök szétesése vagy az aszteroidák ütközése során keletkeznek.

A vita arról szólhat, hogy ha az egyes ember alkotta tárgyak kellően kis darabokra hullanak szét, akkor az érdemben megkülönböztethetetlen lesz a kozmikus portól. Bár az is igaz, hogy egy ilyen vita meglehetősen marginális, mert sokkal fontosabb az a kérdés, mennyi érdemleges szemét van az űrben, az milyen hatással bír az életünkre és mit kellene kezdenünk vele.

Mennyi szemét van jelenleg az űrben?

Az ESA 2022-es felmérése szerint jelenleg több mint 29 000 darab, 10 cm-nél nagyobb űrszemét kering a Föld körül, és 670 000 darab 1 cm-t meghaladó méretű törmelék, amelyek potenciális veszélyt jelentenek az űrmissziókra és az infrastruktúrára.

Tudományos modellek szerint a Föld körüli pályán lévő űrszemét objektumok száma a következő nagyságrendű lehet:

• 29 000 – a 10 cm-nél nagyobb méretűek esetében.
• 670 000 – az 1 cm-nél nagyobb méretűek esetében.
• több mint 170 millió – 1 mm-nél nagyobb méret esetén.

Ezek átlagosan 28 160 km/h sebességgel haladnak, és óriási veszélyt jelentenek a műholdakra, az űrutazásra, és akadályozzák a kutatási erőfeszítéseket.

Az Ügynökség legjelentősebb törmelék- és meteoritkockázatértékelő eszköze a MASTER (Meteoroid and Space Debris Terrestrial Environment Reference) meteoroid és űrszemét földi környezetre vonatkozó referenciamutató.

Űrszemét nyomon követése és megfigyelése

Az űrszemét nyomon követése és megfigyelése alapvető fontosságú az ütközésekkel és az űreszközök esetleges károsodásával kapcsolatos kockázatok mérséklése érdekében.

Különböző űrügynökségek és szervezetek fejlesztettek ki rendszereket a pályán keringő űrszemét követésére és katalogizálására, radar és optikai távcsövek segítségével akár néhány centiméteres objektumok észlelésére és követésére.

Az e rendszerek által gyűjtött információkat a lehetséges ütközések előrejelzésére és elkerülésére, valamint a műholdak és egyéb űrszemét biztonságos elhelyezésének megtervezésére használják.

Az űrszemét felhalmozódásának jövőbeli előrejelzései

Az űrszemét felhalmozódása az elkövetkező években és évtizedekben várhatóan folytatódik, mivel a további indítások és műholdműveletek tovább növelik a meglévő szemétállományt.

Az Európai Űrügynökség szerint 2030-ra várhatóan 50%-kal nő a 10 cm-nél nagyobb, pályán lévő objektumok száma, és ennek megfelelően nő az ütközések és az űreszközök károsodásának kockázata.

E tendencia mérséklésére irányuló erőfeszítések közé tartozik a biztonságosabb indítási és ártalmatlanítási gyakorlatok kidolgozása, valamint az űrműveletekre vonatkozó nemzetközi iránymutatások megalkotása.

Hogyan hat az űrszemét a légkörre és a műholdakra?

Az űrszemét jelentős veszélyt jelenthet mind az emberi, mind a robotizált űrmissziókra. A törmelék és a műholdak közötti ütközések károsíthatják vagy megsemmisíthetik az értékes űrinfrastruktúrát, és zavarokat okozhatnak a földi kommunikációs és navigációs rendszerekben.

Ezen túlmenően az ilyen ütközésekből származó törmelék növelheti a további ütközések kockázatát, ami a Kessler-szindróma néven ismert kaszkádhatást eredményez. Az űrszemét a Föld légkörébe is visszatérhet, veszélyt jelentve a lakott területekre és további környezeti problémákat okozva.

Az űrszemét alkotta objektumok bármelyike kárt okozhat egy működő űreszköznek. Például

• egy 10 cm-es objektummal való ütközés egy tipikus műhold katasztrofális széttöredezésével járna,
• egy 1 cm-es objektum nagy valószínűséggel megbénítana egy űrhajót és áthatolna az ISS pajzsán,
• egy 1 mm-es objektum pedig tönkretehetne egy űrhajó fedélzetén lévő alrendszereket.

A tudósok általában egyetértenek abban, hogy tipikus műholdak esetében a 40 J/g-nál nagyobb energia-tömeg arányú ütközés katasztrofális lenne.

Mi az a Kessler-hatás?

A Kessler-szindróma egy olyan jelenség, amikor a Föld körüli pályán keringő szemét mennyisége eléri azt a pontot, amikor egyre több és több űrszemetet hoz létre, ami nagy problémákat okoz a műholdak, az űrhajósok és a küldetéstervezők számára.

Kessler nem magáról nevezte el ezt a forgatókönyvet, hanem John Gabbard használta először a kifejezést, amikor egy riporterrel beszélgetett nem sokkal az 1978-as tanulmány megjelenése után.

John Gabbard az Észak-amerikai Légvédelmi Parancsnokság (NORAD) tudósaként dolgozott akkoriban. Nem hivatalos nyilvántartást vezetett a pályán keringő nagy műholdak baleseteiről. Márpedig törmelék már akkoriban is szép számmal keletkezett, olyannyira, hogy egészen különös módon változtathat bolygónk jól ismert képén.

Hamarosan saját gyűrűrendszerünk lehet, mint a Szaturnusznak vagy a Jupiternek

Aki a Szaturnusz gyűrűit először meglátva azon kezdett merengeni, milyen lenne, ha a Földünknek is saját gyűrűi volnának, nos, elmondhatja, hogy egy álom válik valóra. Hogy valami jót is mondjunk ennyi veszély és kockázat felsorolása közben, már most is alakulnak a gyűrűk.

Ennek a törmeléknek egy kis része – körülbelül 200-400 – évente elég a Föld légkörében. A bolygó pályájának egyre nagyobb mértékű igénybevételével és áthaladásával azonban újabb darabok kerülnek a Föld körüli pályára.

A Föld jó úton halad afelé, hogy a Naprendszer ötödik bolygójává váljon, amely bolygógyűrűket kap. A Jupiter, a Szaturnusz, a Neptunusz és az Uránusz kőzet- és jéggyűrűivel ellentétben azonban a Föld gyűrűi törmelékből és szemétből fognak állni. Emellett teljes egészében emberi készítésűek lennének.

Hogyan súlyosbíthatja az űrszemét helyzetét a klímaváltozás?

Az éghajlatváltozás közvetve befolyásolhatja az űrszemét felhalmozódását az űrbe telepített infrastruktúrára gyakorolt hatásán keresztül. Ahogy a Föld éghajlata folyamatosan változik, a szélsőséges időjárási események, például a hurrikánok és viharok gyakorisága és intenzitása növekedhet.

Ez magával hozza az előrejelzés és tanulmányozás igényének erősödését is, amihez újabb és újabb műholdakat kell felbocsátani. Márpedig ahogy növekszik az űrtörmelék mennyisége, úgy válik egyre több műhold áldozattá, ami tovább növeli az űrszemét mennyiségét.

Viszont ez nem minden!

Ahogy lent, úgy fent is

Az ember okozta éghajlatváltozás globális felmelegedéshez vezet a talaj szintjén, de ha 15-500 km-rel feljebb megyünk a légkörben, az üvegházhatású gázok megnövekedett koncentrációja már globális lehűlést okoz a középső és felső légkörben.

A hőmérséklet csökkenése miatt a légkörnek ez a része ténylegesen zsugorodik, ami viszont csökkenti a légsűrűséget a termoszférában (~90-500 km magasságban).

A sűrűség csökkenésével csökken a légköri légellenállás, így a műholdak keringési ideje megnő. A könnyebb utazások révén hosszabb ideig maradhatnak pályájukon, ami az űrszemét felhalmozódásához vezet.

Igen, valóban igaz a sejtés, megannyi hullócsillag manapság emberi szemét, ami elég a légkörben. Persze, ezt csak akkor mondd el egy romantikus esti csillagnézés során, ha a párod csillagászat-rajongó, mert máskülönben eléggé hűvös reakcióra számíthatsz.

Mi az űrtechnológiák szerepe a klímaharcban?

Már évtizedek óta növekszik az űrbe telepített, az éghajlatváltozás vizsgálatában létfontosságú eszközök számossága és hatékonysága. A 2000-es évek eleje óta az űrtechnológiák döntő szerepet játszanak az éghajlatváltozás elleni küzdelemben.

A műholdak képesek megfigyelni és adatokat gyűjteni különböző környezeti paraméterekről, például a hőmérsékletről, a tengerszint emelkedéséről és a szén-dioxid-kibocsátásról, és ezzel segítenek a tudósoknak jobban megérteni a Föld változó éghajlatát.

A Föld-megfigyelő műholdak (EOS), a Space 2.0, a Frontier Technologies és más műholdak műholdas adatai információkat szolgáltatnak az üvegházhatású gázok (GHG) kibocsátásáról, az erdőirtásból eredő környezeti változásokról, a jég olvadásáról, a szén-dioxid szintjéről és a tengerszint emelkedéséről, hogy csak néhány területet említsünk.

A tenger és a szárazföld felszíni hőmérsékletének mérése

Az 1980-as évek óta a RAL Space tudósai olyan műszerek kifejlesztésében és kalibrálásában működtek közre, amelyek a tenger és a szárazföld felszíni hőmérsékletét eddig nem látott pontossággal képesek mérni.

Ez az ATSR (Along-Track Scanning Radiometer) műszercsaláddal kezdődött. Ezeket az Európai Űrügynökség műholdjainak fedélzetére szerelték fel:

• ERS-1
• ERS-2
• Envisat.

Miután az Envisat műhold 2012-ben nyugdíjba vonult, a RAL Space kifejlesztette a tengeri és szárazföldi felszíni hőmérséklet radiométert (SLSTR) (STFC) az őrszemműholdak számára.

A műholdak felhasználása az éghajlatváltozás megfigyelésében

2022-re több mint 5000 műhold állt pályára, amelyek képesek azonosítani az illegális fakitermelést, bányászatot, halászatot és egyebeket, és még az üvegházhatású gázok (GHG) kibocsátását is segítik.

Ezek az adatok pontosabb éghajlati modellek kidolgozásához és az éghajlatváltozás hatásainak enyhítését célzó politikai döntésekhez egyaránt felhasználhatók. Ezenkívül az űrből származó napenergia tiszta, megújuló energiaforrást biztosíthat, csökkentve a fosszilis tüzelőanyagok felhasználását és az üvegházhatású gázok kibocsátását.

Az Európai Űrügynökség 2017-ben indította a Sentinel-5P-t. Ez volt az első Kopernikusz műhold, amelyet kifejezetten a légkör megfigyelésére építettek.

A Tropomi-t hordozza, egy fejlett multispektrális képalkotó spektrométert, amely a légszennyező anyagok széles skáláját figyeli, például a nitrogént, a kén-dioxidot, sőt még az Antarktisz feletti ózonrétegben keletkezett lyukat is.

A Tropomi képes 7 x 7 km-es térbeli felbontású méréseket végezni, és 24 óránként globális lefedettséget biztosít.

Hogyan akadályozhatja az űrtechnológián alapuló klímaügyi megoldásokat az űrszemét?

Az eddigieket összegezve elmondhatjuk, hogy az űrszemét egyre jelentősebb veszélyt jelent az űrbe telepített, éghajlati változásokat nyomon követő eszközökre éppen úgy, mint a Nemzetközi Űrállomásra, aminek egyre többször kell pályát módosítania az űrszemét miatt.

Az űrszeméttel való ütközések károsíthatják vagy megsemmisíthetik az értékes űrinfrastruktúrát, használhatatlanná téve az éghajlatfigyelő műholdakat, és mindezen túlmenően az űrszemét felhalmozódása további környezeti problémákat okozhat, például további űrszemét keletkezhet ütközések és robbanások révén.

Az űrben keringő eszközeink révén (hiszen európai uniós állampolgárként a mi adóbefizetéseinkből hozzák létre és működtetik a különböző missziókat, amiknek szerves része az egyedi célokra fejlesztett műhold/űrszonda-családok) többféle módon is támogatja pl. az ESA a klímaváltozást kezelni akaró megoldásokat.

Ide tartozik az ózonréteg megfigyelése, a szennyezések, levegőminőség, erdőtüzek monitorozása, a termőföldek változásának nyomon követése, és természetesen a tudósok ellátása naprakész információval.

Minden egyes műhold és űrszonda, ami megsérül vagy megsemmisül az űrszemét miatt, ezeket a missziókat veszélyezteti.

Dr. Rónay P. Tamás | Korábbi egyetemi oktató, szövegíró. Főként humán, illetve természettudományos cikkeket ír. Otthonosan mozog az okostechnológiák és megújuló erőforrások, zöld technológiák világában.