Jsou návraty družic bezpečné? Co znamenal neřízený vstup evropského satelitu ERS-2 do zemské atmosféry

Co vlastně neřízený návrat družice ERS-2 od Evropské kosmické agentury (ESA) na Zemi znamenal?

Nejprve je třeba si připomenout, že lidstvo již necelých sedm dekád vysílá na oběžné dráhy kolem Země umělé družice. Pokud tyto satelity obíhají ve výšce 800 kilometrů nad povrchem Země nebo níže, pravděpodobně během maximálně několika dekád tyto družice nebo jejich zbytky či úlomky spadnou zpět na povrch Země.

Příčinou tohoto jevu je zejména velmi řídký plynový obal Země, který má sice v místech jejich oběhu velmi nízkou hustotu, avšak přesto neustálým slabým brzděním družic způsobuje postupné snižování jejich oběžných drah. Družice tak klesají stále níž, do míst, kde hustota zbytků atmosféry pomalu roste a životnost oběžné dráhy postupně klesá.

Ve výškách kolem 200 km se již životnost družice na oběžné dráze počítá na dny či pár desítek dnů a pod 150 km již jen na hodiny nebo jejich desítky. Poté satelit vlivem již mnohem intenzivnějšího brzdění vstoupí do skutečně hustých vrstev atmosféry pod výškou 100 km (ta je považována za neoficiální hranici kosmického prostoru), nezadržitelně padá k Zemi, silně se zahřívá, až nakonec z větší části shoří prudkým třením o atmosféru, podobně jako meteorická tělesa.

Jen výjimečně, u skutečně velkých družic, kosmických lodí nebo kosmických stanic, se stává, že jejich odolnější části spadnou až na povrch Země, podobně jako větší přirozená vesmírná tělesa. Proto se provozovatel příslušné družice zpravidla snaží (pokud je to možné), aby tyto zbytky spadly do nějaké neobydlené oblasti, např. do oblasti jižního Pacifiku.

Za tímto účelem zapne na dálku na družici raketové motorky a s jejich pomocí pak provede v poslední fázi sestupu příslušnou korekci dráhy, čímž se původně neřízený pád změní v nějak řízený sestup. Tuto variantu se však ne vždy podaří uskutečnit.

Nicméně ani v případě neřízeného pádu družice se většinou nejedná o velké potenciální riziko pro lidi či nějaký majetek na Zemi, pokud hmotnost padající družice nečiní několik desítek tun či více. V tomto případě se pak jedná opravdu jen o výjimečné události, kterých bývá jen hrstka za cca 10 let na celém světě.

Nedávno každopádně vzbudil pozornost médií ve světě případ evropské družice ERS-2, která ve středu 21. února vstoupila neřízeně do zemské atmosféry nad severním Tichým oceánem, mezi Aljaškou a Havají, kde posléze shořela. ESA to potvrdila i na svém webu.

V poslední fázi už totiž družice ERS-2 neměla žádné palivo, a tak nemohla korigovat svůj pád např. směrem ke standardnímu „hřbitovu družic“ v blízkosti tzv. bodu Nemo (Pacifického pólu nedostupnosti) umístěného v jižním Tichém oceánu, v jakémsi „území nikoho“, zhruba na polovině vzdálenosti mezi Chile a Novým Zélandem.

Přesto ale nebyly v této souvislosti hlášeny žádné škody na majetku ani lidská újma, napsal mj. zpravodajský server CNN.

Tato družice ESA pro dálkový průzkum Země, ERS-2 (European Remote-Sensing Satellite), byla vypuštěna na oběžnou dráhu ve výšce 780 km před téměř 30 lety, 21. dubna 1995. Spolu s téměř identickou družicí ERS-1 poskytovala velmi cenná dlouhodobá data o zemském povrchu, vegetaci, teplotách oceánů, atmosféře, účincích lidské činnosti na naše životní prostředí, ozonové vrstvě nebo o rozsahu polárního ledu.

Tím způsobila doslova revoluci v našem chápání různých procesů spojených se Zemí. Byla také využívána k monitorování přírodních katastrof, někdy i pomáhala při reakci na ně.

V roce 2011 se ESA rozhodla z technických důvodů ukončit provoz družice ERS-2. Došlo k postupné bezpečnostní deaktivaci jejích systémů a během léta 2011 bylo rozhodnuto snížit výšku její oběžné dráhy ze 785 na 573 km nad Zemí pomocí série 66 zážehů, při níž se spotřebovalo veškeré palivo družice.

Stalo se tak ve světle obav z dlouhodobého rizika, které orbitální smetí (nefunkční družice a jejich fragmenty a zbytky) představuje pro současné i budoucí vesmírné aktivity.

Výška mrtvé a neovladatelné družice bez paliva se pak už jen pomalu, ale neustále pasivně snižovala. Konečně dne 21. února 2024 dosáhla ERS-2 kritické výšky kolem 80 km, při které byl odpor atmosféry již tak silný, že se aparát začal rozpadat na kusy. Družice měla po vyčerpání paliva hmotnost jen 2300 kg, takže na Zemi z ní nedopadlo prakticky nic. Titulky některých médií o riziku pádu „obří družice“ byly proto podle odborníků poněkud bezpředmětné.

„Neřízený návrat do atmosféry je již dlouho běžnou metodou pro likvidaci kosmických objektů na konci jejich mise,“ vysvětluje vedoucí kanceláře kosmického smetí v ESA Tim Flohrer. „Objekty podobné velikosti jako je ERS-2 nebo i větší pozorujeme při vstupu do atmosféry několikrát za rok.“

„Za 67 let kosmických letů se do atmosféry vrátily tisíce tun umělých vesmírných objektů. Kusy, které se dostaly na povrch, však jen velmi zřídka způsobily nějaké škody a nikdy nebyla potvrzena zpráva o zranění člověka,“ doplnil.

Zánik ERS-2 byl ke konci „vynuceně přirozený“. Všechno zbývající palivo bylo totiž prioritně vyčerpáno během brzdících zážehů již v roce 2011. Tím se značně snížilo riziko vnitřní poruchy, která by vedla k rozpadu družice na kusy ještě ve výšce, kterou používají aktivní družice. V důsledku toho však nebylo možné ERS-2 během jejího zániku řídit a předpovědět místo a čas jejího zániku. Jedinou silou určující finální fázi jejího sestupu byl nepředvídatelný odpor atmosféry. Jednalo se přesto o nejlepší možnost, jak se satelitu zbavit.

V poslední době ale již přirozené návraty nejsou tak v módě. Agentura ESA se zavázala zajistit dlouhodobou udržitelnost kosmických aktivit tím, že zmírní tvorbu vesmírného smetí všude, kde je to možné, a zajistí co nejbezpečnější návrat družic do atmosféry na konci jejich životnosti. ESA si také klade za cíl povzbudit ostatní, aby se vydali podobnou cestou.

Mise ESA na oběžné dráze Země jsou nyní navrhovány tak, aby po skončení své aktivní fáze prováděly „kontrolované“ návraty. Během řízeného zániku mohou operátoři zajistit, aby družice sestoupily na povrch jen nad řídce obydlenými oblastmi Země, jako je např. jižní Tichý oceán. Mezitím ESA pokračuje ve snaze zbavit oběžnou dráhu svých starších družic (ERS-2, Aeolus, Cluster či Integral) rychleji, než bylo původně plánováno.

Satelit ERS-2 a jeho předchůdce ERS-1 byly nejsofistikovanějšími družicemi, které kdy Evropa vyvinula a vypustila. Družice vynesla na oběžnou dráhu řadu vědeckých přístrojů, které shromažďovaly cenná data po dobu 16 let, včetně prvního evropského přístroje pro studium atmosférického ozonu.

Družice ERS také připravily půdu pro mnoho následných evropských misí zaměřených na studium našeho měnícího se světa, jako jsou Envisat, meteorologické družice MetOp, vědecké výzkumné mise ESA Earth Explorer a GMES/Copernicus Sentinels, stejně jako pro mnoho dalších národních družicových misí.

„Data z ERS jsou dnes stále široce využívána, většinou v kombinaci s daty z novějších misí, protože dlouhodobé datové záznamy jsou například nezbytné pro identifikaci a pochopení změn v našem klimatu,“ vysvětluje manažer programu ESA Heritage Space Program Mirko Albani.

„Mise ERS-2 byla také skvělým příkladem toho, jak ESA prosazuje nové technologie, které se později stanou funkčními při podpoře velmi důležitých služeb, jako jsou předpověď počasí a monitorování klimatu,“ poznamenal.