Г-н Рийде, колко голям е проблемът в орбита?
Рийде: В момента е с размерите на една и половина Айфелови кули. Такава маса неманеврируем скрап обикаля постоянно около Земята, а именно около 13 000 тона. Тъй като орбитата се запълва все повече и все по-бързо със сателитна инфраструктура, очакваме, че общата маса от скрап и сателити до 2030 г. – тоест само след пет години! – ще се удвои или дори ще се утрои.
Какво всъщност представляват космическите отпадъци?
Рийде: Размерът му варира от песъчинка до наистина големи обекти: Първоначално се състои от около 50 големи обекта, като изхвърлените ракетни степени от 68-годишната история на космическите полети, например огромният спътник за наблюдение на Земята Envisat на Европейската космическа агенция ESA, който просто престана да функционира през 2012 г. по необясними причини. Освен това още множество малки повредени сателити. Към тях се добавят около 40 000 малки части с размер над десет сантиметра, които можем да проследяваме от Земята. Освен това има милиони по-малки части, за които в повечето случаи дори не знаем къде се намират.
Това с ракетните степени и повредените сателити е ясно. Но откъде идва всички малки отпадъци?
Рийде: Причините са както неконтролирани, така и контролирани сблъсъци: много от тях произлизат от т.нар. антиспътникови тестове. По време на Студената война американската и съветската страни искаха взаимно да си докажат, че могат да свалят сателити с ракета. Това се случва и до ден днешен. През 2007 г. Китай свали един от своите спътници, през 2021 г. Русия направи същото. И двете експлозии оставиха след себе си огромни облаци от отломки в орбитата.
Добре, че там горе има достатъчно място …
Рийде: Място има, но частите са в движение и се носят със скорост до 28 000 километра в час около Земята – кратко пояснение: това са почти осем километра в секунда! Всяка частица е в собствена орбита – те не летят синхронно една до друга, както може би си го представяте, като пръстените на Сатурн, а напротив – хаотично и разбъркано. Освен това частите се въртят и поради това постоянно леко променят своята орбита. Случва се Международната космическа станция ISS или някой от многото функциониращи сателити да се окаже на курс на сблъсък с някой отпадък. Когато се сблъскат, се освобождава огромно количество енергия, което трудно можем да си представим на Земята. За лазерните техници тези стойности имат смисъл: една частица с диаметър един милиметър – тоест миниатюрна – развива при сблъсък в орбитата енергия от 70 джаула на квадратен милиметър – огромно количество! Накратко: Ударените сателити биват пробити или се разпадат напълно. Милиони евро биват загубени, а инфраструктурата, която използваме на Земята, се поврежда. Това е проблемът.
СЦЕНАРИЙ: Отпадък в орбитата попада на курс на сблъсък със сателит и заплашва да го повреди или унищожи. От Земята десет последователно свързани наземни станции облъчват отпадъка и отклоняват траекторията му, така че сателитът остава незасегнат.
Уф, и какво може да се направи срещу това?
Рийде: Две възможности: ако предвиждаме сблъсък, сателитът трябва да се отклони. ISS прави това почти постоянно. Тя обаче се дозарежда, а сателитите – не. При сателитите броят на маневрите за отклонение е ограничен, а всяка от тях намалява общия им експлоатационен живот и означава големи разходи. Втора възможност: от време на време се провеждат космически почистващи мисии, при които средноголеми отпадъци се захващат с роботизирана ръка и се изхвърлят, така да се каже, надолу в атмосферата, за да изгорят там. Това е скъпо и за повечето отпадъци изобщо не е приложимо. Виждате, че и двата метода са само временни решения. Това, от което се нуждаем, е истинско решение!
И Вие сте открили истинското решение?
Рийде: Така мисля. Laser Momentum Transfer, което ние наричаме с любов „лазерно побутване“. Нашият екип в Германския център за авиация и космонавтика DLR е разработил концепция как това функционира. И принципът е наистина лесен за разбиране: Фотоните в лазерната светлина упражняват налягане, така нареченото светлинно налягане. То е слабо. Но при бързо движещ се отпадък в орбита, това може да бъде от решаващо значение. Ако го улучим отпред с високомощен лазер, го забавяме. Ако го улучим отзад, го побутваме напред. Това има следния смисъл: ако се забави, потъва. Ако се ускори, се издига. И по този начин можем просто да го побутнем от Земята извън траекторията на сблъсък.
Все пак трябва да има някакъв недостатък!
Рийде: Нуждаем се не от една лазерна станция, а от десет. Разпределени по земното кълбо.
На какво се дължи това?
Рийде: Светлинното налягане е доста ниско. Можем да променим скоростта на отпадъка само с десет микрометра в секунда. Това означава, че трябва да го облъчваме дълго, за да постигнем ефект. Представете си, че целевият обект се появява на хоризонта – тогава при скорост на прелитане от осем километра в секунда имаме около десет минути зрителен контакт, докато той отново изчезне от другата страна. Но не можем да го облъчим още когато се появи на хоризонта, защото тогава ъгълът е голям и лъчът би преминал през твърде много въздушно пространство. Можем обаче да използваме само въздушно пространство, което е затворено за гражданския трафик, и това може да бъде само определен радиус около наземната станция. Така че изчакваме, докато се приближи. Тогава трябва да улучим обекта или отпред, или отзад, защото искаме или да го забавим, или да го побутнем. Така времевият интервал отново се намалява наполовина и на практика оставаме само с две до три минути продължителност на контакта. Това е твърде малко за истинско отклонение. Методът функционира само ако десет наземни станции се свържат една след друга и облъчват обекта в продължение на десет прелитания. Лазерен ескадрон, така да се каже.
Разбирам. Но как изобщо смятате да улучите това малко нещо в орбита?
Рийде: Това не е проблем. В космическите изследвания отдавна работим с изключително прецизни лазерни методи на такива разстояния. Например, за да можем изобщо да засечем такива отпадъци. Това е нещо различно, което ще стане още по-сложно.
Какви пречки има още?
Рийде: Колко време предварително може да се прогнозира точно един сблъсък. Именно това не е никак лесно. Както при времето, става по-трудно, колкото по-далеч в бъдещето искаме да погледнем. На нашите станции обаче биха били нужни няколко дни предварителна подготовка. Работим върху този проблем.
Извършвано ли е лазерното побутване вече успешно?
Рийде: Никога досега не сме го пробвали наистина; но това е нормално за космически проект. Вижте, освен наземните станции са нужни два сателита в констелация – тоест те работят заедно – за да измерват ефекта по време на облъчването и да ни го докладват. Тези сателити все още не съществуват.
Значи всичко това е само на теория …
Рийде: Съвсем не! Честно казано, самият аз съм изненадан колко бързо набира скорост нашият DLR проект. ESA се е заела с това и ни е възложила проектирането на наземна станция. Спечелихме TRUMPF Scientific Lasers като партньор за източника на лъча. Ако всичко върви оптимално – финансиране, изграждане, избор на наземните станции – след пет години ще представим принципното доказателство за функциониране. Да, вероятно не всичко ще протече оптимално. Но въпреки това говорим за един обозрим период от време до реализирането.
Вляво: Импулсният лазерен лъч удря обекта толкова силно, че създава плазмена опашка, която го отклонява. Предимство: достатъчен е един прелет на обекта, така че предварителното време е по-кратко. Недостатък: съществува опасност обектът да се разпадне и от един опасен отпадък да станат няколко.
Вдясно: Непрекъснат лазерен лъч използва налягането на фотоните, за да побутне обекта леко извън орбитата му. Предимство: няма риск обектът да се разпадне. Недостатък: необходими са до десет прелета на обекта, за да бъде ефектът достатъчен. Така предварителното време е по-дълго.
Как си обяснявате тогава внезапния толкова силен интерес към Вашия проект?
Рийде: Както казах: Човечеството разришява силно инфраструктурата в орбита, например като източник за мобилен интернет – вижте сателитната мрежа Starlink. Проблемът с отпадъците представлява препятствие и има тенденция силно да се влошава – именно заради разширяването, при което възникват нови отпадъци. Значи скоро ще е нужно решение.
А кой всъщност трябва да плати за лазерното побутване?
Рийде: Началния тласък сега дават държавите–членки на ESA чрез своите вноски. Но в крайна сметка планът е Laser Momentum Transfer да се предлага като услуга на пазара: за частни фирми, организации или държави, които искат да защитят своята орбитална инфраструктура. Ако всички участници осъзнаят какви ценности са заложени, финансирането за внедряването на технологията би трябвало да е най-малкият проблем. Не на последно място, в Германия вече за първи път имаме министерство, което носи космонавтиката в заглавието си, така че очакваме и национална политическа подкрепа.
