Vlečni žarki iz fantazijskih filmov bi lahko postali realnost

Serija Star Wars: Andor je bila prijetno presenečenje letošnjega leta. Ne samo, da smo dobili odlično pripoved in da je franšiza Star Wars po dolgem času dobila svežo vsebino, priča smo lahko bili tudi prizoru, ki nam bo za vedno ostal v spominu. Govorimo o vesoljskem dvoboju – na eni strani je bil vodja upornikov Luthen, na drugi imperialistična vojna ladja, ki je upornika ujela z vlečnim žarkom.

Tehnologija vlečnega žarka pa bi lahko postala resničnost. Znanstveniki razvijajo elektrostatični vlečni žarek z zelo podobno zmogljivostjo, kot smo je vajeni iz znanstvenofantastičnih filmov. Od tega, da bomo z njim lovili vesoljske nepridiprave, smo oddaljeni še kar nekaj svetlobnih let. Uporabljali pa naj bi ga za odstranjevanje vesoljskih odpadkov iz Zemljine orbite.

Pričakovanja so visoka. Komercialna vesoljska industrija je nepričakovano zacvetela po zaslugi najbogatejših Zemljanov. Elon Musk, Jeff Bezos, Blue Origin, Virgin Galactic … To so imena posameznikov in podjetij, ki na vesoljske turistične izlete pošiljajo tiste z najglobljimi denarnicami. Z vnovičnim vlaganjem v vesoljsko industrijo pa se porajajo vprašanja o onesnaževanju. V prihodnjih letih države, ki zajetno vlagajo v to novo vesoljsko dirko (ZDA, Rusija, Kitajska …), načrtujejo lansiranje več satelitov v že tako nasičeno Zemljino orbito.

Sčasoma bi lahko nedelujoči in okvarjeni sateliti ter vsi ostanki od komercialnih vesoljskih letov orbito spremenili v ogromno odlagališče odpadkov. Velika nevarnost so tudi trki v delujoča vesoljska plovila, strmoglavljenje delcev na Zemljo, onesnaženje ozračja s kovinami in podobno. Strokovnjaki opozarjajo, da je cvetoča vesoljska industrija v nevarnosti, da se bo ustavila, še preden je dobro razprla krila.

Na pomoč bi lahko priskočil elektrostatični vlečni žarek, ki bi nedelujoča plovila in satelite pomaknil na varno. Za zdaj ni jasno, ali je s tem mišljeno nazaj na Zemljo za namene recikliranja ali v prostrano vesolje. Medtem ko vlečni žarek ne bi popolnoma rešil težave odpadkov v vesolju, ima koncept kar nekaj prednosti pred drugimi predlaganimi metodami odstranjevanja vesoljskih odpadkov.

Prototip bi lahko stal milijone ameriških dolarjev, delujoča različica v polnem obsegu pa še veliko več. A če bo mogoče premagati finančne ovire, bi lahko vlečni žarek zaživel že v naslednjem desetletju, pravijo njegovi graditelji. »Znanost ima dokaze, financiranja pa ni,« je povedala raziskovalka projekta Kaylee Champion, doktorska študentka na Oddelku za vesoljske inženirske vede na Univerzi Colorado Boulder.

Umetna gravitacija ni dosegljiva s človeško tehnologijo

Tehnologija umetne gravitacije, ki je bila prikazana v seriji Star Wars, je zagotovo izven dosega človeške tehnologije. Toda koncept je navdihnil Hanspeterja Schauba, profesorja vesoljskega inženirstva na Univerzi Colorado Boulder, da ustvari bolj realistično različico.

Schaub je prvič dobil idejo po prvem večjem trčenju satelitov leta 2009, ko je delujoči komunikacijski satelit Iridium 33 trčil v nedelujoče rusko vojaško vesoljsko plovilo Kosmos 2251 in v Zemljino orbito raztresel več kot 1800 kosov odpadkov. Po tej katastrofi je Schaub želel preprečiti, da bi se to ponovilo. Da bi to uresničil, je ugotovil, da lahko vesoljska plovila izvlečemo na varno, če uporabimo privlačnost med pozitivno in negativno nabitimi predmeti, da se »zlepijo« skupaj.

V naslednjem desetletju so Schaub in sodelavci izpopolnili koncept. Zdaj upajo, da ga bo nekoč mogoče uporabiti za premikanje mrtvih satelitov iz geostacionarne orbite oziroma orbite okoli Zemljinega ekvatorja, kjer se hitrost predmeta ujema z rotacijo planeta, zaradi česar se zdi, kot da je predmet pritrjen na svoje mesto nad določeno Zemljino točko. To bi nato sprostilo prostor za druge objekte v orbiti.

Kako deluje elektrostatični vlečni žarek?

Elektrostatični vlečni žarek bi uporabil servisno vesoljsko plovilo, opremljeno s pištolo z elektroni, ki bi izstrelila negativno nabite elektrone na nedelujoč satelit, je povedala Championova. Elektroni bi tarči dali negativen naboj, medtem ko bi servisnemu plovilu pustili pozitiven naboj. Pojasnjuje, da bi elektrostatična privlačnost držala objekta skupaj, čeprav ju ločuje 20 do 30 metrov praznega prostora.

Ko bi bila plovilo in tarča »zlepljena skupaj«, bi serviser lahko tarčo potegnil iz orbite, ne da bi se je dotaknil. V idealnem primeru bi nedelujoči satelit oziroma tarčo potegnili v »pokopališko orbito«, ki je bolj oddaljena od Zemlje. Tam bi lahko večno varno lebdela.

Elektrostatična privlačnost med obema vesoljskima ploviloma bi bila izjemno šibka zaradi omejitev v tehnologiji puške z elektroni in razdalje, na kateri bi morali biti plovili, da bi preprečili trke, je povedal raziskovalec projekta Julian Hammerl, doktorski študent na CU Boulder. Servisno plovilo bi se torej moralo premikati zelo počasi in lahko bi trajalo več kot mesec dni, da bi v celoti premaknili en sam satelit iz orbite.

Hitrost je »glavna razlika med znanstveno fantastiko in resničnostjo,« je zaključil Hammerl.

Prednosti in omejitve

Elektrostatični vlečni žarek bi imel eno veliko prednost pred drugimi predlaganimi metodami odstranjevanja vesoljskih odpadkov, kot so velikanske mreže in harpune ter fizični priklopni sistemi – deloval bi brez dotika.

»Velika, mrtva vesoljska plovila velikosti šolskega avtobusa se vrtijo zelo hitro,« je dejal Hammerl. »Če streljate s harpuno ali uporabite veliko mrežo, lahko fizični stik poškoduje delujoče vesoljsko plovilo in na ta način le še povečate problem vesoljskih odpadkov.«

Znanstveniki so predlagali tudi druge metode brez dotika, kot je uporaba močnih magnetov, vendar je izdelava ogromnih magnetov izredno draga in bi verjetno motila krmilni sistem servisnega plovila.

Glavna omejitev elektrostatičnega vlečnega žarka je njegova hitrost oziroma to, da je metoda počasna. Okoli Zemlje pa že zdaj kroži več kot 550 satelitov in pričakujemo lahko, da bo to število v prihodnjih desetletjih močno naraslo.

Če bi satelite premikali drugega za drugim, en sam elektrostatični vlečni žarek ne bi dohajal števila satelitov, katerim se izteka življenjska doba. Potrebovali bi jih več. Druga omejitev elektrostatičnega vlečnega žarka je, da bi deloval prepočasi, da bi bil praktičen za čiščenje manjših kosov vesoljskih odpadkov.

Največja ovira pa so stroški. Ekipa še ni opravila popolne analize stroškov za novo tehnologijo, vendar bi po besedah Schauba verjetno potrebovali več deset milijonov dolarjev. Ko pa bi bilo servisno plovilo v vesolju, bi bilo njegovo upravljanje razmeroma učinkovito.

Kakšne ovire jih čakajo v prihodnjih letih?

Raziskovalci trenutno delajo na seriji poskusov v laboratoriju za elektrostatično polnjenje za interakcije med plazmo in vesoljskim plovilom (ECLIPS) na Univerzi Colorado Boulder. Kovinska vakuumska komora velikosti kopalne kadi, ki je opremljena z elektronsko pištolo, omogoča ekipi, da »izvaja edinstvene eksperimente, ki jih trenutno ne more narediti skoraj nihče drug«. Tako simulirajo učinke elektrostatike v manjšem obsegu.

Ko bo ekipa pripravljena, bo zadnja in najzahtevnejša ovira zagotoviti sredstva za prvo misijo. Večina stroškov misije bi nastala pri gradnji in zagonu servisnega plovila z vlečnim žarkom. Vendar pa bi raziskovalci v idealnem primeru za prvi preizkus radi izstrelili dva satelita – vlečni žarek in tarčo, s katero bi lahko upravljali, kar bi pomenilo več nadzora nad njihovimi poskusi, a tudi podvojilo stroške.

V primeru uspešnega financiranja bi lahko projekt zaživel v 10 letih.