Avaruusroska uhkaa tärkeitä gps- ja sääsatelliitteja – eniten riskejä kasvattavat Elon Muskin ja Jeff Bezosin yritysten hankkeet

Pelkät maalihiutaleet ovat rikkoneet avaruusaseman ikkunoita. Romun määrä kasvaa, ja joukossa on myös Suomesta peräisin olevaa tavaraa.
Tiede 10.10.2021 20:45
27. syyskuuta 2021 Atlas V -raketti lähti kuljettamaan avaruuteen jälleen uutta satellittia, maapallon maa- rannikkoalueita tarkkailevaa Landsat 9:ää.
27. syyskuuta 2021 Atlas V -raketti lähti kuljettamaan avaruuteen jälleen uutta satellittia, maapallon maa- rannikkoalueita tarkkailevaa Landsat 9:ää.

Kansainvälinen avaruusasema ISS on taas joutunut vaarallisen hyökkäyksen kohteeksi. Isku ei tullut ulkoavaruudesta. Syypää on ihmisten maassa valmistama esine.

Aseman ulkoiseen robottikäsivarteen iski toukokuussa 2021 noin 25 000 kilometrin tuntivauhtia kiitänyt pala avaruusroskaa. Tuloksena oli ammottava reikä, kertoo Yhdysvaltain avaruushallinto Nasa.

Aiemmin avaruusroska on Nasan mukaan naarmuttanut ISS:n ikkunoita niin, että niitä on jouduttu uusimaan.

Samaan aikaan kun huoli muoviroskan täyttämistä meristä kasvaa, myös lähiavaruus saastuu kovaa vauhtia ihmisten sinne syytämästä roskasta.

Avaruusroskaksi kutsutaan kaikkia maapallon kiertoradalla leijuvia esineitä, jotka ihmiset ovat sinne lähettäneet ja jotka ovat syystä tai toisesta lakanneet täyttämästä alkuperäistä tehtäväänsä.

Tavaraa on kertynyt jo aika lailla, sillä ihmiskunta on vuodesta 1957 alkaen tehnyt yli 6 100 avaruuslaukaisua. Niissä on lähetetty maan kiertoradalle yli 12 000 satelliittia, joista avaruudessa on yhä yli 7 500. Noin 570 satelliiteista on räjähtänyt, törmännyt tai hajonnut muulla tavalla sirpaleiksi, laskee Euroopan avaruusjärjestö ESA.

Tällä hetkellä maapallon kiertoradalla vaeltaa yli 36 500 halkaisijaltaan vähintään pesäpallon kokoista palasta, miljoona halkaisijaltaan 1–10 senttimetrin suuruista kappaletta ja 330 miljoonaa 1–10 millimetrin kokoista hiukkasta, ESA arvioi.

Yhteensä ne painavat yli 9 500 tonnia.

Avaruusroskan joukossa on Suomestakin peräisin olevaa tavaraa.

Maata kiertävistä romuista suurimpiin kuuluu ”kahden kaksikerroksisen bussin kokoinen” eli 26 metriä pitkä, kymmenen metriä korkea, viisi metriä leveä ja 8 200 kiloa painava ESA:n Envisat-1-kaukokartoitussatelliitti. Sen mittalaitteet seurasivat ilmakehää, meriä ja maanpintaa moitteettomasti kymmenen vuotta, mutta sitten satelliitti lakkasi yhtäkkiä toimimasta vuonna 2012.

Envisat-1:ssä oli suomalais-ranskalaisena yhteistyönä tuotettu otsonikatoa mitannut laite, jonka suomalaisvalmistajiin kuuluivat Ilmatieteen laitos, Patria, Space Systems Finland ja Teknologian tutkimuskeskus VTT.

Roskajoukkoon kuuluu noin 3 000 muutakin toimintansa lopettanutta satelliitinromua, avaruusasemien miehistöjen avaruuskävelyllään pudottamia kameroita ja hohtimia, satelliittien tai avaruusalusten ulkopinnasta irronneita maalihiutaleita ja kaikkea niiden väliltä.

Jokainen roska on vaara toimiville avaruusaluksille ja satelliiteille. Koska sekä romu että avaruuslaitteet kiitävät yli 20 000–25 000 kilometrin tuntivauhtia, vähäiselläkin yhteentörmäyksellä voi olla kohtalokkaita seurauksia.

Noin kaksisataa avaruusroskaa luokitellaan tikittäviksi aikapommeiksi.

Ne ovat suuria avaruusalusten, satelliittien ja rakettien kappaleita, jotka voivat hajota tuhansiksi pienemmiksi sirpaleiksi ja kasvattaa siten avaruusroskan määrää huomattavasti.

 

Törmäysriski on piinallisen tuttu ilmiö ISS:lle. Kansainvälinen avaruusasema on ollut miehitetty vuodesta 2000 asti ja kiertää maapalloa vähän yli 350 kilometrin korkeudessa.

Tässä korkeudessa tai alempana maata kiertää yli 2 500 halkaisijaltaan yli kymmensenttistä kappaletta, jotka kyetään tunnistamaan.

ISS:n kuusihenkinen miehistö joutuu vuosittain tekemään väistöliikkeitä ja korjaamaan aseman kurssia, vaikka sen tärkeimmät ja haavoittuvaisimmat osat on ympäröity suojakilvin. Tiedemiehet arvioivat varotoimet välttämättömiksi, kun riski mahdollisesti vaarallisten roskien osumasta kasvaa yli yhteen 10 000:sta.

Usein avaruusasemaa ehditään siirtää hiukan. Toisinaan data on epätarkkaa. Silloin miehistö komennetaan varotoimena avaruusasemaan telakoituun avaruusalukseen, joka kuljettaa ihmisiä maapallon ja aseman välillä. Jos törmäys aiheuttaisi avaruusasemalle liian suuria vaurioita, miehistö voisi suunnata takaisin kohti maapalloa.

Huhtikuussa 2021 ISS korjasi kurssiaan, kun Kiinan vuonna 2007 räjäyttämän satelliitin kappaleen lähestyi sitä, heinäkuussa puolestaan venäläisen kantoraketin moottoriräjähdyksessä vuonna 2003 syntyneen kappaleen takia.

Varotoimista huolimatta toukokuinen isku robottikäsivarteen tuli yllätyksenä.

Tällä hetkellä Yhdysvaltain puolustusministeriön maailmanlaajuinen avaruustarkkailuverkosto SSN seuraa yli 27 000 avaruusroskan liikkeitä.

ESA:llakin on seurantajärjestelmänsä, ja myös Yhdysvaltain asevoimien avaruusjoukot käynnisti omansa vuonna 2020.

Pienimmät roskat ovat yllättävän vaarallisia, koska niiden liikeratoja on mahdotonta laskea etukäteen. Esimerkiksi ISS:n ikkunoiden uusimiseen johtaneen törmäyksen aiheutti parvi lujaa vauhtia kiitäviä maalihiutaleita.

ISS:n lisäksi jatkuvassa vaarassa ovat monet tärkeitä gps-paikannus- tai säätietoja määrittävät satelliitit sekä avaruuslennot, jotka joutuvat alkumatkallaan ohittamaan maan kiertoradalla vaeltavat avaruusroskan kappaleet.

Tuorein törmäys tapahtui maaliskuussa 2021. Vasta puolitoista vuotta toiminut kiinalainen sotilassatelliitti Yunhai 1-02 törmäsi venäläisen Zenit-2-raketin kappaleeseen, joka oli kooltaan 10–50-senttinen. Zenit romuttui vuonna 1996 kuljetettuaan avaruuteen Tselina-2-vakoilusatelliitin.

Kiinalaissatelliitti ei hajonnut, mutta vaurioitui. Törmäys tuotti ainakin 37 uutta romunpalasta.

Toistaiseksi tuhoisin tunnettu törmäys toimivan satelliitin ja romutavaran kesken tapahtui vuonna 2009, jolloin käytöstä poistunut venäläinen Kosmos 2251 -satelliitti törmäsi toimivaan Iridium-33gps-satelliittiin.

Se heikensi maailman satelliittipuhelinyhteyksiä ja levitti avaruuteen ainakin 1 800 uutta yli kymmensenttistä romukappaletta.

Eniten roskaa kerralla on kuitenkin tuottanut Kiinan vuonna 2007 tekemä koe, jossa se tuhosi ballistisella ohjuksella vanhan käyttökelvottomaksi muuttuneen Fengyun 1C-sääsatelliittinsa. Tuloksena oli yli 3 500 jäljitettävän kokoista avaruusroskan kappaletta sekä paljon enemmän pieniä roskia, joita ei voi paikantaa tai seurata.

Kiinan lisäksi myös Yhdysvallat ja Intia ovat ampuneet satelliittejaan palasiksi.

 

Avaruusroskan määrä ja sen muodostama vaara kasvavat jatkuvasti. Syy on yksinkertainen: avaruuteen ammutaan yhä enemmän tavaraa.

Avaruuslaukaisujen hinnat ovat laskeneet viime vuosina huomattavasti. Hintaa on laskenut muun muassa Jeff Bezosin Amazon-yhtiön ja Elon Muskin SpaceX-yhtiön keskinäinen kilpailu.

Edullisempi hinta tarkoittaa lisää laukaisuja. Osa niistä vääjäämättä epäonnistuu ja tuottaa lisäromua.

Tilannetta viime keväänä kartoittaneen EU:n tutkijakokouksen ennuste on synkkä. Pahimmillaan avaruusromun määrä maan kiertoradalla saattaa kasvaa viisikymmenkertaiseksi vuoteen 2100 mennessä, varoitti Southamptonin yliopiston avaruusroska-asiantuntija Hugh Lewis kokouspuheenvuorossaan.

Eniten riskejä kasvattavat Muskin ja Bezosin yritysten uudet mittavat tietoliikennehankkeet. SpaceX varustaa Starlink-laajakaistaverkkoaan 12 000 satelliitilla. Tavoitteena on luoda maailmanlaajuinen verkko, ja sen saavuttamiseksi SpaceX on pyytänyt kansainväliseltä televiestintäliitolta ITU:lta lupaa ampua taivaalle vielä 30 000 satelliittia lisää.

Myös Amazonin kehittämä Kuiper-laajakaistahanke lähettää avaruuteen yli 3 000 satelliitin ryppäät.

 

Maan kiertoradan tyhjentämisen avaruusromusta pitäisi olla yksi ihmiskunnan kiireellisimmistä päätavoitteista, sanoo Yhdysvaltain avaruushallinnon Nasan pitkän linjan avaruustieteilijä Donald Kessler tiedelehti Scientific Americanin haastattelussa.

Hän kehitti jo 1970-luvun lopulla synkän ennusteen, jota nykyään kutsutaan Kesslerin syndroomaksi.

Kesslerin syndrooma tarkoittaa, että kun lähiavaruudessa on yhä enemmän roskaa, sitä alkaa syntyä itsestään lisää. Törmäysten määrä kasvaa, minkä seurauksena syntyy lisää romua, joka taas johtaa uusiin ja yhä tiheämmin tapahtuviin törmäyksiin.

Juuri niin on nyt tapahtumassa, Kessler sanoo. Ketjureaktion ääriseuraus on, että lähiavaruus muuttuu käyttökelvottomaksi useimmille siellä nyt tehtäville avaruustoiminnoille, kuten satelliiteille ja avaruuslennoille.

Kesslerin mukaan kansainvälinen yhteisö on nyt viimeisellä rajalla, jossa tilanteen voi vielä korjata. Uhkaan havahtuminen näyttäisi kuitenkin vaativan uutta vuoden 2009 kaltaista isoa törmäystä, hän harmittelee.

Minkäänlaista avaruusroskaa valvovaa kansainvälistä sopimusta ei ole olemassa. YK:lla on Ulkoavaruuden rauhanomaisen käytön komitea, joka seuraa myös avaruusroskatilannetta. Se on kuitenkin lähinnä keskustelukerho, joka ei tee sitovia päätöksiä vaan antaa suosituksia silloin, kun suurten avaruusvaltioiden edut sattuvat osumaan yhteen.

Maailman johtavat avaruusvaltiot ovat lisäksi luoneet IADC-nimisen yhteistyöelimen seuraamaan avaruusroskaongelmaa. Valtiot toimivat kuitenkin pääasiassa omien kansallisten ohjelmiensa mukaisesti.

 

Avaruusroska on pitkäikäistä niin kuin suuri osa ihmisen maan kamaralle tai meriin kylvämästä roskastakin.

Pääperiaate on, että mitä korkeammalla roina on, sitä kauemmin se pysyy maan kiertoradalla. Alle 600 kilometrin korkeudessa oleva romu putoaa yleensä maahan muutamien vuosien kuluessa. Jo 800 kilometrin korkeudessa odotusaika venyy arviolta satoihin vuosiin, yli tuhannen kilometrin korkeudessa vuosituhansiin, tutkijat arvioivat.

Tällä hetkellä suurin osa avaruusromusta kiertää maapalloa alle 2 000 kilometrin korkeudessa. Tihein keskittymä on 750–1 000 kilometrin korkeudessa. Esimerkiksi Envisat-1-satelliitti suomalaisine mittalaitteineen kiertää maapalloa vajaan 800 kilometrin korkeudessa ilmeisesti ainakin seuraavien sadan vuoden ajan.

Eri puolilla maailmaa kehitetään paraikaa uusia keinoja, joilla suuria avaruusroskia kuten satelliitteja voitaisiin siivota pois. Ratkaisuksi on kaavailtu verkkoja, joihin romut yritetään pyydystää magneeteilla. Romuja voitaisiin kenties myös kuumentaa lasersäteillä siten, että maapallon vetovoima alkaisi vaikuttaa niihin voimakkaammin ja ne putoaisivat kiertoradaltaan kohti maata.

Ylivoimainen valtaosa maan pinnalle putoavasta avaruusromusta ei muodosta uhkaa maapallolle, koska se palaa kitkan takia poroksi.

Koossa pysyneet kappaleet ovat toistaiseksi pudonneet valtameriin tai lähes asumattomille alueille. Mikään ei silti takaa, etteivätkö ne voisi yhtä hyvin osua asutuskeskuksiin.

Uusin keksintö on japanilaisen satelliittihuoltoyhtiö Astroscalen kehittämä ensimmäinen kaupallinen avaruusromun kerääjä ELSA-d. Se koostuu kahdesta ”siivoussatelliitista”, jotka keräävät magneettien avulla kiinteitä esineitä ja syöksyvät sitten lastinsa kanssa maan ilmakehään tuhoutuen palatessaan.

Mallin ensimmäinen kokeiluversio ammuttiin maapallon kiertoradalle maaliskuussa Baikonurin avaruuskeskuksesta Kazakstanista.

 

Kokonaisratkaisuksi siivouskeksinnöistä ei kuitenkaan ole. Suurinta osaa avaruusromusta on käytännössä mahdoton poistaa, tutkijat arvioivat.

Avaruusromun poistamiseen kehitettävä teknologia soveltuu sitä paitsi myös toimivien satelliittien tuhoamiseen ja sieppaamiseen, muistuttaa australialaisen Flindersin yliopiston avaruusarkeologi Alice Gorman Scientific Americanille.

Siten tekniikan kehittäminen lisää ainakin välillisesti avaruuden sotilaallista kilpavarustelua.

YK:n mukaan tärkein tapa pysäyttää avaruusromun kasvu on pitää huolta siitä, että kun avaruuteen ammutaan jotain, on myös varmistettu tapa, jolla se aikanaan palaa maan pinnalle tai tuhoutuu ilmakehään palatessaan. YK suosittaa, että kaikki avaruuteen satelliitteja lähettävät tahot sitoutuvat poistamaan ne kiertoradaltaan 25 vuoden kuluessa siitä, kun niiden tehtävä päättyy.

Pyrkimys on hyvä, mutta useimmat satelliitit ovat tuolloin jo menettäneet yhteydet ohjaajiinsa. Elleivät paraikaa kehitettävät verkot, magneetit tai siivoojasatelliitit aikanaan tavoita niitä, on vain odotettava, että ne joskus aikanaan putoavat.

Siihen asti ne ovat vaaraksi kaikille ihmisen avaruuteen lähettämille laitteille – ja ihmisille niiden sisällä.