Zbombardowani przez internet rzeczy. Szczątki rakiet spadają na Polskę

Od kilkudziesięciu godzin w mediach cyrkulują informacje o szczątkach rakiety Falcon 9, które spadły w okolicach Poznania, a dokładnie jej drugiego członu, który nie jest w stanie samodzielnie lądować. Zwykle jego deorbitacja jest kontrolowana, ale w przypadku startu rakiety SpaceX z 1 lutego nie udało się do tego doprowadzić. Przyczyny mogły być różne, utracony kontakt z rakietą, problem z ponownym odpaleniem silnika, by wprowadzić pozostałość rakiety na odpowiednią orbitę, albo zbyt wysoka orbita. Ta ostatnia możliwość oznacza, że rakieta zużyła całe swoje paliwo, by wynieść towar na odpowiednio wysoką orbitę. Potem nie jesteśmy już w stanie nią manewrować, a dalsza jej trajektoria zależy od tej początkowej.

Dotychczas spadające kosmiczne śmieci traktowaliśmy w kategorii wydarzeń, które nie dotyczą Polski. Jednakże to, co wydarzyło się ostatnio, a także kolejne ostrzeżenia przed spadającymi szczątkami rakiety Electron, tym razem wyprodukowanej przez Rocket Lab, która wystartowała 8 lutego z Nowej Zelandii, pokazują że problemu nie można bagatelizować. Fragmenty tej rakiety mogą znaleźć się nad Europą, w tym Polską, w czwartek. Zagrożenie powinno minąć po godzinie 21:56.

Start rakiety Electron, której fragmenty spadają nad Europą. (fot: Rocket Lab)

Rakiety SpaceX - zmniejszają liczbę śmieci, ale nie eliminują

SpaceX wraz z wprowadzeniem rakiet Falcon 9 pokazał, że można zbudować i masowo wykorzystywać wielokrotnie jedną rakietę. Jednak Falcon 9, który już ponad 450 razy startował, nie jest wciąż odpowiedzią na problem kosmicznych śmieci. Jej drugi człon nie jest odzyskiwalny i może stać się kosmicznym śmieciem, podobnie jak fragmenty każdej innej rakiety. Dopiero Starship zapoczątkuje erę rakiet w pełni wielokrotnego użytku.

Paradoksalnie, choć Starship będzie w stanie wylądować w dwóch kawałkach na Ziemi, to jego komercyjne wykorzystanie przyczyni się do jeszcze większej liczby kosmicznych śmieci na orbicie. Każdy satelita, który znajduje się na niskiej orbicie (zwykle do 600 km nad Ziemią), w niezbyt odległej przyszłości wejdzie w dolne warstwy atmosfery. Teoretycznie każdy taki obiekt powinien się w niej spalić, ale nie jest to regułą. Fragmenty górnych członów rakiet zwykle spadają po kilku dniach od startu.

O co chodzi z internetem rzeczy?

Nietrudno dostrzec powiązanie. Zarówno rakieta Falcon 9, jak i Rocket Lab, wynosiły satelity telekomunikacyjne. Służą one nie tylko jako przekaźniki internetowe czy stacje sieci komórkowych (w przypadku niektórych Starlinków). Umożliwiają też realizowanie połączeń z różnymi urządzeniami, w tym stale rosnącą liczbą produktów tzw. internetu rzeczy. To mogą być urządzenia stosowane w domu, ale też np. w pojazdach naziemnych. Wspomniana rakieta Electron wyniosła w kierunku orbity o pułapie 646 km nad Ziemią pięć satelitów dla francuskiej firmy Kinéis, która właśnie zajmuje się IoT.

Liczba startów rakiet z każdym rokiem będzie rosła. Wymaga tego natura megakonstelacji satelitarnych, których liczebność to nie dziesiątki czy setki, ale często nawet tysiące obiektów. To nie tylko Starlink, chińskie megakonstelacje Guowang i Qianfan docelowo mają mieć 13 i 15 tysięcy satelitów. Wymaga to licznych startów rakiet, może wiązać się z wykorzystaniem rakiet firm, które nie są w stanie zapewnić kontrolowanego spadku z orbity, za to gwarantują wolne miejsce w danym terminie. Szef Rocket Lab twierdzi, że jego klienci są skłonni ponieść z tego tytułu nawet większe koszty, niż gdyby miało to miejsce w przypadku lotów realizowanych przez SpaceX.

Śmieci kosmiczne na orbicie w liczbach

Gdy mowa o kosmicznych śmieciach, warto mieć na uwadze, że to nie tylko te obiekty, które spadły lub mogą spaść na Ziemię. Nawet jeśli dany obiekt pozostanie na orbicie przez dziesiątki czy setki lat, ze względu na brak możliwości kontrolowania jego trajektorii ruchu jest śmieciem i zagrożeniem. Może doprowadzić do fragmentacji innych sztucznych obiektów na orbicie, może też sam się rozpaść, wybuchnąć, gdy na pokładzie są resztki paliwa. Dotychczas zanotowano 650 takich wypadków na orbicie. Powstają w nich chmury mniejszych odłamków, które mogą stać się zagrożeniem dla ludzi w kosmosie na stacjach kosmicznych, ale też mogą wejść na kurs, który sprowadzi je na Ziemię znacznie szybciej, niż miało to nastąpić. Nawet niewielki odłamek na orbicie jest niebezpieczny ze względu na jego ogromną prędkość ponad 7 km/s - prędkość względna zderzających się obiektów może być jeszcze większa i przekraczać 10 km/s.

Obecnie sieci śledzenia orbitalnego mają pod kontrolą prawie 40 tysięcy obiektów na orbicie. Z tego 11 tysięcy to działające satelity, około 2660 to satelity lub fragmenty rakiet, które już nie są aktywne - te z nich, które są na niskich orbitach, stanowią największe zagrożenie. Na niskiej orbicie ziemskiej (do 2000 km) jesteśmy w stanie śledzić obiekty o rozmiarach 5-10 cm, na orbicie geostacjonarnej (ponad 36000 km) ich rozmiar musi przekraczać 30-100 cm, by były one zauważone przez naziemne teleskopy i radary. Śledzenie odbywa się także z wykorzystaniem systemów orbitalnych.

Spodziewana liczba kosmicznych śmieci jest szacowana na podstawie modeli numerycznych. ESA stosuje model MASTER-8, NASA ma do dyspozycji ORDEM. Europejski model sugeruje, że na orbicie znajduje się ponad 40 tysięcy kosmicznych śmieci o rozmiarze większym niż 10 cm. Tych większych niż 1 cm jest ponad 1,1 miliona, a tych o rozmiarach liczonych w milimetrach - nawet 130 milionów.

Jak często spadają na Ziemię niezapowiedziane śmieci?

Teoretycznie obiekt o rozmiarze 10 cm i większym ma szansę przetrwać lot przez atmosferę i dotrzeć do powierzchni Ziemi. Wpływają na to takie czynniki jak materiał, z którego jest wykonany, jego odporność na tarcie i wysokie temperatury, a nawet kształt. To, jakim czynnikom destrukcyjnym zostanie poddany taki fragment satelity czy rakiety, zależy od jego początkowej trajektorii, orientacji i kąta, pod jakim wchodzi w dolne warstwy atmosfery.

Trajektoria drugiego członu rakiety, który wszedł w atmosferę nad Polską. (fot: POLSA)

Fragmenty rakiety Falcon 9 (cały człon, który wszedł w atmosferę, ważył 4 tony), które znaleziono pod Poznaniem, mają wymiary około 1 metra, więc doskonale spełniają kryterium obiektu na tyle dużego, by dotrzeć do Ziemi. Ostrzeżenia ze spadającymi szczątkami rakiet nie specyfikują konkretnego momentu i miejsca spadku. Nawet niekontrolowanie (czyli bez wcześniej ustalonego miejsca spadku) części rakiety daje się do pewnego momentu śledzić, jednak ich ostatnie minuty lotu i miejsce dotarcia na Ziemię są obarczone dużymi błędami. Dlatego podawane jest tylko okienko czasowe, w jakim dane obiekty mogą spaść, i okolicę, gdzie to może się zdarzyć. W przypadku rakiety Elektron jest to dość szeroki zakres czasowy, bo od 9:48 do 21:56, a zagrożenie może dotyczyć 12 państw europejskich.

Takie sytuacje dotychczas zdarzały się kilka razy w roku. Pomijamy tu spadające fragmenty lub dolne człony rakiet tuż po starcie, bo tego nie da się uniknąć. Jedynie takie rakiety jak Falcon 9 i im podobne mogą ten problem wyeliminować. Niemniej kolejne człony rakiet docierają już na dużą wysokość, nieraz przekraczają granice kosmosu.

Sytuacja z 19 lutego 2025 r. jest pierwszym takim ważnym wypadkiem w tym roku. Z wydarzeń w 2024 r. w pamięci zapisał się fragment palety z akumulatorami, którą w 2021 r. wyrzucono z ISS. Spadł on na Florydzie. W tym samym roku jeszcze trzy razy odkryto fragmenty pojazdów, dwa razy były to elementy załogowych Dragonów SpaceX, a pod koniec roku pierścień rakiety (o średnicy 2,5 metra i wadze pół tony), który spadł na terenie Kenii.

Nawet jeśli fragmenty rakiety Electron zakończą swój lot jedynie jako efektowne atmosferyczne fajerwerki, to można spodziewać się, że w tym roku czeka nas jeszcze kilka podobnych incydentów jak ten spod Poznania. A ponieważ nad Polską przebiega trajektoria wielu satelitów, które są wynoszone na orbitę, to również resztki rakiet będą poruszały się podobnym torem, jeśli ich deorbitacja nie będzie odpowiednio kontrolowana.

Na razie mamy ogromne szczęście

W ciągu roku nawet kilkaset obiektów na orbicie może wejść w atmosferę - tylko w ubiegłym roku ponad 100 członów rakiet po starcie pozostało na orbicie. Większość z nich ulega zniszczeniu, spora część nawet jeśli spadnie, to na terenach niezamieszkałych (nie tylko nad lądami, ale też masami wodnymi, które zajmują około 71 proc. powierzchni Ziemi). Mimo to mamy ogromne szczęście, że dotychczas nie odnotowano śmiertelnych ofiar takich incydentów. Spadające fragmenty rakiet są zagrożeniem nie tylko dla osób na Ziemi, ale tez w jej pobliżu, w tym podróżujących samolotami. Pasażerowie często nawet nie zdają sobie sprawy, że piloci zmuszeni są wykonać manewry minimalizujące ryzyko zderzenia ze spadającym śmieciem kosmicznym.

Według artykułu, który pojawił się w "Nature" na początku tego roku, ważąca 10 gramów stalowa kostka, spadająca z orbity, jest zdolna całkowicie przebić kadłub samolotu. Taka, która waży 300 gramów, może go całkowicie zniszczyć. Wyliczenia prawdopodobieństwa wejścia kosmicznych śmieci w ciągu roku nad obszarami, gdzie ruch powietrzny jest intensywny (Europa jest takim regionem), to wartości rzędu kilkudziesięciu procent.

Dlatego choć nie powinniśmy panikować w przypadku odłamków spadających na Ziemię, bo znacznie większym zagrożeniem są dla człowieka choćby wypadki drogowe, to warto mieć na uwadze fakt, że prędzej czy później może dojść do niebezpiecznego zdarzenia z udziałem spadającego z orbity obiektu.