Tapahtuuko ensi yönä suuri satelliittikolari? (ei tapahtunut, mutta läheltä piti)

Julkaistu: 15.10.2020 / Jari Mäkinen
LeoLabs-yhtiön tekemä simulaatio.

Kiinalaisen CZ-4C -kantoraketin ylin vaihe sekä sammunut venäläinen paikannussatelliitti Parus sattavat törmätä toisiinsa ensi yönä 16. lokakuuta klo 3.56 Suomen aikaa. 810 kg massaltaan olevan satelliitin ja 1700-kiloisen rakettivaiheen lasketaan ohittavan toisensa vain noin 12 metrin etäisyydeltä.

Päivitys 16.10. aamulla: Törmäystä ei tapahtunut. Viimeisin ennen ohitusta tehty arvio ohitusetäisyydestä oli 25 metriä, eli vähän enemmän kuin sitä aikaisemmin alla olevaa tekstiä kirjoitettaessa. Nyt saatuja tietoja käydään läpi ja todennäköisesti saamme pian tarkempaa tietoa todellisesta välimatkasta.

Alla on alkuperäinen teksti:

---

Ottaen huomioon epätarkkuuden ratatiedoissa, kalifornialainen satelliitteja tarkkaileva yhtiö LeoLabs arvioi törmäyksen mahdollisuuden olevan jopa 10 %.

Nyt maapalloa kiertää avaruudessa yli 34 000 kappaletta, joiden koko on suurempi kuin kymmenen senttimetriä. Pienempiä kappaleita, sentistä kymmeneen senttiin, arvellaan olevan jopa noin 900 000. Millimetristä kymmeneen senttiin kooltaan olevia kappaleita saattaa olla jopa 128 miljoonaa.

Tuollainen vajaan sentinkin halkaisijaltaan oleva pieni romun palanen saa aikaan suurta tuhoa, kun se törmää kiertoratanopeudella toiseen kappaleeseen. Törmäyksen tuloksena on aina lisää avaruusromua, kun törmääjät hajoavat pienemmiksi kappaleiksi.

Kun törmäys tapahtuu nokkakolarina, on suhteellinen törmäysnopeus hurjan suuri. Esimerkiksi tässä ensi yön tapauksessa se on 52 950 kilometriä tunnissa. Asiaa tarkasti seuraavan tähtitieteilijä Jonathan McDowellin mukaan lähellä Maata olevan avaruusromun määrä saattaa lisääntyä kenties jopa 20 %.

Graafi ohitusetäisyyden arvioinnista.

Kohta, missä Paroksen ja rakettivaiheen radat kohtaavat, on 991 kilometrin korkeudessa Atlantin eteläosissa, juuri Etelämantereen rannan tietämissä. Tuo korkeus on siinä mielessä ikävä, että siellä olevat kappaleet putoavat luonnollisesti alaspäin hyvin hitaasti.

Ilmakehän yläreuna ei ole tarkka, vaan ilman määrä vain vähenee ja vähenee ylöspäin mentäessä. Tämän vuoksi myös muutaman sadan kilometrin korkeudessa on ilmanvastusta. Hyvin vähän, mutta sen verran, että se hilaa hiljalleen kappaleita alaspäin. 

Kansainvälisen avaruusasemankin rataa täytyy tökkiä silloin tällöin ylemmäs, ettei se putoaisi alas. Suurin osa pienistä nanosatelliiteista kiertää maata noin 400-500 kilometrin korkeudessa, ja ne tuhoutuvat luonnollisesti parissa vuodessa. Esimerkiksi ensimmäinen avaruuteen lähetetty suomalaistekoinen satelliitti, Aalto-2, syöksyi ilmakehään vain parin vuoden lennon jälkeen.

Tuosta noin 500 kilometristä ylöspäin mentäessä "automaattinen" putoamisaika kasvaa nopeasti. 750 kilometrin korkeudella kiertävä kappale pysyy avaruudessa ainakin 2200 vuotta, 800 kilometrissä luku on jo noin 5000 vuotta ja 900 kilometrissä 20 000 vuotta. 

Jos ensi yönä törmäyksessä syntyy avaruusromupilvi, niin sen elinikä on kymmeniä tuhansia vuosia.

Osa kappaleista sinkoutuu alaspäin ja ne tulevat nopeammin alas, mutta osa nousee korkeammalle ja pysyvät siellä meidän näkökulmastamme ikuisesti. 

Kun heräämme siis uuteen aamuun huomenna, voi olla, että ihmiskunnalla on taakkanaan yhä isompi avaruusromuongelma.

Avaruudessa olevien kappaleiden määrä on jo nyt ongelma satelliittien laukaisijoille. Juuri viime viikolla Rocket Lab -yhtiön toimitusjohtaja Peter Beck harmitteli sitä, että laukaisuiden suunnittelu käy koko ajan hankalammaksi.

Suurin ongelma hänen kannaltaan ovat kuitenkin satelliittikonstellaatiot. Esimerkiksi SpaceX on laukaissut jo 775 Starlink-järjestelmänsä satelliittia avaruuteen, ja yhtiö aikoo laukaista kaikkiaan 30 000.

Eikä se ole yksin: vastaavia tietoliikennesatelliittikonstellaatioita suunnitellaan muuallakin, ja lisäksi monet muut satelliittioperaattorit, suomalainen Iceye muun muassa, kaavailee taivaalle yhden tai kahden satelliitin sijaan pientä laumaa satelliitteja. 

Bisnesmielessä tämä onkin järkevää, koska satelliittien tekeminen ja laukaiseminen on tullut edullisemmaksi, ja suuremmalla satelliittimäärällä saadaan katettua koko maapallo nopeammin ja paremmin.

Rocket Lab on tietysti osa tätä ongelmaa, koska sen Electron-raketti pystyy laukaisemaan näitä pikkusatelliitteja nopeasti ja kätevästi. Kuka tahansa voi ostaa heiltä laukaisun nettisivun kautta.

Kuten Beck toteaakin, ei satelliittien määrä sinällään ole ongelma, vaan se, että avaruudessa ei ole lennonjohtoa. Kukaan ei hallitse siellä liikennettä, vaan uusia satelliitteja laukaistaessa laukaisija itse – hieman yleistäen – tutkiskelee mitä satelliitteja on menossa milloinkin missäkin, ja koettaa sitten sujauttaa rakettinsa matkaan sellaiseen aikaan, ettei siitä ole haittaa kenellekään.

Monet avaruusalan toimijat ehdottavatkin jonkinlaista kansainvälistä järjestelyä, millä alle 1000 kilometrin korkeudessa olevia satelliitteja voitaisiin hallita paremmin. 

Mukana on tietysti sammuneita satelliitteja, joihin ei ole enää yhteyttä, sekä avaruusromua ja ohjauskyvyttömiä nanosatelliitteja, joilla ei voida tehdä tarpeen tullen väistöliikkeitä. Mutta jo niiden ottaminen paremmin ja keskitetymmin huomioon, parantaisi tilannetta.

Nyt tarkimmat tiedot kiertoradalla olevista kappaleista on sotilailla, ennen kaikkea Yhdysvaltain puolustushallinnolla. Olisi tärkeää, että avaruusliikenteen lennonjohto saataisiin siviilien hoidettavaksi ja kansainväliseksi. Muun muassa Euroopan avaruusjärjestö ja Nasa ovat tutkimassa asiaa.

Vielä paremmaksi tilanne muuttuu sitten, kun avaruusromua voidaan siivota. Tätä voitaisiin tehdä joko siivoojasatelliiteilla, jotka käyvät poimimassa isokokoisia sammuneita satelliitteja pois, tai vaikkapa ikään kuin suurilla kärpäspaperin tapaan toimivilla kappaleilla, joihin vapaasti lentelevät avaruusromun palaset tarttuvat.

Joitain kappaleita voitaisiin myös höyrystää laserilla ampumalla. 

Näistäkin avaruusjärjestöillä on jo suunnitelmia.

Satelliittikonstellaatiot eivät ole ainakaan näillä näkymin lisäämässä olennaisesti avaruusromun määrää, sillä ne ovat pääasiallisesti matalilla kiertoradoilla ja niitä voidaan ohjata alas tuhoutumaan ilmakehässä.

Starlink-satelliiteissa on myös eräänlainen automaattiohjaus, joka ohjaa satelliitin väistökurssille, jos toinen satelliitti tulee lähelle. 

SpaceX on myös ottanut käyttöön pienemmät turvavälit kuin perinteisesti on käytetty; nyt satelliittien ratoja muutetaan, jos niiden radat menevät ristiin siten, että välimatka olisi vain muutamia kilometrejä. Kun radat tunnetaan paremmin ja satelliittien ohjaaminen on tarkempaa, voitaisiin tätä varomatkaa lyhentää olennaisesti.

Tällä hetkellä tilanne on kuitenkin "first takes all", eli kun megakonstellaatioita ei ole säädelty kansainvälisesti, saa parhaimmat kiertoradat käyttöön se, joka nappaa ne ensimmäisenä. Tämä selittänee osaltaan sen tahdin, millä Starlink-verkostoa ollaan rakentamassa; tuorein laukaisu oli viime viikolla ja seuraavaa odotetaan lokakuun lopussa. Sitä seuraava laukaisu on suunnitteilla marraskuuksi.

Niin tylsää kuin se onkin, olisi tärkeää lähettää nyt diplomaatit ja juristit pohtimaan sitä, miten avaruuslennonjohto saataisiin aikaan mahdollisimman pian. 

Ja sen jälkeen pitää pohtia sitä, kuka tai ketkä alkavat korjata avaruusromua pois. 

Toivottavasti ensi yönä CZ-4C ja Parus vain suhahtavat toistensa ohitse, eikä törmäystä tule. Tapaus kuitenkin osoittaa taas kerran sen, että jotain täytyisi tehdä mahdollisimman pian.

Tämä artikkeli on julkaistu myös Ursan blogeissa.

Iridium 33:n ja Kosmos 2251:n törmäys.

Törmäyksiä on tapahtunut aikaisemminkin. Edellinen merkittävä tapaus oli 10. helminuuta 2009, kun Iridium 33 ja Kosmos 2251 törmäsivät toisiinsa 776 kilometrin korkeudessa Siperian päällä. Kuva näyttää miten törmäyksessä syntyneet osat olivat (laskennallisesti) levinneet 50 minuutin kuluessa törmäyksen jälkeen satelliittien radoille ja muuallekin.