Vučne grede iz fantastičnih filmova mogle bi postati stvarnost

Serijal Ratovi zvijezda: Andor bio je ugodno iznenađenje ove godine. Ne samo da smo dobili sjajan narativ i Star Wars franšiza je nakon dugo vremena dobila svježi sadržaj, već smo svjedočili i sceni koja će nam zauvijek ostati u sjećanju. Govorimo o svemirskom dvoboju - s jedne strane bio je vođa pobunjenika Luthen, s druge imperijalistički ratni brod koji je zarobio pobunjenika vučnom zrakom.

Ali tehnologija traction beam mogla bi postati stvarnost. Znanstvenici razvijaju elektrostatičku vučnu zraku s performansama vrlo sličnim onima na koje smo navikli iz filmova znanstvene fantastike. Prilično smo svjetlosnih godina udaljeni od toga da ga upotrijebimo za lov na izvanzemaljce. Pretpostavlja se da će se koristiti za uklanjanje svemirskog otpada iz Zemljine orbite.

Očekivanja su velika. Komercijalna svemirska industrija neočekivano je procvjetala zahvaljujući najbogatijim Zemljanima. Elon Musk, Jeff Bezos, Blue Origin, Virgin Galactic... Imena su to pojedinaca i kompanija koje šalju one s najdubljim novčanicima na svemirska turistička putovanja. S obnovljenim ulaganjima u svemirsku industriju, međutim, postavljaju se pitanja o onečišćenju. U nadolazećim godinama zemlje koje ulažu velika sredstva u ovu novu svemirsku utrku (SAD, Rusija, Kina...) planiraju lansirati još satelita u već zasićenu Zemljinu orbitu.

Naposljetku, neispravni i oštećeni sateliti i svi ostaci komercijalnih svemirskih letova mogli bi orbitu pretvoriti u golemu deponiju otpada. Veliku opasnost predstavljaju i sudari s operativnim letjelicama, rušenje čestica na Zemlju, kontaminacija atmosfere metalima i slično. Stručnjaci upozoravaju da je svemirska industrija u procvatu u opasnosti da se zaustavi prije nego što u potpunosti raširi svoja krila.

Elektrostatička vučna zraka mogla bi priskočiti u pomoć, premještajući onesposobljene letjelice i satelite na sigurno. Još nije jasno znači li to povratak na Zemlju u svrhu recikliranja ili u svemir. Iako potisna zraka ne bi u potpunosti riješila problem svemirskog otpada, koncept ima nekoliko prednosti u odnosu na druge predložene metode zbrinjavanja svemirskog otpada.

Prototip bi mogao koštati milijune američkih dolara, a puna radna verzija mogla bi koštati mnogo više. Ali ako se uspiju prevladati financijske prepreke, vučna greda bi mogla biti operativna već u sljedećem desetljeću, kažu njeni graditelji. "Znanost ima dokaze, ali nema sredstava", rekla je istraživačica projekta Kaylee Champion, doktorandica na Odsjeku za zrakoplovno inženjerstvo na Sveučilištu Colorado Boulder.

Umjetna gravitacija nije ostvariva ljudskom tehnologijom

Tehnologija umjetne gravitacije koja je prikazana u seriji Ratovi zvijezda definitivno je izvan dosega ljudske tehnologije. Ali koncept je nadahnuo Hanspetera Schauba, profesora zrakoplovnog inženjerstva na Sveučilištu Colorado Boulder, da stvori realističniju verziju.

Schaub je prvi put dobio ideju nakon prvog velikog sudara satelita 2009. godine, kada se funkcionalni komunikacijski satelit Iridium 33 sudario s ruskom vojnom svemirskom letjelicom Kosmos 2251 koja nije bila u funkciji, poslavši više od 1800 komada krhotina u Zemljinu orbitu. Nakon te katastrofe, Schaub je želio spriječiti da se to ponovi. Da bi se to dogodilo, otkrio je da svemirske letjelice možemo izvući na sigurno korištenjem privlačnosti između pozitivno i negativno nabijenih objekata kako bismo ih "zalijepili" zajedno.

Tijekom sljedećeg desetljeća, Schaub i kolege doradili su koncept. Sada se nadaju da će se jednog dana moći koristiti za premještanje mrtvih satelita iz geostacionarne orbite ili orbite oko Zemljinog ekvatora, gdje se brzina objekta podudara s rotacijom planeta, čineći da se čini kao da je objekt fiksiran na mjestu iznad određene točke na Zemlji . To bi onda oslobodilo prostor za druge objekte u orbiti.

Kako radi elektrostatička vučna greda?

Elektrostatski vučni snop koristio bi servisnu svemirsku letjelicu opremljenu elektronskim topom koji bi ispalio negativno nabijene elektrone na nefunkcionalni satelit, rekao je Champion. Elektroni bi meti dali negativan naboj dok bi napuštali servisnu posudu s pozitivnim nabojem. Objašnjava da bi elektrostatsko privlačenje držalo objekte zajedno iako ih dijeli 20 do 30 metara praznog prostora.

Nakon što su letjelica i meta bili "zalijepljeni", serviser je mogao izvući metu iz orbite bez dodirivanja. U idealnom slučaju, neaktivni satelit ili meta bili bi povučeni u "grobljansku orbitu", koja je dalje od Zemlje. Mogla je tamo sigurno plutati zauvijek.

Elektrostatsko privlačenje između dviju svemirskih letjelica bilo bi izuzetno slabo zbog ograničenja u tehnologiji elektronskih topova i udaljenosti koju bi letjelica morala imati da izbjegne sudare, rekao je istraživač projekta Julian Hammerl, doktorand na CU Boulder. Dakle, servisna letjelica bi se morala kretati vrlo sporo i moglo bi trebati više od mjesec dana da potpuno pomakne jedan satelit iz orbite.

Brzina je "glavna razlika između znanstvene fantastike i stvarnosti", zaključio je Hammerl.

Prednosti i ograničenja

Elektrostatička vučna zraka imala bi jednu veliku prednost u odnosu na druge predložene metode uklanjanja svemirskog otpada, kao što su divovske mreže i harpuni i fizički sustavi za spajanje – radila bi bez dodirivanja.

"Velika, mrtva svemirska letjelica veličine školskog autobusa vrti se vrlo brzo", rekao je Hammerl. "Ako pucate harpunom ili koristite veliku mrežu, fizički kontakt može oštetiti svemirsku letjelicu koja radi i tako povećati problem svemirskog otpada."

Znanstvenici su predložili druge beskontaktne metode, poput korištenja snažnih magneta, ali izrada ogromnih magneta je izuzetno skupa i vjerojatno bi ometala sustav upravljanja servisnog plovila.

Glavno ograničenje elektrostatske vučne zrake je njena brzina, odnosno činjenica da je metoda spora. Oko Zemlje već kruži više od 550 satelita, a možemo očekivati da će taj broj značajno porasti u narednim desetljećima.

Kad bi se sateliti pomicali jedan za drugim, jedna elektrostatska vučna zraka ne bi mogla pratiti broj satelita koji dolaze do kraja svog životnog vijeka. Trebalo bi nam ih više. Još jedno ograničenje elektrostatske vučne zrake je to što bi radila presporo da bi bila praktična za čišćenje manjih komada svemirskog otpada.

Najveća prepreka su troškovi. Tim još nije napravio punu analizu troškova za novu tehnologiju, ali bi ona vjerojatno koštala desetke milijuna dolara, prema Schaubu. Međutim, kada bi servisna letjelica bila u svemiru, upravljanje njome bi bilo relativno učinkovito.

Koje ih prepreke čekaju u narednim godinama?

Istraživači trenutno rade na nizu eksperimenata u Electrostatic Charging Laboratory for Plasma-Spacecraft Interactions (ECLIPS) na Sveučilištu Colorado Boulder. Metalna vakuumska komora veličine kade opremljena elektronskim pištoljem omogućuje timu "izvođenje jedinstvenih eksperimenata koje gotovo nitko drugi trenutno ne može izvesti". Stoga simuliraju učinke elektrostatike u manjem mjerilu.

Kad tim bude spreman, posljednja i najizazovnija prepreka bit će osiguravanje sredstava za prvu misiju. Većina troškova misije nastala bi u izgradnji i puštanju u pogon servisnog broda za tegljenje. Međutim, istraživači bi idealno željeli lansirati dva satelita za prvi test – vučnu zraku i metu koju bi mogli kontrolirati, što bi značilo veću kontrolu nad njihovim eksperimentima, ali i udvostručenje troškova.

U slučaju uspješnog financiranja, projekt bi mogao zaživjeti za 10 godina.