Satelliittitörmäys oli todella lähellä – mitä sitten, kun törmäys lopulta tapahtuu?
28. helmikuuta kaksi satelliittia olivat vähällä törmätä toisiinsa. Nasan TIMED -tutkimussatelliitti ja venäläinen signaalitiedustelusatelliitti Kosmos 2221 menivät lopulta alle 20 metrin päästä tosistaan, eli oli todella onni, etteivät ne törmänneet.
Jos niin olisi käynyt, olisi avaruusromua nyt paljon lisää, ja niin sanottu Kesslerin ilmiö olisi askeleen lähempänä.
Kerron alla olevalla videolla mitä tapahtui, mitä olisi voinut tapahtua ja muistelen kolmea kolaria kiertoradalla, jotka siis ovat tapahtuneet. Ja selitän myös vähän tätä avaruusromuasiaa laajemmin.
Videon alla on puheet luettavaksi tekstiksi muunnettuna.
TIMED on Nasan vuonna 2001 avaruuteen laukaistu tutkimussatelliitti. Tämä Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics and Dynamics mission, eli TIMED, on massaltaan hieman noin 600 kiloa oleva satelliitti, joka nimensä mukaisesti se tutkii Auringon vaikutusta yläilmakehään. Siinä ei ole ratamuutokseen vaadittavia rakettimoottoreita, joten se ei pystynyt muuttamaan rataansa, vaikka onkin edelleen toiminnassa.
Kosmos 2221 on puolestaan sammunut ja kiertää Maata avaruusromuna. Se on paritonninen signaalitiedustelusatelliitti, joka laukaistiin vuonna 1992.
Kumpikin satelliitti on nyt radoillaan, jotka kiertävät Maata hieman yli 600 kilometrin korkeudessa. TIMED-satelliitin inklinaatio, eli kaltevuus päiväntasaajan, suhteen on 74°. Kosmos 2221:n radan inklinaatio on puolestaan 82°.
Ja 28. helmikuuta klo 8:34 Suomen aikaa ne osuivat radoillaan lähes samaan aikaan samaan paikkaan 608 kilometrin korkeudessa Etelämantereen luona.
Sitä, kuinka läheltä ne lopulta menivät, ei tiedetä, mutta satelliittien ratoja tarkkaileva LeoLabs arvioi, että välimatkaa oli vähemmän kuin 20 metriä. Se on todella vähän, etenkin kun satelliitit ovat molemmat aurinkopaneeleineen lähes kymmenmetrisiä.
Satelliittien välinen suhteellinen nopeus ohitusaikaan oli noin 50400 kilometriä tunnissa ja niiden yhteismassa 2530 kg. Jos satelliitit olisivat törmänneet aivan nokkakolarissa, eli ei vain siten, että aurinkopaneelit olisivat osuneet toisiinsa, vaan että satelliittirungot olisivat mäsähtäneet toisiinsa, niin arvioiden mukaan törmäyksessä olisi syntynyt jopa noin 7000 romunpalasta.
Kun näillä tienoilla Maan ympärillä on tällä hetkellä noin 12 000 kohtalaisen kookasta avaruusromukappaletta, olisi romun määrä voinut lisääntyä jopa puolella. Se olisi ollut hurja lisäys.
Tämä olisi ollut erityisen ikävää kahdesta syystä:
- Ensinnäkin näillä seuduilla Maan ympärillä on paljon satelliitteja ja avaruusasemat ovat vain hieman alempana, ja romunkappaleet ovat niille vaarallisia.
- Ja toiseksi, jos törmäyksessä syntyneet kappaleet saavat aikaan törmäyksiä, ja ne saavat aikaan taas uusia törmäyksiä, on vaarana Kesslerin syndroomana tunnettu ilmiö, missä romun määrä alkaa lisääntyä hallitsettomasti ja lopulta taivaalla on niin paljon romua, ettei avaruustoiminta oikein ole mahdollista.
Tämä läheltä piti -tapaus korostaa taas kerran sitä, että toimimattomista satelliiteista pitäisi päästä eroon.
Hieman historiaa
Viimeisen kahden vuoden aikana on ollut kuusi tapausta, jolloin kaksi satelliittia, jotka eivät voi väistää, ovat olleet näin lähellä toisiaan. Siis keskimäärin kolme tapausta vuodessa, ja ennusteiden mukaan tahti kasvaa. Se on huolestuttavaa. On aika selvää, että joskus lähiaikoina tapahtuu törmäys.
Mutta törmäyksiä on jo tapahtunut.
Klassisin esimerkki törmäyksistä on tämän helmikuisen kaltainen vahingossa tapahtunut (tai melkein tapahtunut) kahden satelliitin törmäys. Tällaisia on ollut kaikkiaan kuusi tähän saakka, ja pahin tapahtui helmikuussa 2009, kun kaksi tietoliikennesatelliittia tormäsi. Yksi satelliiteista oli amerikkalainen Iridium 33 ja toinen venäläinen sotilaallinen tietoliikennesatelliitti Kosmos 2251.
Kyseessä oli ensimmäinen suurella keskinäisellä nopeudella tapahtunut kookkaiden satelliittien törmäys, ja tuloksena oli yli kaksi tuhatta yli kymmensenttistä romukappaletta ja useita tuhansia pienempiä. Vielä 15 vuoden kuluttua törmäyksestä, oli noin 1100 isohkoa palasta avaruudessa. Vuonna 2012 yksi törmäyksessä syntynyt kappale lensi noin 120 metrin päästä Kansainvälisen avaruusaseman ohitse. Miehistö oli ohituksen aikaan avaruusalustensa sisällä valmiina evakutoitumaan, jos osuma olisi tapahtunut.
Toinen törmäyskategoria on tahallinen törmäys, satelliitin tietoinen tuhoaminen sotilaallisena operaationa – tai sellaisen demonstraationa.
Merkittävin näistä tapahtui tammikuussa 2007, kun Kiina ampui ohjuksella omaa satelliittiansa näyttääkseen maailmalle, että se pystyy myös tällaiseen toimeen. Venäjä, Yhdysvallat ja Intia ovat tuhonneet omia satelliittejaan näytösluontoisesti aikaisemmin, mutta matalammalla, jolloin syntyneestä romusta on ollut vähemmän haittaa. Suurin osa syntyneistä romupalasista putosi nopeasti tuhoutumaan ilmakehässä.
Kiina tuhosi ohjuksella FY-1C -sääsatelliitinsa, joka 865 kilometrin korkeudessa. Suurin osa syntyneistä yli 3000 yli parisenttisestä romunkappaleesta ja noin 150 000 pienemmästä kappaleesta ovat edelleen siellä ylhäällä. Kiinalaiset eivät selvästikään itse tajunneet etukäteen, että tuloksena oli noin paljon romua.
Kolmas tapaustyyppi on avaruusalusten telakoitumisen aikana tapahtuva onnettomuus. Tällainen oli venäläisen Progress-rahtialuksen törmäys Mir-avaruusasemaan vuonna 1997.
Tästä ei syntynyt olennaisesti avaruusromua, mutta törmäys sai aikaan suuria vaurioita Mir-avaruusasemaan ja etenkin sen Spektr-moduuliin, jonka pintaan ja aurinkopaneeleihin tuli suuria vaurioita. Automaattiohjauksella tehty ensimmäinen telakointiyritys epäonnistui ja kosmonautti Vasili Tsiblijev koitti telakoitua käsiohjauksella, kun alus jostain syystä ryntäsi liian suurella nopeudella kohti asemaa.
Kun kiertoradalla on nyt kaksi avaruusasemaa (Kansainvälinen avaruusasema ISS ja Kiinan Tiangong) ja lisää on suunnitteilla, ja näille tehdään yhä enemmän lentoja, tulevat tällaiset tapaukset todennäköisemmiksi – vaikka telakoinnit tehdäänkin hitaasti ja huolella.
Vaikka nämä eivät todennäköisesti ole avaruusromun syntymisen kannalta olennaisia, uhkaa avaruusromu yhä enemmän avaruusasemiakin.
Kaiken kaikkiaan Maan ympärillä on – laskentatavasta hieman riippuen – noin 36500 yli kymmensenttistä avaruusromukappaletta ja yli 130 miljoonaa yli millin kokoista. Pieniä ei kannata aliarvioida, sillä jos pienikin hitu törmää satelliittiin tai avaruusalukseen suurella nopeudella, voi tuloksena olla pahaa jälkeä, jos osuma tapahtuu pahaan paikkaan ja pahaan aikaan. Ongelmana näissä pienissä kappaleissa on lisäksi se, ettei niitä pystytä seuraamaan. Isojen kappakeilen törmäysvaarat voidaan määrittää etukäteen ja tehdä väistöliikkeitä, jos ja kun se on mahdollista.
Kun nämä avaruusromukappaleet ja kaikki nyt toiminnassa olevat noin 8300 satelliittia laitetaan yhteiskuvaan, niin se näyttää hurjalta. Tavaraa maapallon ympärillä on paljon.
Kessler vaanii
Mutta silti, uhkana on se, että satelliitit ja romunkappaleet törmäilevät toisiinsa siten, että tulee ketjureaktio. Mitä enemmän romua, sitä enemmän törmäyksiä, ja lopulta romua on niin paljon, että normaali avaruustoiminta on hankalaa.
Tätä kutsutaan Kesslerin syndroomaksi Nasan taannoisen tutkijan mukaan. Donald Kessler tutki juuri tätä romuongelmaa ja myös hän suositti sammuneiden satelliittien sekä avaruuteen jätettyjen kantorakettien ylimpien osien hakemista pois avaruudesta.
Ja tällaista suunnitellaan nyt. Euroopan avaruusjärjestö aikoo laukaista ensi vuonna avaruuteen satelliitin, jossa on neljä robottikäsivartta ja niillä se voi ottaa kiinni avaruusromusta ja tuoda sen tuhoutumaan ilmakehään iskeytymällä. Kohteena tällä lennolla on Vega-kantoraketin ylin vaihe, joka kiertää nyt romuna Maata. Siitä kiinni nappaamisen tekee hankalaksi se, että vaihe todennäköisesti pyörii. Tämä on ongelmana käytännössä kaikissa avaruusromukappaleissa.
Jos temppu toimii, niin seuraavaksi ESA kaavailee muita vastaavia laitteita. Erityisesti mielessä on bussin kokoinen Envisat-satelliitti, joka pitäisi käydä hakemassa pois. Myös muut avaruusjärjestöt ja myös yksityiset yhtiöt suunnittelevat erilaisia romunsiivouslentoja. Puhutaan avaruushinaajista, Space Tug englanniksi, jotka voisivat olla odottamassa avaruudessa toimintaa; ne voisivat avaruusromun siivoamisen lisäksi huoltaa satelliitteja ja siirrellä niitä radoilta toisille.
Robottikäsivarren avulla kiinni nappaamisen lisäksi satelliitteja ja muita avaruusromukappaleita voisi lassota tai ”saalistaa” verkolla. Näissä tapauksissa pyöriminen ei ole niin suuri ongelma.
Pienempää avaruusromua voidaan puolestaan kerätä esimerkiksi suurella kärpäspaperityylisellä satelliitilla. Pikkusälä tarttuu siihen ja koko hässäkkä ohjataan tuhoutumaan ilmakehässä.
Pientä avaruusromua voitaisiin myös höyrystää voimakkailla lasertykeillä.
Lisäksi kaikki vastuullisen avaruustoimijat suunnittelevat jo nyt satelliittinsa siten, että ne eivät jää kiertämään Maata romuna – paitsi tietysti, jos niihin tulee vika. Satelliitit joko putoavat luontaisesti maksimissaan parissa vuosikymmenessä alas, tai niissä on rakettimoottorit tai muut laitteet, joilla ne voidaan pudottaa alas, kun toiminta-aika on lopussa.
Esimerkiksi suomalainen Aurora Propulsion myy jo nyt pientä työntövoimalaitteistoa, jolla pienikin satelliitti voi joko tehdä väistöliikkeitä tai nopeuttaa putoamistaan taivaalta lentonsa lopuksi.
Avaruusromu on vakava ongelma
Nykyisin avaruusromuun suhtaudutaan vakavasti, päinvastoin kuin vielä esimerkiksi 1960-luvulla. Silloin muun muassa rakettivaiheita jopa räjäytettiin avaruudessa, kun ajateltiin, että niin kannattaisi tehdä. Nyt tiedämme, että se oli tyhmää.
Ja silloin Yhdysvallat alkoi rakentamaan vuonna 1963 sotilaallista tietoliikennejärjestelmää, missä avaruudessa oli pieniä metallilanganpalasia, jotka heijastivat radiolähetyksiä alas. Aikomus oli viedä pieniä kuparilanganpalasia miljardeittain avaruuteen. Hanke ei toteutunut kokonaisuudessaan, mutta näitä Project West Fordin langanpalasia on edelleen avaruudessa. Se oli todella tyhmää.
Jälkiviisaus on aina tällaista, mutta nyt on oikeasti kiire aloittaa siivoustalkoot kiertoradalla. Meillä on vielä aikaa välttää Kesslerin romuspiraalin vauhtiin pääsy. Kuten ilmastonmuutoksessakin, tietyn (tarkasti tuntemattoman) rajan ylittämisen jälkeen tilanne muuttuu todella vaikeaksi hyvin nopeasti.