Hiljade satelita koji padaju ugrožavaju atmosferu

SpaceX Elona Muska ima više od 7.000 satelita u orbiti kako bi stvorio svoju Starlink internet konstelaciju. Kompanija je ranije izjavila da planira da ima čak 42.000 jedinica u svemiru, od kojih svaka ima očekivani vek trajanja od oko pet godina.

Da bi održala flotu te veličine, astrofizičar Jonathan McDowell procenjuje da će kompanija morati da lansira ekvivalent od 23 satelita dnevno — i da ukloni isti broj iz orbite, kako bi izgoreli na vrhu atmosfere.

SpaceX je najproduktivniji u lansiranju, ali nije jedina kompanija koja želi da popuni svemir. U ponedeljak, Project Kuiper kompanije Amazon.com Inc. lansirao je svojih prvih 27 proizvodnih satelita u orbitu, dok izvršni predsednik Jeff Bezos nastoji da izgradi internet konstelaciju koja bi konkurisala Starlinku.

Prošle godine je lansirano više od 2.800 satelita, u poređenju sa 500 u 2019, prema analizi McDowella, koji radi u Harvard-Smithsonian Centru za astrofiziku i privatno objavljuje podatke o svemirskim lansiranjima i satelitima.

Sateliti u niskoj orbiti oko Zemlje na kraju moraju da se vrate, a kompanije se oslanjaju na gornje slojeve atmosfere da im posluže kao spalionica otpada. To je otkrilo slepu tačku u zakonima o zaštiti životne sredine: oni se bave samo zagađenjem koje potiče od ljudskih aktivnosti blizu Zemljine površine. Ali, baš kao što su ugljen-dioksid i jedinjenja koja uništavaju ozon, podižući se nagore, izazvala probleme, tako i zagađivači koji se sve brže spuštaju mogu predstavljati ozbiljnu pretnju.

Proučavanje zagađenja stratosfere je oblast koja brzo raste. Prvi talas istraživanja, koji je započeo pre oko pet godina, pokazuje da unošenje čađi iz raketnog goriva i čestica satelita koji se vraćaju u atmosferu može poništiti decenije napretka u obnavljanju ozonskog omotača i posredno uticati na vremenske prilike.

Bloomberg

 

Bum u industriji satelita mogao bi dodatno pogoršati efekte koje su naučnici već uočili. U narednih pet godina, broj satelita u orbiti trebalo bi da poraste sa otprilike 12.000, koliko ih je danas, na između 60.000 i 100.000. Do 2035. godine, Goldman Sachs predviđa da će vrednost satelitske industrije dostići 108 milijardi dolara, u odnosu na današnjih 15 milijardi.

"Upravo smo sada u trenutku kada vidimo da problem dolazi," rekao je Kostas Tsigaridis, istraživač na Centru za istraživanje klimatskih sistema Univerziteta Columbia.

Sateliti u niskoj orbiti oko Zemlje dizajnirani su da izgore u atmosferi. Ali problem u tretiranju svemirskih letelica kao potrošne robe jeste to što taj otpad i dalje mora negde da završi, isto kao i industrijski otpad ili potrošački proizvodi.

U slučaju satelita, čestice završavaju u atmosferi. Količina materijala koja se nalazi na vrhu atmosfere još uvek nije problem, ali izaziva osećaj dežavija među atmosferskim naučnicima.

Već smo ovo videli

Eksperimenti iz 1970-ih pokazali su da faktori kao što su nadzvučni avioni i hemikalije koje se koriste u sprejevima i rashladnim uređajima uništavaju ozon, spoj koji se nalazi u stratosferi i blokira da štetno ultravioletno svetlo stigne do Zemljine površine. Godine 1985, naučnici su otkrili ogromnu rupu u ozonskom omotaču. Vlade, industrije i naučna zajednica brzo su sarađivali kako bi zabranili problematične hemikalije. Rupa je bila mnogo manja od dugoročnog proseka 2024. godine i, prema trenutnim stopama, mogla bi se potpuno oporaviti do sredine 2060-ih.

Međutim, sateliti sada dovode u opasnost značajnu globalnu ekološku priču o uspehu.

Martin Ross, viši inženjer projekata u Aerospace Corporation, bio je jedan od prvih koji je upozorio na problem. On je koautor članaka u časopisima Scientific American i Eos koji upozoravaju na povećano zagađenje od brzo rastuće industrije. I, kako su on i naučni novinar Leonard David napisali 2020. godine: "Za razliku od avijacije, emisije koje proizvodi svemirska industrija utiču na svaki sloj atmosfere."

Istraživači su počeli da analiziraju uticaje kasnih 2010-ih, ali još nisu mogli da predvide da će uskoro uslediti bum satelita. Naučnici sa Univerzitetskog koledža u Londonu proučavali su moguće atmosferske efekte podataka svemirske industrije iz 2019. godine, koji su promašili ubrzanje lansiranja. Međutim, gledajući podatke od 2020. do 2022. godine, već su mogli da uoče novi trend.

"Bili smo iznenađeni koliko brzo ti brojevi rastu", rekao je Connor Barker, istraživač na UCL-u u oblasti atmosferske hemije, govoreći o broju lansiranja i otpadu koji se vraća.

Šta ide gore...

Uticaj satelita na ozonski omotač počinje pre nego što oni uopšte uđu u orbitu, pokrenut putovanjem rakete koje ih tamo dovodi. Kerozin koji se koristi za napajanje mnogih lansiranja sagoreva manje efikasno kako rakete sve više rastu u visinu. To dovodi do zagađenja čađom, ili crnim ugljen-dioksidom.

Bliže Zemlji, klimatski naučnici znaju da se čađ slega na ledenim pokrivačima i planinskim glečerima koji dosežu visinu od oko 4.500 metara (15.000 stopa). Na tim visinama, čađ upija toplotu i ubrzava otapanje glečera.

Međutim, bum satelita podiže čađ još više. Oko 80 odsto crnog ugljen-dioksida koji nastaje prilikom lansiranja raketa taloži se 15 kilometara ili više iznad Zemljine površine. Na vrhu atmosfere, može imati efekat zagrevanja 500 puta veći nego ista količina na površini Zemlje, prema studiji iz 2022. godine.

Uticaji na klimatske promene mogli bi biti indirektni i do sada su malo proučavani. Ali, čađ na velikim visinama mogla bi promeniti velike cirkulatorne obrasce i način na koji se formiraju neki oblaci, rekla je Eloise Marais, profesorka atmosferske hemije i kvaliteta vazduha na Univerzitetskom koledžu u Londonu. Stratosferski crni ugljen-dioksid takođe može apsorbovati sunčevu svetlost, smanjujući količinu koja dolazi do površine i blago hladeći planetu.

To je u suštini geo-inženjering, rekla je, "rešenje koje koristi flaster za antropogeno zagrevanje, a svet je veoma oprezan u njegovoj primeni, zbog potencijalno ozbiljnih nenamernih ekoloških posledica."

Međutim, sve veća zabrinutost je sposobnost čađi da ubrza uništavanje ozona zagrevanjem onoga što je poznato kao tropopauza, granica hladnijeg vazduha koja odvaja donju atmosferu od stratosfere. Dodatna toplota od čađi mogla bi stvoriti "curenje", omogućavajući da vodena para raste u stratosferu, gde bi još više zagrejala okolinu i doprinela drugim oblicima uništavanja ozona, prema radnoj studiji iz 2024. godine koju je vodio Tsigaridis.

Moraju da siđu

Naučnici stalno poboljšavaju podatke o uticaju svemirskih letova na atmosferu. Studija iz 2023. godine je prvi put utvrdila količinu stratosferskih aerosola koji već sadrže čestice povezane sa lansiranjem ili ponovnim ulaskom, otkrivajući da je to 10 odsto i da će verovatno rasti sa industrijom.

Takođe prate širi spektar novih hemikalija u gornjoj atmosferi koje možda ranije nisu bile prisutne. Nedavno uočeni elementi uključuju bakar, olovo i litijum, koji su prisutni zbog isparavanja satelita i prelaska nivoa koje ostavlja kosmička prašina, prema studiji iz 2023. godine.

"Niko nije očekivao da će litijum biti prisutan", rekao je Christopher Maloney, istraživač na Univerzitetu Colorado Boulder.

Međutim, rastuća količina aluminijumskog materijala je najzabrinjavajuća. Metal je jedan od glavnih materijala koji se koristi za izradu raketa i satelita, ali tačna količina koja se koristi nije poznata zbog trgovinskih tajni i nedostatka propisa o obelodanjivanju. Procene se drastično razlikuju, ali najčešći raspon je od 35 do 45 odsto.

Stratosferski aluminijum se kombinuje sa kiseonikom i pravi aluminijum-oksid, ili aluminu. Taj spoj može omogućiti uništavanje ozona kroz niz hemijskih reakcija.

Sateliti koji su pali 2022. godine proizveli su oko 17 tona alumine, što je 30 odsto više od prirodnih nivoa. Potpuno realizovane "mega-konstelacije" satelita od 250 kilograma, koji mogu biti 30 odsto aluminijum, mogle bi dodati 360 tona godišnje, što bi verovatno bilo dovoljno da ošteti ozonski omotač, prema radu iz 2024. godine.

"Mi zaista ne znamo kako čestice izgledaju prilikom ponovnog ulaska alumine jer nemamo ekspermentalne podatke o tome", rekao je Barker. "Kako su te čestice velike, uticaće na brzinu kojom padaju. A to utiče na njihov ekološki uticaj."

Maloneyjevo nedavno istraživanje analiziralo je šta bi moglo da se desi sa hiljadama metričkih tona alumine u stratosferi. Problem je što nedostaju mnogi podaci, uključujući veličinu aerosolnih čestica, koje su manje od milionitog dela metra. Stratosferi je potrebno nekoliko godina da se očisti jer vazduh silazi na polovima.

Maloney je razumevanje alumine nazvao "jednim od najvećih izazova kada je u pitanju proučavanje srednje i gornje atmosfere."

Depositphotos

 

Pored čestica, toplota koja se generiše uništavanjem satelita preuređuje atmosferu na način koji preti ozonu. Temperature mogu da dostignu do 1.925 stepeni Celzijusa, i dovoljno su visoke da razbiju molekule azota koji čine 80 odsto atmosfere. Atomi se ponovo kombinuju sa kiseonikom u azot-dioksid, poznat kao NOx. Pod pravim uslovima, molekul NOx može uništiti molekul ozona pre nego što se regeneriše i pređe na "napadanje drugog molekula ozona", rekla je Laura Revell, atmosferna naučnica sa Univerziteta u Canterburyju, u Hristčurču, Novi Zeland.

Tačna uloga svakog od ovih procesa u iscrpljivanju ozona na višim visinama još uvek se razjašnjava, uglavnom putem simulacija. Naučnici će uskoro dobiti mnogo potrebnu jasnoću od atmosfere: Evropska svemirska agencija planira da lansira misiju 2027. godine koja će pratiti konačni pad satelita u atmosferu i analizirati šta je ostalo u njegovom tragu.

Sateliti su generisali 285 milijardi dolara u 2023. godini, ili više od 70 odsto svih prihoda povezanih sa svemirom, prema Satelitskoj industrijskoj asociaciji. Očekuje se da će poslovanje još više porasti kako se smanjuju troškovi lansiranja i raste potražnja za uslugama od slika do bežičnog interneta.

Uz SpaceX, kompanije i vlade, od kanadske firme Telesat Corp. do Evropske unije, rade na izgradnji konstelacija sa hiljadama satelita. Amazonov Project Kuiper planira da lansira više od 3.000.

Odziv na Muskovu bliskost sa predsednikom Donaldom Trumpom mogao bi takođe pomoći rivalima da prošire svoj doseg.

"Mnogo naših kupaca kaže: Želimo alternative, ne želimo da budemo uhvaćeni u potencijalnu monopolsku situaciju sa jednim dobavljačem", rekla je Eva Berneke, CEO Eutelsata, koji upravlja jedinom drugom konstelacijom pored Starlink-a koja pruža internet iz niske Zemljine orbite.

Velike satelitske kompanije su svesne rastuće količine istraživanja o rizicima povezanim sa ponovnim ulascima, iako još uvek nije jasno kako će regulativa evoluirati kao odgovor ili kako bi to moglo uticati na industriju ili troškove lansiranja.

"Ne mislim da su ovi podaci i ova analiza konkretni, robusni ili dovoljno urađeni da bi bili definitvni još uvek," rekao je Chris Jones, potpredsednik za operacije mreže u Iridiumu, provajderu satelitskih komunikacionih usluga.

Regulativa SAD-a favorizuje spaljivanje satelita u atmosferi. Savezna komisija za komunikacije (FCC) definiše uspešno uklanjanje svemirskih objekata u niskoj Zemljinoj orbiti ili onih koji kroz nju prolaze kao ponovni ulazak u atmosferu najkasnije pet godina nakon završetka njihove misije.

Međutim, postoje alternative, kao što je slanje nefunkcionalnih satelita u takozvanu "grobljansku orbitu", visokaltitudinsko odmaralište daleko od operativnih svemirskih vozila. Kompanija za komunikaciju Globalstar se ranije oslanjala na ovaj pristup, ali je nakon promene regulative prešla na uklanjanje satelita u atmosferi.

"Učestvujemo u regulatornim postupcima i pitamo: Da li ste sigurni da je ovo najbolji način za rukovanje satelitima na kraju njihovog životnog ciklusa?’", rekla je Barbee Ponder, generalni savetnik i potpredsednica za regulatorne poslove u Globalstaru. "I rečeno nam je: Ako želite dozvolu za rad, ovako morate da postupite."

Drugi način za ublažavanje ekoloških uticaja je zamena aluminijumskih komponenti. Jones iz Iridiuma kaže da se to već dešava dok industrija prelazi sa velikih, metalnih satelita, kakvi su se gradili 1970-ih i 1980-ih, na manja, ekonomičnija izdanja koja su sve više napravljena od ugljeničnih vlakana, čiji stratosferski uticaji još nisu testirani.

Ali uglavnom, satelitske kompanije prioritizuju upotrebu materijala koji će verovatnije biti spaljeni nego da padnu nazad na Zemlju.

Delovi satelita koji prežive ponovni ulazak u atmosferu imaju potencijal da oštete zgrade i povrede ljude, što predstavlja veliku odgovornost za kompanije. Kako broj ponovnih ulazaka raste, tako raste i količina otpada koji dospeva na površinu. Sam u poslednjoj godini, visokoprofilni incidenti su pokazali da je svemirski otpad pao na selo u Keniji, farmu u Kanadi i kuću na Floridi.

"Kada dizajniramo satelite, želimo da ih dizajniramo da se što lakše rastave", rekla je Ponder. "Pokušavamo da minimizujemo upotrebu određenih metala kao što je titanijum, koji ima mogućnost da preživi ponovni ulazak u atmosferu."

Produžavanje životnog veka satelita može smanjiti broj ponovnih ulazaka. Takođe nudi još jednu korist za kompanije: jeftinije je.

Telesat favorizuje dugotrajniju opremu koja može smanjiti i broj lansiranja i volumen nefunkcionalnih satelita, rekao je Michel Forest, glavni tehnolog u Telesatu. "Ovo je strategija koja je u potpunosti usklađena sa održivošću, ali, da budem iskren, ovo je takođe i način da se bude ekonomičan u pogledu ulaganja."

SpaceX

 

Druge ideje uključuju japanski koncept uglavnom drvenih satelita i sistem za sakupljanje satelita u svemiru i ponovnu obradu njihovih metalnih komponenti u nove. Ali ponovna upotreba satelita još uvek nije pokazala da je ekonomski isplativa, rekao je Jones iz Iridiuma.

"To je naučna fantastika, ali to je nešto što morate početi da razmatrate ako ih ne možete vratiti kroz atmosferu", rekao je McDowell.

Na kraju, međutim, čini se da kompanije nisu u žurbi da preispitaju svoj poslovni model na osnovu istraživanja do sada. Ni regulatori nisu.

"Ne moramo na kraju da biramo između deregulacije i tih odgovornosti za održivost svemira i životnu sredinu i tako dalje", rekao je Jay Schwarz, šef Svemirskog biroa FCC-a, početkom aprila, kada je upitan o ekološkim uticajima ponovnog ulaska satelita na konferenciji u Colorado Springsu.

U izveštaju iz 2022. godine, Kancelarija za računovodstvene usluge vlade SAD označila je da će verovatno biti potrebno da se razviju nove regulative. Kancelarija je zaključila da emisije tokom ponovnog ulaska satelita mogu promeniti temperaturu stratosfere i iscrpiti ozonski omotač, iako je priznala da je potrebno više informacija "kako bi se utvrdilo koliki bi ovi efekti mogli biti."

Prema McDowellu, istraživanja još uvek nisu dovoljno ubeđujuća da bi podstakla vlade ili regulatore da preduzmu akciju.

"Stvarno još nije došao taj trenutak", rekao je McDowell. "Ono što vlada treba da radi trenutno, po mom mišljenju, jeste da agresivno finansira istraživanje."

Dok sateliti verovatno neće predstavljati tako veliki rizik za ozon kao što su to činili rashladni uređaji i sprejevi za kosu 1980-ih, oni će "postati veći problem", rekao je Tsigaridis sa Kolumbije. "Ne bismo smeli da zatvaramo oči sada jer je to još uvek malo."