Reede, 20. detsember 2019

Starlink satelliidid kui oht astronoomiale

Elon Muski poolt juhitud SpaceX on sellel aastal orbiidile saatnud 120 Starlink satelliiti, mis on kõigest esimesed planeeritavast tehiskaaslaste armaadast, mille abil loodab ettevõte lähitulevus pakkuda üleplaneedilist internetiteenust. Praeguste plaanide kohaselt hakkavad 60 satelliidist koosnevad raketistardid aset leidma kusagil iga kahe nädala tagant, kuni viie aasta pärast on neid orbiidil kokku 12 000. Hiljem võidakse seda täiendada veel 30 000 satelliidi jagu. Ehk siis kokku 42 000 satelliiti!
Et seda arvu konteksti panna tasub märkida, et alates 1957. aasta oktoobrist (NSVL Sputnik 1) on orbiidile saadetud kusagil 8900 tehiskaaslast, millest 5000 on veel seal. Neist umbes 1900 on veel töökorras ja ülejäänust on saanud sisuliselt kosmoseprügi. Seega SpaceX kavatseb viie aasta jooksul üles saata rohkem tehiskaaslasi kui on suudetud teha viimase 70 aasta jooksul.
Starlink satelliidid (60tk) pakituna Falcon 9 raketi ninasse.
Kuigi kõnealused satelliidid on suhteliselt pisikesed (kaal umbes 260kg) on mitmed teadlased ja organisatsioonid väljendanud tõsist muret nende mõju üle nii astronoomiaalasele teadustööle kui ka inimkonna kaugemale tulevikule. Seda esimest illustreerib hästi lihtne aga šhokeeriv matemaatika, et mõne aasta pärast hakkab igal ajahetkel taevas olema kaks korda rohkem Starlink satelliite kui palja silmaga nähtavaid tähti. Neid viimaseid on kahe poolkera peale kokku kõigest 5000. Siis kui kõik läheb plaanipäraselt, hakkab neid seal olema kaheksa korda rohkem.
Esimesed taolised probleemid - kõigest 120 tehiskaaslasega - pole lasknud ennast kaua oodata. Näiteks 18. novembril oli Tšiilis asuv observatoorium sunnitud viieks minutiks oma töö katkestama, kuna nende poolt vaadeldud taevaosast sõitis läbi mitu heledat Starlinki. Viis minutit ei kõla just pika ajana, aga kuna selliste teleskoopide ehitamisele ja käigushoidmisele on kulutatud sadu miljoneid eurosid, siis on iga nende sekund kulla hinnaga.
Satelliitide poolt jäetud jäljed Tšiilis asuva teleskoobi vaateväljas. Instrument otsib ümber Linnutee tiirlevaid kääbusgalaktikaid.
22. novembril vaadeldi Kanaaridel monotserotiidideks nimetatud meteoorisadu, samal ajal kui vaatevälja sõitis terve ports Starlinki satelliite. Pika säriajaga tehtud fotodelt on näha kuidas mõned üksikud meteoorid on mattunud tehiskaaslaste poolt jäetud valgustriipude rägastikku.
Võib olla ei tundu need probleemid hetkel veel kõige hullemad, aga samas moodustavad esialgsed 120 satelliiti kõigest 0,3% planeeritud tehiskaaslaste koguarvust. Labaste arvutuste kohaselt peaks asi tulevikus vähemalt sadu kordi hullemaks minema ning taevas pisikestest täppidest kihama. Asja teeb tõsisemaks asjaolu, et Starlinkid on suhteliselt kiired ning nende piisav arvukus loob olukorra, kus iga astronoomilise vaatluse "andmekaader" sisaldab vähemalt mõnda segavat jutti.
Aegvõte monotserotiidide tähesajust. Ühtpidised triibud on kõik jäetud 120 Starlink satelliidi poolt, mis olid sellel hetkel kogumas kõrgust oma püsivale orbiidile jõudmiseks.
Senini on astronoome enim üllatanud satelliitide suhteliselt tugev heledus - neid võib pimeda taeva korral näha isegi palja silmaga. Kuigi Musk on lubanud, et ta vähendab tulevikus üles saadetavate satelliitide albeedot (peegeldumisnäitajat), pole selle kohta veel ühtegi reaalset sammu kuulda olnud. Pigem on SpaceX'i insenerid tunnistanud, et satelliitide "mustaks värvimine" vähendab nende efektiivsust ning seab ohtu nende termilise tasakaalu (mustad kehad lähevad päikese käes kiiremini kuumaks). Et mitte potentsiaalselt kahjulike muudatuste tõttu tervet laadungit satelliite ohtu seada, katsetatakse nende tumendamist tõenäoliselt ühel Starlinkil korraga (60 seast). See tähendab, et enne lahenduse leidmist (kui see üldse leitakse) läheb üles veel sadu heledaid tehiskaaslasi.
Üks asi, mida SpaceX aga kuidagi parandada ei saa on Starlinkide poolt põhjustatud raadioreostus. See tähendab, et raadioteleskoopide jaoks saab taevas olema täis tehislike raadioallikaid, mille signaalid rikuvad looduslikku fooni. Seda enam, et erinevalt praegustest satelliitidest, mille trajektoorid on teada ja seega prognoositavad, suudavad Starlink satelliidid oma kurssi autonoomselt muuta. See tähendab, et enne igat vaatlust tuleb nende võimaliku mõjuga arvestada. Praeguseni ei ole SpaceX neid orbitaalandmeid avalikuks teinud.
Starlink satelliidid orbiidil enne raketi küljest eraldumist.
Starlinkid on planeeritud Maa orbiidil tiirutama hakkama kihtidena kolmel kõrgusel - 350, 550 ja 1100 kilomeetrit. Kahel madalamal püsivad nad mitmeid aastaid, enne kui sealne hõre atmosfäär neid pidurdab ja viimaks "alla toob". Kõrgem orbiit on aga niivõrd stabiilne, et seal püsivad nad segamatult (ja kättesaadamatult) tuhandeid aastaid. Seega juhul kui nende heledus saab olema probleemiks nii optilises kui ka raadiospektris, jäävadki nad sinna meie taevavaadet rikkuma. Sellest tulenevalt on mitmed teadlased ja huvigrupid palunud SpaceX'il tõsiselt oma edasisi plaane kaaluda, et välistada võimalikke jäädavaid kahjulike mõjusid.
Üks proosalisemaid tagajärgi, mida SpaceX'i ja teiste temasuguste tegevus võib orbiidil põhjustada on niinimetatud Kessleri sündroom. NASA teadlase Donald J. Kessleri poolt 1978. aastal välja käidud stsenaarium kõlab umbes nii: mida rohkem satelliite me orbiidile saadame, seda suuremaks muutub tõenäosus, et nad omavahel põrkuvad; kokkupõrgete tulemusel tekib kümneid tuhandeid pisikesi suurtel kiirustel liikuvaid rusutükke; nende poolt põhjustatud iga järgmine kokkupõrge tekitab omakorda rohkem tükke; mingil hetkel vallandub ahelreaktsioon, kus kõik teatud kõrgusest allpool asuvad satelliidid purunevad ja nendest jääb alles mitmeid kilomeetreid sekundis liikuv läbimatu rusupilv; kui see juhtub, oleme me sisuliselt ennast planeedile põlvkondadeks lõksu seadnud. Isegi kui lennud Kuule või Marsile pinget ei paku, oleks sellise sündroomi mõju meie igapäevaelule laastav. Sajanditeks oleksid võimatud globaalne internet ja mobiilside, täpsed ilmaennustused, positsioneerimine, otseülekanded kaugetest maadest, satelliidifotod...
Peamine põhjus miks orbiidil toimuvad kokkupõrked nii ohtlikud on, tuleneb seal tiirleva kosmoseprügi (vanad satelliidid, raketiastmed, kuumuskilbid, purunenud instrumendid, alumiiniumitolm, kütusejäägid, mahakoorunud värv) tohutust kiirusest, mis jääb vahemikku 7-15 kilomeetrit sekundis(!). Näitena võib tuua, et umbes pöidlaküüne suurune värvilaast, mis liigub 10km/s kätkeb endas sama palju kineetilist energiat kui 250 kilone mootorratas, mis liigub 100km/h. Rusikasuuruste tükkide kokkupõrkel vabanevat jõudu võib aga võrrelda mitme kilogrammi dünamiidiga.
Näide orbiidil toimuvatest kokkupõrgetest. Selle umbes 13cm sügava augu tekitas ühest tükist alumiiniumist plokki umbes 15 grammi kaalunud plastikutükk (kustukummi suurune), mis liikus ligi 7 kilomeetrit sekundis.
Satelliitidevahelised kokkupõrked on juba toimunud. Näiteks 1996. aastal põrkusid Prantsusmaa luuresatelliit Cerise ja Euroopa Kosmoseagentuuri Ariane raketirusud. 2007 hävinesid laupkokkupõrkes USA sidesatelliit Iridium 33 ja venelaste Kosmos 2251, millest tekkis tõenäoliselt kümneid tuhandeid üksikuid mitu kilomeetrit sekundis kihutavaid tükke. Lisaks juhuslikele kohtumistele on mitmed kosmoseriigid katsetanud oma vanade tehiskaaslaste peal sateliidivastaseid rakette. Neist kõige laastavam oli 2007. aastal Hiina poolt hävitatud ilmasatelliit Fungyun FY-1C, mille hävingust tekkis kuni 15 000 fragmenti. Neist üks põrkus kuus aastat hiljem Venemaa BLITS nimelise nanosatelliidiga, tehes sellest esimese näite ahelreaktsioonist.

Praeguse seisuga arvatakse Maa orbiidil tiirlevat kusagil 30 000 kümnest sentimeetrist suuremat tükki, 900 tuhat tükki vahemikus 1-10cm ja üle 170 miljoni tüki, mille mõõtmed on üle 1 mm. Neist kõigist jälgida suudame me aga vaid kusagil 500 000 suuremat, mille hulka kuuluvad veel ühes tükis olevad satellidid ja raketijäänused. Ei pea olema geenius mõistmaks kuidas SpaceX'i plaan lisada sinna 42 000 uut satelliiti meie tsivilisatsiooni Kessleri sündroomi realiseerumisele lähemale nihutab. Seda kõike arvestamata SpaceX-ga konkureerivate ettevõtete tegevust.
Järgmised 60 satelliiti saadetakse üles lõppeva aasta viimastel päevadel.
Siit leheküljelt saab vaadata ligikaudu 20 000 objekti reaalseid orbiite ümber Maa (Starlinke seal kahjuks veel pole): http://www.stuffin.space/

Kommentaare ei ole:

Postita kommentaar