Zarządzanie ruchem kosmicznym: kto ustępuje pierwszeństwa w przestrzeni kosmicznej?

Liczba satelitów na orbicie szybko rośnie, a wraz z nią ryzyko kolizji między operatorami, którzy nie zawsze stosują się do wspólnych norm lub procedur. W niniejszym artykule omówiono, dlaczego dla zapewnienia bezpiecznego i zrównoważonego wykorzystania przestrzeni kosmicznej w nadchodzących dziesięcioleciach kluczowe znaczenie będzie miało zarządzanie ruchem kosmicznym.

Poniedziałek rano. Schodzisz do garażu, żeby pójść do biura. Na klatce spotykasz jednego ze swoich sąsiadów. Nie ma sprawy, ustaliliście, że to on ustąpi pierwszeństwa. Wyjeżdżając z garażu, mijasz samochód z innej wspólnoty, z którą również zawarto podobną umowę.

Nieco dalej sytuacja się zmienia. Nieznany samochód jedzie naprzeciwko ciebie tym samym pasem ruchu. Nie znacie się, nie ma żadnego porozumienia, nie ma też organu drogowego, który wskazałby, kto powinien ustąpić pierwszeństwa. Oboje zatrzymujecie się, opuszczacie szybę i uzgadniacie, kto będzie manewrował.

A teraz wyobraź sobie tę samą sytuację, ale bez możliwości zatrzymania samochodu. Podczas podejmowania decyzji, co zrobić, oboje jedziecie dalej. A do tego robicie to z zawiązanymi oczami, kierując się wyłącznie wskazówkami kontrolerów ruchu, którzy znają obecne i przyszłe ruchy pozostałych pojazdów.

Coś podobnego ma dziś miejsce w kosmosie. Tysiące satelitów krąży wokół Ziemi bez jasnych i uznanych na arenie międzynarodowej zasad, które pozwoliłyby na sprawną i jednoznaczną koordynację ruchu kosmicznego. Właśnie to wyzwanie stara się rozwiązać system znany jako Space Traffic Management (STM).

Ponadto satelity eksploatacyjne dzielą przestrzeń kosmiczną z ogromną ilością kosmicznych śmieci: starymi satelitami wycofanymi z eksploatacji, resztkami po startach oraz odłamkami powstałymi w wyniku eksplozji lub zderzeń. W sumie wokół Ziemi krąży obecnie ponad 16 000 ton sztucznych obiektów.

Oczy ruchu kosmicznego

Aby taka koordynacja była możliwa, operatorzy satelitów muszą wiedzieć, jakie obiekty znajdują się w ich otoczeniu i jak będą przebiegać ich trajektorie. Właśnie taka jest rola systemów nadzoru i śledzenia obiektów kosmicznych (SST – Space Surveillance and Tracking). W Europie zadanie to spoczywa na systemie EU SST (European Union Space Surveillance and Tracking), który oprócz innych funkcji obsługuje dwa zajmujące się ostrzeganiem przed kolizjami centra kontroli – jedno w Hiszpanii, a drugie we Francji; te współpracują ze sobą w celu zapewnienia obsługi setek satelitów operacyjnych na całym świecie.

Firma GMV, na mocy umowy zawartej z Hiszpańską Agencją Kosmiczną i przy wsparciu finansowym programu EU SST, odpowiada za obsługę i utrzymanie hiszpańskiego centrum monitorowania i śledzenia obiektów kosmicznych, S3TOC (Spanish Space Surveillance and Tracking Operations Centre).

Kiedy problemem były odpady

Jeszcze zaledwie dziesięć lat temu na orbicie krążyło od 2000 do 3000 działających satelitów, które dzieliły przestrzeń z kosmicznymi śmieciami. Sytuacja daleka była od ideału, zwłaszcza ze względu na obecność fragmentów zbyt małych, by można je było rutynowo obserwować, ale wystarczająco dużych, by w razie zderzenia zniszczyć satelitę.

Wysuwano obawy dotyczące znanego efektu Kesslera: reakcji łańcuchowej, w której każde zderzenie powoduje powstanie nowych odłamków, które z kolei wywołują kolejne zderzenia.

Chociaż efekt Kesslera nadal stanowi zagrożenie, z punktu widzenia koordynacji ruchu sytuacja była stosunkowo prosta. Większość zagrożeń wynikała z obecności obiektów niezdolnych do manewrowania, a ostrzeżenia pomiędzy satelitami zdolnymi do manewrowania były rzadkością. Wracając do naszej drogi do biura: jeśli na środku drogi leży kamień, to on się nie przesunie i jasne jest, kto musi się mu ustąpić.

Rozkwit konstelacji

Wdrożenie wielkich konstelacji służących do komunikacji i obserwacji Ziemi spowodowało gwałtowny wzrost liczby satelitów, zwłaszcza na niskiej orbicie. Obecnie jest ich około 16 000, z czego ponad 12 000 znajduje się na niskiej orbicie.

Z perspektywy osób, które na co dzień zajmują się tą dziedziną, zmiana sytuacji w ostatnich latach jest oczywista: przypadki kolizji między satelitami manewrującymi przestały być sporadyczne i stały się czymś powszechnym.

Czasami sytuacja jest prosta. Operatorzy znają się nawzajem, komunikacja między nimi przebiega płynnie, a czasem nawet wcześniej ustalają, kto ma wykonać manewr. Koordynacja przebiega szybko i sprawnie.

Są jednak również przypadki znacznie bardziej złożone. Możemy natrafić na satelitę, którego operator jest nieznany, dla którego nie istnieje punkt kontaktowy ds. operacyjnych lub na temat zdolności manewrowych którego nie ma dostępnych informacji. Kto powinien wykonać manewr wymijania? Co się stanie, jeśli obaj operatorzy postanowią to zrobić? A co, jeśli nikt tego nie zrobi?

Brak przejrzystych zasad zwiększa niepewność i postrzeganie ryzyka w środowisku, które ma coraz większe znaczenie gospodarcze i strategiczne.

Prognozy wskazują, że tendencja ta utrzyma się w nadchodzącej dekadzie. Różne szacunki wskazują, iż w najbliższych latach liczba satelitów na orbicie wyniesie kilkadziesiąt tysięcy, choć międzynarodowe działania mające na celu ograniczenie powstawania nowych odpadów kosmicznych mogą spowolnić ten wzrost.

Od monitoringu do zarządzania ruchem kosmicznym

Jeśli tak się stanie, dotychczasowy scenariusz, w którym satelity omijały śmieci kosmiczne, ustąpi miejsca sytuacji, w której dziesiątki tysięcy satelitów będą musiały koordynować swoje ruchy.

Wszystko to podkreśla potrzebę przejścia na prawdziwy system zarządzania ruchem kosmicznym (STM): zbiór norm, procedur i mechanizmów koordynacyjnych, które umożliwią bezpieczne oraz zrównoważone działania w coraz bardziej zatłoczonym środowisku.

Wróćmy do bohatera naszej opowieści. Na zatłoczonej drodze nikt nie kwestionuje potrzeby stosowania znaków drogowych, przepisów i mechanizmów koordynacji. Bez nich poruszanie się byłoby niemożliwe.

Dobrą wiadomością jest to, że na arenie międzynarodowej rośnie świadomość pilnej potrzeby zajęcia się tym problemem. Organizacja Narodów Zjednoczonych, organizacje normalizacyjne, takie jak ISO, oraz różne inicjatywy promowane przez Unię Europejską, takie jak EU Space Act, już działają nad określeniem wspólnych ram. Równolegle, dzięki porównaniom różnych dostawców usług, takim jak te przeprowadzone między europejskim systemem EU SST a jego amerykańskim odpowiednikiem, TraCSS (Traffic Coordination System for Space), poczyniono postępy również na płaszczyźnie technicznej.

Zarządzanie ruchem kosmicznym idzie w tym samym kierunku, w którym wcześniej poszedł ruch samochodowy, a także żegluga i lotnictwo. Różnica polega na tym, że w kosmosie nie ma pojęcia suwerenności, pojazdy poruszają się z prędkością prawie 28 000 kilometrów na godzinę, a jedna błędna decyzja może spowodować powstanie odłamków, które pozostaną na orbicie przez dziesiątki lat. Osiągnięcie międzynarodowych porozumień w sprawie zarządzania ruchem kosmicznym nie jest już kwestią przyszłości – to konieczność, aby przestrzeń kosmiczna pozostała środowiskiem bezpiecznym, zrównoważonym i dostępnym dla wszystkich.

Autor(k)a: María Antonia Ramos