Anul acesta marchează 60 de ani de la Era Spațială, care a adus deja multe salturi uriașe pentru omenire. Am trecut de la Sputnik la stații spațiale și sonde spre Pluto într-o singură viață de om, eliberând în acest proces o galaxie de știință și tehnologie.
Din păcate, am eliberat și o galaxie de gunoi. Gunoiul nostru se acumulează deja în locații terestre îndepărtate, de la Atolul Midway la Muntele Everest, dar la fel ca multe frontiere înainte de ea, exosfera Pământului este din ce în ce mai aglomerată. Sperăm că aceeași ingeniozitate care ne-a ajutat să ajungem în spațiu ne poate ajuta și să-l curățăm.
Deșeuri în spațiu
Mediul orbital al Pământului conține aproximativ 20.000 de bucăți de resturi create de om, mai mari decât o minge de baseball moale, 500.000 de bucăți mai mari decât o bilă de sticlă și milioane de alte bucăți prea mici pentru a fi urmărite. (Imagine: ESA)
Cunoscut sub denumirea de gunoi spațial, acest deșeu orbital constă în principal din sateliți vechi, rachete și părțile lor rupte. Milioane de bucăți de resturi create de om se deplasează în prezent prin spațiul deasupra noastră, mișcându-se cu viteze de până la ~28.000 km/h. Deoarece se deplasează atât de repede, chiar și o bucată mică de gunoi spațial ar putea provoca pagube catastrofale dacă s-ar ciocni cu un satelit sau o navă spațială.
Dar spațiul din jurul Pământului este prea important pentru a-l lăsa să fie ruinat de gunoi. Numai sateliții sunt esențiali pentru servicii precum GPS, prognoza meteo și comunicații, plus că trebuie să trecem în siguranță prin această regiune pentru misiuni mai ample în spațiul profund. Este evident că trebuie să îndepărtăm gunoiul spațial, dar pentru un loc care este deja vid, spațiul poate fi surprinzător de greu de curățat.
Chiar și simpla identificare a modului de a prinde o bucată de gunoi spațial este dificilă. Prima regulă este să eviți crearea mai mult gunoi spațial, ceea ce se poate întâmpla ușor atunci când bucățile se ciocnesc, așa că este util ca orice navă spațială de colectare a gunoiului să mențină o distanță sigură față de ținta sa. Aceasta ar putea însemna utilizarea unui fel de cablu, plasă sau braț robotic pentru a realiza efectiv prinderea.
Ventuzele nu funcționează în vid, iar temperaturile extreme din spațiu pot face multe substanțe chimice adezive inutile. Harpoanele se bazează pe impactul de mare viteză, care ar putea desprinde noi resturi sau împinge un obiect în direcția greșită. Cu toate acestea, situația nu este disperată, așa cum sugerează unele idei propuse recent.
Remorchere magnetice
Un satelit de urmărire magnetic, asemănător unui remorcher, ar prinde sateliții dezafectați vizând componente electromagnetice cunoscute sub numele de „magnetorquere”, care utilizează câmpul magnetic al Pământului pentru a ajusta orientarea sateliților. (Imagine: Emilien Fabacher/ISAE-Supaero)
Agenția Spațială Europeană (ESA), care urmărește activ deșeurile spațiale, susține o serie de proiecte de combatere a deșeurilor în cadrul programului său Clean Space. ESA a anunțat, de asemenea, finanțarea unei idei dezvoltate de cercetătorul Emilien Fabacher de la Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace (ISAE-SUPAERO), de la Universitatea din Toulouse, Franța.
Ideea lui Fabacher este de a colecta gunoiul spațial de la distanță, dar nu cu o plasă, un harpon sau un braț robotic. În schimb, el speră să-l atragă fără să-l atingă.
„Cu un satelit pe care dorești să-l deorbitezi, este mult mai bine dacă poți rămâne la o distanță sigură, fără a fi nevoie să intri în contact direct și a risca deteriorarea atât a satelitului de urmărire, cât și a celui țintă”, explică Fabacher într-o declarație de la ESA. „Deci, ideea pe care o investighez este de a aplica forțe magnetice fie pentru a atrage, fie pentru a respinge satelitul țintă, pentru a-i schimba orbita sau a-l deorbita complet.”
Sateliții țintă nu ar trebui să fie echipați special în avans, adaugă el, deoarece aceste remorchere magnetice ar putea profita de componentele electromagnetice, cunoscute sub numele de „magnetorquere”, care ajută mulți sateliți să își ajusteze orientarea. „Acestea sunt echipamente standard la bordul multor sateliți aflați pe orbite joase”, spune Fabacher.
Acesta nu este primul concept care implică magnetismul. Agenția spațială japoneză (JAXA) a testat o altă idee bazată pe magneți, un cablu electrodinamic de ~700 metri extins de la o navă spațială de transport. Acel test a eșuat, dar a eșuat pentru că cablul nu s-a eliberat, nu neapărat din cauza unei deficiențe a ideii în sine.
Totuși, magneții nu pot face minuni în privința gunoiului spațial. Ideea lui Fabacher se concentrează în principal pe îndepărtarea sateliților dezafectați întregi de pe orbită, deoarece multe bucăți mai mici sunt prea mici sau non-metalice pentru a fi atrase cu magneți. Acest lucru este totuși valoros, deoarece o bucată mare de gunoi spațial poate deveni rapid multe bucăți dacă se ciocnește cu ceva. În plus, adaugă ESA, acest principiu ar putea avea și alte aplicații, cum ar fi utilizarea magnetismului pentru a ajuta grupuri de sateliți mici să zboare în formație precisă.
Roboți aderenți inspirați de gheparzi
O altă idee ingenioasă pentru colectarea gunoiului spațial vine de la Universitatea Stanford, unde cercetătorii au lucrat cu Laboratorul de Propulsie cu Jet (JPL) al NASA pentru a proiecta un nou tip de dispozitiv de prindere robotic care poate prinde și elimina resturile. Publicată în revista Science Robotics, ideea lor își trage inspirația de la șopârle cu degete aderențe.
„Ceea ce am dezvoltat este un dispozitiv de prindere care folosește adezivi inspirați de gheparzi”, spune autorul principal Mark Cutkosky, profesor de inginerie mecanică la Stanford, într-o declarație. „Este o extensie a muncii pe care am început-o acum aproximativ 10 ani la roboții de cățărare care foloseau adezivi inspirați de modul în care gheparzii se lipesc de pereți.”
Gheparzii se pot cățăra pe pereți deoarece degetele lor au falduri microscopice care creează ceea ce se numește „forțe van der Waals” atunci când sunt în contact complet cu o suprafață. Acestea sunt forțe intermoleculare slabe, create de diferențe subtile între electronii de la exteriorul moleculelor, și astfel funcționează diferit de adezivii „lipicioși” tradiționali.
Dispozitivul de prindere bazat pe gheparzi nu este la fel de complex ca piciorul unui ghepard real, recunosc cercetătorii; faldurile sale au aproximativ 40 de micrometri lățime, comparativ cu doar 200 de nanometri la un ghepard real. Folosește același principiu, aderând la o suprafață doar dacă faldurile sunt aliniate într-o direcție specifică – dar necesitând, de asemenea, doar o împingere ușoară în direcția corectă pentru a se lipi.
„Dacă aș încerca să apăs un adeziv sensibil la presiune pe un obiect plutitor, acesta s-ar îndepărta”, spune coautorul Elliot Hawkes, profesor asistent la Universitatea din California, Santa Barbara. „În schimb, pot atinge foarte ușor plăcuțele adezive de un obiect plutitor, pot strânge plăcuțele una spre cealaltă, astfel încât să fie blocate, și apoi pot muta obiectul.”
Noul dispozitiv de prindere își poate adapta, de asemenea, metoda de colectare la obiectul în cauză. Are o grilă de pătrate adezive pe partea din față, plus benzi adezive pe brațe mobile care îi permit să prindă resturile „ca și cum ar oferi o îmbrățișare”. Grila se poate lipi de obiecte plate, cum ar fi panourile solare, în timp ce brațele pot ajuta la ținte mai curbate, cum ar fi corpul unei rachete.
Echipa și-a testat deja dispozitivul de prindere în condiții de gravitație zero, atât într-un zbor cu avion parabolic, cât și pe Stația Spațială Internațională. Deoarece aceste teste au mers bine, următorul pas este să vedem cum se descurcă dispozitivul de prindere în afara stației spațiale.
***
Acestea sunt doar două dintre numeroasele propuneri pentru curățarea orbitei terestre joase, alături de alte tactici precum lasere, harpoane și vele. Acest lucru este bun, deoarece amenințarea gunoiului spațial este suficient de mare și diversă încât s-ar putea să avem nevoie de mai multe abordări diferite.
Și, așa cum ar fi trebuit să învățăm deja aici, pe Pământ, niciun salt uriaș înainte nu este cu adevărat complet fără câțiva pași mici înapoi pentru a curăța în urma noastră.
