Z roku na rok ludzkość zwiększa swoją aktywność w przestrzeni otaczającej naszą planetę, a nawet rusza dalej w kierunku innych planet i mniejszych ciał w Układzie Słonecznym. 2025 rok zaowocował ponad trzystoma próbami dotarcia w kosmos agencji i firm z całego świata. Oznacza to, że średnio co około jeden dzień jedna z konstrukcji przekraczała umowną granicę kosmosu – Linię Karmana, wznoszącą się 100 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Najczęściej startuje (i ląduje) amerykański Falcon 9 od SpaceX, wynoszący głównie satelity internetowej konstelacji Starlink. To właśnie także dzięki wyjątkowej konstrukcji rakiety koszt wynoszenia ładunków w przestrzeń kosmiczną spadł z kilkudziesięciu tysięcy dolarów za kilogram do zaledwie kilkunastu. Dostęp do kosmosu ma w dzisiejszych czasach zdecydowanie więcej państw i prywatnych spółek, ale to nie oznacza, że problemy zniknęły. W tym referacie przedstawię współczesne wyzwania bezzałogowej eksploracji kosmosu (nie ujmując polityki budżetowej) skupiając się na na realnych przypadkach oraz pokazując sposoby radzenia sobie z kosmicznymi trudnościami.

! Poniższy tekst pierwotnie brał udział w finale wojewódzkim tegorocznej, już 52 edycji Ogólnopolskiego Młodzieżowego Seminarium Astronomiczno-Astronautycznego. Zgodę na opublikowanie pracy udzieliło Planetarium Śląskie w Chorzowie.

Kosmiczne śmieci

68 lat temu amerykanie wysłali w kosmos satelitę – grejpfrut. Vanguard-1, bo o nim mowa, był czwartym satelitą w historii wyścigu kosmicznego i pierwszym z panelami słonecznymi na pokładzie. To przypominające kształtem i wielkością wspomniany owoc urządzenie, po zakończeniu swojej misji, wraz z górnym stopniem rakiety która go wyniosła, pozostały do dnia dzisiejszego na orbicie wokół Ziemi. Tak naprawdę obie konstrukcje są śmieciami kosmicznymi – elementami jednego z największych problemów współczesnego latania w okolice naszej planety. Według raportu Europejskiej Agencji Kosmicznej (dalej ESA) na 2025 rok, odpadów zagrażających innym satelitom czy stacjom orbitalnym może być nawet około 1,2 miliona – obiekty powyżej 1 cm wielkości, a ponad 50 tysięcy obiektów powyżej 10 cm. Mimo, że te śmieci są w większości dość małe, ze względu na prędkość orbitalną, wynoszącą około 28 000 km/h, mają niszczycielską moc. Są w stanie zrobić dziury w tak ważnych elementach statku jak panele słoneczne (doświadczył tego m.in. Kosmiczny Teleskop Hubble’a) czy nawet zdolne są do rozsadzenia całego statku – prawdopodobnie to przydarzyło się rosyjskiemu satelicie szpiegowskiemu Luch po wysłaniu na orbitę cmentarną1 . Problem istnieje, ponieważ ilość śmieci kosmicznych wzrasta w porównaniu do ilości naturalnych powrotów do ziemskiej atmosfery. Pierwsza kolizja dwóch satelitów nastąpiła siedemnaście lat temu – amerykański Iridium-33 i rosyjski Kosmos2251 po zderzeniu utworzyły aż… 2300 zarejestrowanych odpadów. Na orbicie o wysokości 550 km znajduje się obecnie tyle samo śmieci, co aktywnych satelitów. Coraz bliższe wydaje się spełnienie wizji zaproponowanej przez amerykańskiego naukowca Donalda Kesslera – efekt kaskadowy doprowadzający do regularnych zderzeń między satelitami. Dlatego agencje kosmiczne zaczęły podejmować działania – każdy górny stopień wspomnianego Falcona 9 po zakończonej misji spala się w atmosferze, a ESA skróciła czas przebywania na LEO2 pięciokrotnie – z 25 na 5 lat. Oprócz tego agencja buduje pierwszą w historii sondę ClearSpace-1 mającą na celu usunięcie zużytego śmiecia – sondy PROBA-1 w 2029 roku. Musimy zapewnić, że przy aktualnym dążeniu kilku narodów do zdobycia Księżyca, tam już od niedalekiej przyszłości będziemy regularnie oczyszczać przestrzeń. Jest to ważne ze względu na skąpą atmosferę Srebrnego Globu w której obiekty nie mogą spłonąć jak w ziemskiej atmosferze.

Promieniowanie kosmiczne

Teraz przeniesiemy się w okolice Jowisza, gdzie od dekady pracuje amerykański orbiter Juno. W 2022 roku obrazy największej planety dostarczane przez główną kamerę – JunoCam – pokazały uszkodzenia. Wkrótce okazało się, że przyczyną błędów jest silne promieniowanie kosmiczne wokół planety. Aby zapobiec wadom instrumentów, większość komponentów elektronicznych sondy jest schowane w ochronnej tytanowej komorze. Problem w tym, że optyka kamery znajduje się poza nią, więc inżynierowie spodziewali się prawidłowego funkcjonowania JunoCam tylko do ósmej orbity wokół Jowisza. Obrazy wykazywały coraz więcej mankamentów, a sonda miała przed sobą przelot w pobliżu jednego z galileuszowych księżyców – Io. Postanowiono zastosować metodę wyżarzania (ang. annealing), polegającą na podgrzaniu instrumentu, a następnie jego powolnym chłodzeniu. Procedurę zastosowano dwa razy – najpierw podniesiono temperaturę JunoCam do około 25 stopni, a kilka orbit później do maksymalnych możliwych wartości. Wyżarzanie wyeliminowało uszkodzenia w zdjęciach do tego stopnia, że podczas przelotu w pobliżu wulkanicznego księżyca Jowisza obrazy były tak dobre jak na początku fazy operacyjnej misji. Metoda ta nie działa jednak stale – co jakiś czas konieczne jest jej ponowienie, jednak badająca Jowisza od 2016 roku sonda Juno pokazała procedurę przydatną dla aktualnych i nadchodzących misji w głębokim kosmosie. Promieniowanie kosmiczne to obecnie jedno z największych wyzwań zarówno w eksploracji robotycznej, jak i załogowej. Pochodzi ono z kilku źródeł – z głębi galaktyki (Galactic Cosmic Rays – GCR), cząstek uwięzionych w pasach radiacyjnych wokół Ziemi, czy z wyrzutów materii ze Słońca.

Niebezpieczna aktywność słoneczna

Nasza dzienna gwiazda to nie tylko źródło światła i ciepła na Ziemi, ale także przyczyna jednego z największych wyzwań współczesnej astronautyki. Słońce przechodzi przez swoje cykle, trwające około 11 lat – od czasu minimum do maksimum słonecznego. Właśnie podczas tej drugiej fazy, na powierzchni gwiazdy zaczyna pojawiać się coraz więcej plam słonecznych, które są wskaźnikiem wzrostu aktywności. Obserwujemy coraz więcej rozbłysków i koronalnych wyrzutów masy (CME), czyli chmur plazmy i silnie naładowanej materii ze Słońca. Kiedy takie intensywne cząsteczki zbliżają się do naszej planety, odrzuca je głównie ziemska magnetosfera i atmosfera, jednak nie całkowicie. Część z nich dociera do Ziemi co możemy zauważyć na nocnym niebie w postaci zorzy polarnej (którą możemy coraz częściej obserwować nawet z terenu Polski!). Pomimo tych pięknych filarów na nieboskłonie, wysoka aktywność gwiazdy ma też swoje drugie oblicze – może spowodować utrudnienia w funkcjonowaniu nawigacji GPS, sieci energetycznych, satelitów krążących wokół nas, zakończyć misję statków kosmicznych czy opóźnić start rakiety. W ostatnich miesiącach tego typu incydentów było niezwykle dużo, ponieważ Słońce znajduje się aktualnie w okolicach maksimum 25 notowanego cyklu słonecznego. Co ciekawe, aktywność słoneczna dosłownie pochłania groźniejsze promieniowanie galaktyczne, co oznacza, że według badań ESA maksimum słoneczne może być najbezpieczniejszym momentem na podróże w głęboki kosmos.

Kiedy nasza dzienna gwiazda emituje kolejne rozbłyski, ziemska atmosfera znacznie się rozszerza, co powoduje szybsze ścieranie się satelitów krążących na niskiej orbicie z cząsteczkami powietrza. Ostatecznie prowadzi to do dużo częstszych i nieplanowanych deorbitacji statków kosmicznych – taki los spotkał w ostatnich latach kilkaset satelitów wspomnianej konstelacji internetowej Starlink od SpaceX. W 2022 roku jeszcze przed maksimum tego cyklu słonecznego, po wyniesieniu kolejnej paczki 49 tych urządzeń firma poinformowała o wejściu w atmosferę ponad 81% z nich. Aktywność słoneczna wpływa nie tylko na to, co znajduje się nad naszymi głowami, lecz także może być powodem przesunięcia startu rakiety. Taka sytuacja nastąpiła w listopadzie 2025 roku przed drugim startem 98-metrowej konstrukcji New Glenn od Blue Origin. Wystrzelenie rakiety w pierwotnym terminie mogłoby skończyć się źle dla dwóch ładunków tej misji – marsjańskich orbiterów ESCAPADE. Jednym z celów statków będzie badanie interakcji wiatru słonecznego – stałego strumienia cząstek ze Słońca – z otoczeniem magnetycznym Czerwonej Planety. Paradoksalnie to właśnie podwyższona w tamtym czasie aktywność naszej gwiazdy przełożyła o kilka dni start, mimo, że nie jest to priorytetowa misja NASA. Ostatecznie wystrzelenie przełożono tylko o kilkanaście godzin, a sam start zakończył się pełnym sukcesem, wypuszczając dwie bliźniacze sondy Blue i Gold w kierunku punktu L2.

Spadające teleskopy

Około 560 kilometrów nad powierzchnią naszej planety 19 maja 2009 roku załoga misji STS-125 wypuściła z wahadłowca Atlantis Kosmiczny Teleskop Hubble’a, spełniając główny cel piątej i ostatniej misji serwisowej jednego z najbardziej wyjątkowych obserwatoriów wszechświata. Od tamtej pory HST okresowo obniża swoją orbitę, głównie za sprawą zmieniającego się cyklu słonecznego. Podczas minimum teleskop obniża swoją orbitę średnio o około 520 metrów rocznie, aż do nawet 15,6 – 31,2 kilometrów rocznie w trakcie maksimum. Ten dość powolny, jednak skuteczny proces doprowadzi w ciągu następnych kilku lat do spłonięcia tego 36-letniego teleskopu. Aktualnie NASA nie planuje misji ratunkowej Hubble’a, choć agencja rozpatrzyła propozycję użycia kapsuły Dragon. Statek ten w ramach programu Polaris miałby odpalić swoje silniki i tym samym podnieść orbitę obserwatorium. Warto wspomnieć, że Dragony są zdolne do takich manewrów – zadokowane do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, regularnie podnoszą orbitę kosmicznego laboratorium zapewniając jej żywotność na następne lata. Szczęśliwszego niż Hubble losu doczeka się inny teleskop amerykańskiej agencji – Swift, znajdujący się na orbicie wokół Ziemi od dwunastu lat. W czerwcu 2026 roku w kierunku obserwatorium badającego rozbłyski gamma na pokładzie rakiety Pegasus-XL wyrusza misja ratunkowa. NASA przekazała firmie Katalyst kontrakt o wartości 30 milionów dolarów na zaprojektowanie statku LINK, który precyzyjnie zbliży się do teleskopu i podwyższy jego coraz bardziej obniżającą się orbitę. Co warte dodania, Swift nie był zaprojektowany do tego typu operacji, dlatego będzie to pierwsza tego typu misja bez wcześniejszego przygotowania “ratowanego” statku. Katalyst planuje w kolejnym roku wysłać kolejny statek NEXUS, który tym razem umieści na jednym z satelitów Sił Kosmicznych USA nowy sprzęt, a następnie zbliży się do kolejnego celu – tym razem komercyjnego.

Podsumowanie

Podsumowując, eksploracja kosmosu wiąże się z pokonaniem wielu trudności – zarówno tych stworzonych przez nieprawidłową politykę postępowania na orbicie okołoziemskiej, jak i naturalnych – promieniowanie kosmiczne czy aktywność słoneczna, które są czynnikami niezdolnymi do opanowania. Coraz więcej organizacji rozpoczyna swoją własną kosmiczną ścieżkę i jak widać, wspólnym działaniem próbujemy mieć kontrolę nad wyzwaniami i znajdywać rozwiązania na problemy. Pokonywanie trudności ma swój wyższy cel – dzięki lataniu w kosmos jako ludzkość poszerzamy swoje horyzonty oraz odkrywamy nieznane. Z każdym startem poszerzamy swoje doświadczenie i rozwijamy technologię, która kiedyś przyda się tutaj, na naszej planecie. Eksploracja przestrzeni kosmicznej czyni nas gatunkiem poszukiwawczym, próbującym znaleźć naszą pozycję i sens w otaczającym nas wokół wszechświecie.