Jari Mäkinen
Yle
Nokkakolari moottoritienopeudella tuottaa paljon romua silmänräpäyksessä. Samanlainen törmäys kiertoratanopeudella saa aikaan paljon enemmän romua, eikä avaruudessa tuota romua ole helppo korjata talteen onnettomuuden jälkeen. Osa siitä jää kiertämään Maata lähes ainiaaksi.
27. marraskuuta 2020 kaksi satelliittia, intialainen Cartosat 2F ja venäläinen Kanopus-V, olivat vähällä törmätä toisiinsa. Ne ohittivat toisensa vain noin 220 metrin etäisyydeltä.
Lokakuun 16. päivänä 2020 oli suurempi törmäys todella lähellä. Kiinalaisen kantoraketin osa sekä sammunut venäläinen paikannussatelliitti Parus olivat kiertäneet Maata omilla radoillaan rauhallisesti vuosikaupalla, mutta nyt ne näyttivät osuvan samaan aikaan samaan paikkaan.
Koska niiden sijainteja radoillaan ei tiedetä aivan täsmälleen, esitettiin törmäykselle todennäköisyys: se oli peräti 10%. Kappaleet olisivat erittäin lähellä toisiaan 991 kilometrin korkeudessa eteläisen Atlantin valtameren yläpuolella.
Kolari olisi varsin raju, koska satelliitin massa oli 810 kg ja rakettivaiheen massa noin 1700 kg, ja kummankin nopeus kiertoradalla noin 27 000 kilometriä tunnissa.
Avaruudessa olevan romun määrä olisi saattanut lisääntyä jopa 20 prosentilla tämän kiertoratakolarin johdosta.
Onneksi törmäystä ei kuitenkaan tapahtunut, mutta lähellä se oli. Todennäköisesti kappaleiden välissä ei ollut kuin muutamia metrejä, kun ne vilahtivat toisensa ohitse.
Kyse ei suinkaan olisi ollut ensimmäisestä tapauksesta, sillä satelliittien törmäyksiä on tapahtunut aikaisemminkin. Tunnetuin – ja tähän mennessä harmillisin – oli helmikuussa 2009 tapahtunut amerikkalaisen ja venäläisen satelliitin törmäys.
Toiminnassa ollut Iridium 33 -tietoliikennesatelliitti ja venäläinen sotilassatelliittivainaa Kosmos-2251 kolaroivat Siperian päällä 789 kilometrin korkeudessa sillä seurauksella, että avaruuteen levisi yli 2000 erillisestä kappaleesta ja suuresta määrästä pikkuosia koostuneita romupilviä.
Yhdysvallat, Venäjä, Kiina ja Intia ovat lisäksi tieten tahtoen tuhonneet omia satelliittejaan avaruussotakykyjään testatessaan ja esitellessään. Suurin opetus näistä kokeista oli se, että satelliitteja ei kannata ampua tai räjäyttää: se on kuin omaan jalkaan ampuisi, koska tuloksena oleva avaruusromu haittaa myös omien satelliittien toimintaa.
Älä räjäytä rakettiasi
Ihmiskunta on laukaissut avaruuteen lähes 10 000 satelliittia sitten ensimmäisen Sputnikin 63 vuotta sitten. Näistä noin 6500 kiertää edelleen maapalloa ja kolmisen tuhatta satelliittia on toiminnassa.
Loput noin 3500 satelliittia kiertävät Maata raatoina. Ne ovat sammuneita, ohjauskyvyttömiä, eikä niistä ole kuin haittaa.
Näiden lisäksi lähiavaruudessa on paljon muutakin kamaa, kuten esimerkiksi satelliitteja avaruuteen kuljettaneiden kantorakettien osia. Kun satelliitteja lähetettiin yhä enemmän ja enemmän, alettiin näitä rakettiosia räjäyttää käytön jälkeen palasiksi, koska sen arveltiin olevan hyvä tapa päästä niistä eroon.
Nyt tiedetään, että se oli pahin mahdollinen tapa, koska tuloksena oli paljon pientä avaruusromua.
Satelliitit ja rakettiosat saattavat myös rikkoontua palasiksi tai jopa räjähtää vahingossa. Näin avaruusromun määrä vain lisääntyy. Viimeisen kahden vuosikymmenen kuluessa tiedetään 12 tällaista tapausta, missä avaruudessa ollut kappale on syystä tai toisesta hajonnut useampaan osaan.
Arvioiden mukaan Maata kiertää noin 900 000 kappaletta, jotka ovat kooltaan yli sentin. Millimetriluokkaa olevia avaruusromuhitusia saattaa olla jopa 128 miljoonaa.
Pieniäkään palasia ei kannata vähätellä, sillä pieni ruuvi tai jopa avaruusaluksesta irronnut maalihiutale saattavat saada aikaan suurta tuhoa osuessaan väärään kohtaan satelliittia kiertoratanopeudella. Ongelmana on myös se, ettei niitä pystytä havaitsemaan – niiden sijainteja ei tiedetä ennen kuin pamahtaa.
Kiertoradallakin on kitkaa
Usein luullaan, että kun satelliitin lähettää avaruuteen, niin se pysyy siellä ajan hamaan loppuun saakka. Näin ei kuitenkaan ole, vaan satelliiteilla on luontainen taipumus pudota alas ihan itsekseen.
Syynä on se, että satojenkin kilometrien korkeudessa on hieman ilmaa. Ilmakehän yläreuna ei ole tarkka, vaan ilman määrä vain vähenee ja vähenee ylöspäin mentäessä. Tämän vuoksi myös satelliitit kokevat ilmanvastusta. Jarruttava voima on hyvin, hyvin pieni, mutta sen johdosta ratanopeus laskee koko ajan, ja siksi ratakorkeuskin putoaa jatkuvasti.
Mitä alemmas satelliitti tulee, sitä nopeammin se putoaa alaspäin, ja lopulta se tuhoutuu syöksyessään ilmakehään. Kitkakuumennus sulattaa ja höyrystää satelliitit samaan tapaan kuin Maahan osuvat meteoroidit, joiden tuhoutuminen näkyy kauniina tähdenlentona taivaalla.
Jotta satelliitti pysyisi radallaan, täytyy sille antaa välillä lisävauhtia rakettimoottorilla. Jopa suuren Kansainvälisen avaruusaseman rataa täytyy tökkiä silloin tällöin ylemmäs, ettei se putoaisi alas.
Suurin osa satelliiteista kiertää Maata noin 400 - 500 kilometrin korkeudessa, eli avaruusromun kannalta ne eivät ole suuri ongelma. Ne tulevat luonnollisesti alas taivaalta ja tuhoutuvat muutamassa vuodessa.
Esimerkiksi ensimmäinen avaruuteen lähetetty suomalaistekoinen satelliitti, Aalto-2, syöksyi ilmakehään vajaan kahden vuoden lennon jälkeen.
Tästä noin 500 kilometristä ylöspäin mentäessä ilmanvastus pienenee olennaisesti ja siksi putoamisaika kasvaa nopeasti. 700 kilometrin korkeudella kiertävä kappale pysyy avaruudessa satakunta vuotta, 900 kilometrissä puhutaan jo tuhansista vuosista ja sitä korkeammalle mentäessä kymmenistä tuhansista vuosista.
Siivoustalkoot tulossa
Avaruusromun määrä numeroina vaikuttaa hurjalta, mutta avaruudessa olevien, ihmiskunnan sinne lähettämien kappaleiden kokonaismassa on vain noin 8800 tonnia. Siis jotakuinkin saman verran kuin ruotsinlaiva painaa tyhjänä.
Jos nämä kaikki kappaleet voisi kerätä kokoon, mahtuisivat ne Olympiastadionin sisälle.
Avaruudessa on myös todella paljon tilaa: suurikin tietoliikennesatelliitti on kiertorataansa suhteutettuna vain pienenpieni piste. Laajasti katsottuna avaruusromutilanne ei siksi ole niin paha kuin voisi kuvitella.
Silti yhä useammin kaksi avaruudessa olevaa kappaletta joutuu radoillaan hyvin lähelle toisiaan. Suurimpia kappaleita voidaan seurata, ja maailmassa onkin useita tahoja, jotka laskevat koko ajan eteenpäin satelliittien ratoja ja koettavat ennustaa mahdollisia törmäyksiä.
Tunnetuin tällainen on Yhdysvaltain puolustushallinnon ylläpitämä U.S. Space Surveillance Network, joka seuraa aktiivisesti noin 23000 kappaletta. Seurantaa tekevät nykyisin myös siihen erikoistuneet yritykset.
Samoin Euroopan avaruusjärjestön Saksassa sijaitsevassa Avaruusoperaatiokeskuksessa punainen valo syttyy kuvaruudulle, kun siellä olevat tietokoneet huomaavat törmäysuhan. Siellä ollaan kiinnostuneita ennen kaikkea eurooppalaissatelliittien turvallisuudesta, mutta siellä pitää majaansa myös Avaruusromutoimisto, ESA Space Debris Office.
Toimiston tehtävänä on seurata tilannetta ja pohtia tapoja, joilla avaruusromua voisi lähteä keräämään pois. Keinoista ei ole pulaa: robottikäsivarsin varustetut satelliitit voisivat ottaa kiinni satelliittiraatoja ja suurimpia raketin palasia, jotka voitaisiin sitten sysätä tuhoutumaan ilmakehässä. Pienempiä hitusia voitaisiin höyrystää lasersäteellä tai niitä kerättäisiin pois ikään kuin valtavan suurella kärpäspaperilla.
Ongelmana on kuitenkin rahoitus, sillä kukaan ei halua maksaa muiden roskien siivoamisesta. Etenkin avaruuden suurvallat haraavat vastaan, koska heille operaatiosta tulisi iso lasku.
Kaikki kuitenkin ovat vähitellen ymmärtämässä, että jotain pitää tehdä. YK:n alaisessa Ulkoavaruuden rauhanomaista käyttöä valvovassa komiteassa on keskusteltu jo paitsi avaruusromun keräämisestä, niin myös menetelmistä, joilla romun määrää tulevaisuudessa voidaan rajoittaa.
YK:n suositukset ovat kuitenkin kuin hallituksemme maskisuosituksia: pakottaa ei voi, mutta voi kehottaa.
Rakettiyhtiöitä ja satelliittioperaattoreita kehotetaankin toimimaan siten, että rakettiosat ja satelliitit törmäytettäisiin käytön jälkeen ilmakehään. Tämä voi tapahtua joko hallitulla syöksyllä alas tai vain hilaamalla laitteet niin matalalle kiertoradalle, että ne syöksyvät nopeasti alas.
Nykyisin noin 80% kantorakettien avaruuteen päätyvistä osista ohjataan lähes saman tien alas, mikä on erittäin hyvä asia. Raketit ovat suuria, niitä ei voi enää käytön jälkeen ohjata ja niissä on usein polttoainejäämiä, jotka voivat saada aikaan räjähdyksiä.
Myönteistä kehitystä on myös se, että vaikka avaruuteen laukaistavien satelliittien määrä on kasvanut viime vuosina hurjasti, on suurin osa satelliiteista matalilla kiertoradoilla. Niissä on siis luontainen itsetuhomekanismi, mutta lisäksi yhä useammin satelliitit ohjataan alas niiden ikääntyessä.
Aktiivisten satelliittien määrän hurja kasvaminen on tuonut esiin myös tarpeen luoda kansainvälinen "avaruuslennonjohto". Jo nyt uusia satelliitteja laukaistaessa täytyy laukaisuaika suunnitella tarkasti, ja satelliiteilla tehtävät ratamuutokset törmäysvaaran vuoksi ovat yhä yleisempiä. Maailmanlaajuiselle lennonjohdon tapaan toimivalle organisaatiolle olisi siis tarvetta.
Kolarien ketjureaktio uhkaa
Avaruuslennonjohdosta ei tosin olisi ollut paljoa iloa lokakuisessa likiliippauksessa. Kiinalaisraketti ja Parus olivat ohjauskyvyttömiä, joten täällä Maan pinnalla voitiin vain toivoa parasta ja pelätä pahinta.
Näiden kaltaiset kappaleet ovatkin suurin huoli, koska tuolla seudulla Maan ympärillä, tuhannen kilometrin korkeuden tienoilla, on paljon tällaisia kappaleita. Ne ovat lähiseutujemme kaikkein roskaisimpia alueita siksi, että siellä on myös paljon toimivia satelliitteja.
Jos siellä tapahtuu törmäyksiä, niin edessä voi olla pahimmillaan niin sanottu Kesslerin syndrooma: törmäyksissä syntyneet romunpalaset törmäilevät edelleen toisiinsa ja satelliitteihin ketjureaktiona, jonka seurauksena romua olisi niin paljon, ettei satelliitteja voisi käyttää lainkaan. Lisäksi romupilven läpi lentäminen olisi vaarallista.
Syndrooma on saanut nimensä Nasan tutkijalta Donald Kesslerilta, joka on pohtinut avaruusromua 1970-luvun lopusta alkaen. Hänen mukaansa jo yksi massiivinen törmäys kiertoradalla voisi sysätä syndrooman vauhtiin, eikä siitä olisi enää paluuta.
Vuonna 2012 Kessler totesi, että tässä suhteessa kenties vaarallisin kappale on eurooppalainen toimintansa lopettanut ympäristösatelliitti Envisat. Se on bussin kokoinen, yli kahdeksan tonnia massaltaan oleva satelliitti, joka kiertää Maata 785 kilometrin korkeudessa.
Ei ihme, että ESA suunnitteleekin sen hakemista pois avaruudesta. Paitsi että lennolla voitaisiin ensimmäisen kerran testata siivoustekniikan toimintaa, niin olisihan se harmillista, jos maailman paras ympäristötutkimussatelliitti saisi aikaan avaruuden suurimman ympäristöongelman.
Lisäys 2. joulukuuta 2020:
ESA tilasi virallisesti 1. joulukuuta ensimmäisen avaruusromun poistamiseen tarkoitetun kokeen ClearSpace -nimiseltä yhtiöltä. Vuonna 2025 avaruuteen lähetettävä satelliitti ClearSpace-1 aikoo ottaa kiinni hämähäkin jalkoja muistuttavilla kiinnikkeillä vuonna 2013 laukaistun Vega-raketin ylimmän vaiheen. Se on hieman soikealla radalla, jonka korkeus vaihtelee 800 ja 660 kilometrin välillä, ja se sopii erinomaisesti testikappaleeksi. Kiinni ottamisen jälkeen satelliitti tuo sen tuhoutumaan ilmakehässä.
PS. Lisää kiinnostavia juttuja aiheesta on ESA:n Clean Space -blogissa!
