Sindromul Kessler

Poate că nu vă așteptați, dar sindromul Kessler nu este o boală umană ci o boală a umanității. Prin definiție Sindromul Kessler este un scenariu ipotetic descris de astrofizicianul Donald J. Kessler în 1978. Acesta se referă la un fenomen în care densitatea obiectelor din orbita joasă a Pământului (LEO – Low Earth Orbit) devine suficient de mare încât coliziunile între aceste obiecte generează un efect de cascadă. Fiecare coliziune produce fragmente suplimentare, care la rândul lor cresc probabilitatea de alte coliziuni. În cele din urmă, acest proces poate duce la o situație în care orbita joasă a Pământului devine aproape inutilizabilă pentru sateliți și alte misiuni spațiale, din cauza cantității enorme de deșeuri spațiale.

Riscurile nu pot fi ignorate. În noiembrie 2024 navă spațială rusă Progress 89, atașată Stației Spațiale Internaționale, a fost nevoită să își pornească motoarele timp de cinci minute, modificând ușor traiectoria stației și mutând laboratorul de mărimea unui teren de fotbal din calea unui mare pericol. Dacă stația spațială nu și-ar fi schimbat orbita, resturile ar fi putut trece la mai puțin de 4 kilometri de ISS. Lovirea stației spațiale de resturi ar fi putut însemna dezastru. Un impact ar fi putut depresuriza segmente ale stației și i-ar fi lăsat pe astronauți în situația de a se întoarce acasă. Și mai îngrijorător este faptul că impactul potențial nu a fost o întâmplare atât de rară. Stația Spațială Internațională a trebuit să efectueze manevre similare de zeci de ori de când a fost ocupată pentru prima dată, în noiembrie 2000, iar riscurile de coliziune cresc în fiecare an, pe măsură ce numărul obiectelor aflate pe orbita Pământului se multiplică.

Câte deșeuri spațiale se află pe orbita terestră?

Conform unei postări a Agenției Spațiale Europene, cifrele reci sunt deja îngrijorătoare. Din 1957 până acum s-au produs mai mul 650 de evenimente (cum ar fi ciocnirile sau explozii spațiale) din care au rezultat fragmente, deșeuri spațiale. Nu toate aceste fragmente au putut să fie urmărite și catalogate. Statistic se estimează că pe orbita joasă a Pământului sunt prezente circa 40.500 de deșeuri spațiale mai mari de 10 cm, 1.100.000 cu dimensiuni cuprinse între un cm și 10 cm și 130 de milioane de fragmente cu dimensiuni cuprinse între un mm și un cm.

Aceste incidente au inclus sateliți care s-au ciocnit accidental între ei, piese de rachete și nave spațiale care au explodat accidental, precum și teste de arme spațiale ale unor națiuni precum Statele Unite, Rusia, India și China, care au lăsat deșeuri la diferite altitudini pe orbită.

Un exemplu de coliziune accidentală: un satelit militar rus, Komos 2251, s-a ciocnit de un satelit de comunicație Iridium 33, în februarie 2009. În urma acestui incident a rezultat un nor masiv format 2 000 de fragmente cu diametrul de aproape 10 centimetri și mii de fragmente și mai mici.

Un exemplu de armă spațială este lansarea unei arme antisatelit în noiembrie 2021 în urma căruia au rezultat mai bine de 1.500 de fragmente. Trebuie să vă spun că la scurt timp după acest eveniment astronauții și cosmonauții de la bordul ISS au fost nevoiți să îmbrace costumele spațiale și să se refugieze în navele spațiale, deoarece exista riscul ca unele dintre aceste fragmente să avarieze Stația Spațială Internațională.

Evenimente similare la o scară mai mică sunt, de asemenea, frecvente: un satelit meteorologic al US Air Force, de exemplu, s-a rupt pe orbită la 19 decembrie 2024, creând cel puțin 50 de fragmente de deșeuri spațiale. Acesta a fost doar cel mai recent dintr-o serie de patru evenimente de „fragmentare” din ultimele luni, din care au rezultat peste 300 de noi deșeuri spațiale.

Din nefericire, în cadrul sindromului Kessler are o reacție în lanț de coliziuni. Deșeurile spațiale aflate pe orbita Pământului intră într-un proces auto-perpetuabil, în care fiecare coliziune produce mai multe fragmente, care la rândul lor provoacă noi coliziuni. Acest fenomen poate fi descris în mai multe etape pe care le voi prezenta în fugă.

O coliziune între două obiecte de dimensiuni relativ mari, cum ar fi sateliți sau resturi mari de sateliți, generează o cantitate semnificativă de resturi. Aceste fragmente pot fi de dimensiuni foarte mici (de la câțiva milimetri la câțiva centimetri), dar și mai mari (până la câțiva metri în diametru), iar viteza acestora este extrem de mare, adesea de ordinul a 10-20 km/s sau chiar mai mult.

După o coliziune, obiectele lovite se descompun în mii de fragmente, care sunt dispersate pe orbite diferite. Aceste fragmente nu sunt distribuite uniform, dar în schimb formează o nouă grupare de fragmente spațiale, care se deplasează cu viteze și pe traiectorii diferite, având astfel șansa de a intra în coliziune cu alte obiecte.

Fragmentele care se află în orbite stabile, dar cu viteze foarte, ele pot intra în coliziune cu alte obiecte din apropiere. Aceste coliziuni secundare generează și mai multe resturi, iar procesul se poate repeta. De exemplu, un fragment de resturi poate lovi un alt obiect sau alt fragment mai mic, ceea ce duce la crearea unui număr și mai mare de fragmente.

Într-un scenariu de reacție în lanț, numărul de fragmente crește exponențial pe măsură ce coliziunile continuă. Această „cascadă” poate deveni tot mai intensă, până când o mare parte din obiectele din LEO sunt distruse sau transformate în resturi mici și rapide. Aceste fragmente se pot distribui pe orbite diferite, dar cu toate vor reprezenta un pericol semnificativ pentru sateliți, stațiile spațiale și alte misiuni.

În cele din urmă, după un anumit număr de coliziuni și fragmente generate, sistemul ajunge la un punct în care orbita joasă a Pământului devine extrem de „aglomerată”. Deși nu toate fragmentele se ciocnesc între ele, majoritatea vor rămâne pe traiectorii instabile, riscând astfel coliziuni ulterioare, ceea ce face aproape imposibilă utilizarea acestor orbite. Vă dați seama, desigur, că reacția în lanț de coliziuni este un scenariu grav care poate pune în pericol utilizarea spațiului din orbita joasă a Pământului, afectând infrastructurile de sateliți și siguranța misiunilor spațiale. Există chiar riscul, deloc de neglijat, ca zborurile spațiale pe orbite joase să devină imposibile. Și, fără să fiu prea alarmist, mai există un risc major.

Sindromul Kessler ar putea afecta civilizația umană, așa cum o cunoaștem acum

Dacă se produc suficient de multe reacții în lanț de coliziuni, civilizația umană cum o știm ar putea fi puternic afectată. Poate nu ne mai dăm seama dar depindem din ce în ce mai mult de instrumentele aflate pe orbita terestră. Dacă ele ar fi distruse, s-ar putea produce întreruperi uriașe ale internetului și Wi-Fi. De asemenea, comunicațiile prin telefonie mobilă vor înceta să mai funcționeze, în absența sateliților pe orbită care transmit apelurile. Aceasta ar însemna chiar sfârșitul potențial al televiziunii și al GPS-ului. La un nivel mai general, sateliții meteorologici ar putea fi distruși, afectând capacitatea noastră critică de a urmări impactul acestora asupra unui număr de industrii. „Sateliții meteorologici joacă un rol important într-o varietate de industrii, inclusiv agricultura, pescuitul și transportul, prin prezicerea și atenuarea efectelor condițiilor meteorologice nefavorabile”, afirmă Amrith Mariappan și John L. Crassidis în lucrarea lor din 2023, publicată în Frontiers in Space Technologies, intitulată ”Sindromul Kessler: o provocare pentru umanitate”.

Ei arată că: ”Deoarece oamenii sunt o forță dominantă pe Pământ, periclitarea lor s-ar răsfrânge asupra întregului sistem ecologic, putând duce la dispariția altor specii. Este esențial ca factorii de decizie politică și părțile relevante interesate să recunoască aceste implicații și să depună eforturi în vederea protejării comunicațiilor prin satelit pentru a atenua potențialele rezultate negative pentru bunăstarea și progresul umanității. Reciclarea deșeurilor spațiale apare ca o soluție promițătoare și durabilă pe termen lung pentru reducerea deșeurilor spațiale. Prin reconversia sateliților și a resturilor scoase din uz în materiale utile pentru susținerea altor misiuni spațiale, această strategie de reciclare prezintă un scenariu reciproc avantajos, promovând durabilitatea mediului și eficiența resurselor în explorarea spațiului.”

Autorii arată că sindromul Kessler ar putea avea consecințe grave asupra industriei spațiale, sistemelor de navigație prin satelit, asupra sistemelor militare etc. Dacă sateliții de pe orbita terestră joasă vor fi puternic afectați, atunci vor exista consecințe grave pentru agricultură. Autorii arată că ”Din 1990 până în 2012, activitățile agricole au ocupat o proporție semnificativă din suprafața globală, reprezentând 35,79% . Agricultura de precizie cuprinde o gamă diversă de sarcini, inclusiv planificarea fermei, ghidarea tractoarelor, și cartografierea producției etc. Integrarea tehnologiei spațiale s-a dovedit neprețuită pentru agricultori, permițând operațiuni fără întreruperi chiar și în condiții dificile, cum ar fi vizibilitatea redusă cauzată de ploaie, praf, ceață sau întuneric. Agricultura de precizie, bazată pe utilizarea sateliților, facilitează aplicarea și distribuirea precisă a pesticidelor, erbicidelor și îngrășămintelor, ceea ce duce la reducerea costurilor, creșterea producției și îmbunătățirea sustenabilității ecologice. Producătorii de echipamente spațiale au dezvoltat diverse instrumente pentru a îmbunătăți productivitatea și eficiența practicilor agricole de precizie. Fermierii din întreaga lume utilizează serviciile spațiale pentru a-și optimiza operațiunile, iar previziunile meteorologice, accesibile prin intermediul sistemelor de comunicații prin satelit, joacă un rol esențial în orientarea deciziilor lor agricole. Minimizarea sau pierderea sistemelor de comunicații prin satelit ar avea un impact profund asupra agriculturii, afectând direct producția alimentară. Rolul indispensabil al instrumentelor aflate pe orbită pentru practicile agricole moderne face dificilă revenirea agricultorilor la metodele tradiționale fără sprijinul acestora. Asigurarea funcționării continue a sistemelor de comunicații prin satelit este esențială pentru menținerea unor practici agricole eficiente și durabile și pentru asigurarea producției globale de alimente. În secțiunile următoare ale acestui articol sunt prezentate discuții suplimentare privind implicațiile pierderii comunicațiilor prin satelit asupra sectorului agricol.”

De asemenea, pierderea sateliților de pe orbita terestră ar putea afecta sectorul sănătății. Cei doi arată că ”Medicina modernă depinde în mare măsură de comunicațiile prin satelit pentru stocarea și recuperarea eficientă a datelor pacienților, de electricitate pentru alimentarea dispozitivelor medicale și de transport pentru mobilitatea pacienților și a medicamentelor. (…)
Gestionarea afecțiunilor necesită o îngrijire meticuloasă, iar în 2017, mai mult de 50% dintre pacienți utilizează aplicații de sănătate pentru a ajuta la gestionarea lor medicală. În plus, aproximativ 310 milioane de persoane sunt supuse anual unei intervenții chirurgicale International Surgical Outcomes Study group (2016). Multe alte probleme de sănătate, care nu sunt menționate aici, pot fi fatale dacă nu sunt tratate corespunzător în timp util. Funcționarea eficientă a unităților medicale din întreaga lume necesită un acces fiabil la energie electrică și facilități de transport. Fără aceste resurse esențiale, ar fi imposibil să se ofere tratament medical adecvat pacienților, ceea ce ar putea duce la milioane sau miliarde de decese.”

Fiecare dintre noi vom resimți dramatic efectele sindromului Kessler, dacă el va depăși un anumit prag. Îi citez din nou pe cei doi autori. ”Impactul reducerii la minimum a funcțiilor sateliților asupra sistemului de comunicații digitale este o preocupare critică care necesită atenție. Deși calendarul exact al consecințelor este incert, restricțiile treptate asupra serviciilor de comunicații pot escalada până la punctul în care comunicarea eficientă devine imposibilă. Astfel de restricții ar putea declanșa panică în rândul oamenilor, pe măsură ce aceștia experimentează efectele reducerii comunicațiilor prin satelit. Reducerea serviciilor bancare ca urmare a diminuării capacităților sateliților poate exacerba panica, determinând oamenii să se grăbească la magazine pentru a cumpăra produse esențiale și a se aproviziona cu numerar, manifestând anxietate și comportamente de cumpărare în panică. Situația ar putea escalada și mai mult dacă pierderea completă a comunicațiilor prin satelit are loc la scară globală. Guvernele s-ar confrunta, de asemenea, cu provocări în desfășurarea eficientă a operațiunilor speciale fără un sprijin adecvat prin satelit și ar putea avea dificultăți în a colabora cu aliații pentru a găsi soluții. Lipsa serviciilor guvernamentale și a ajutorului ar putea crea incertitudine și panică în rândul populației.
Având în vedere resursele limitate, nevoile esențiale precum hrana, apa și adăpostul ar putea deveni limitate, ceea ce ar duce la creșterea criminalității și la condiții de viață nesigure. Dependența puternică a lumii moderne de tehnologie ar putea exacerba problemele de sănătate mintală, deoarece un număr semnificativ de persoane suferă de nomofobie și dependență de internet. Apariția tulburărilor psihice ar putea crește, având în vedere prevalența substanțială a acestor afecțiuni la nivel mondial Organizația Mondială a Sănătății.
Nevoile de bază, cum ar fi apa, hrana și adăpostul, s-ar putea confrunta cu provocări semnificative din cauza impactului minimizării funcțiilor satelitului. Lipsa sau disponibilitatea minimizată a electricității ar putea fi, de asemenea, catastrofală, după cum demonstrează studiile care sugerează că o mare parte a oamenilor nu sunt pregătiți cu provizii de urgență. Serviciile medicale inadecvate din cauza pierderii tehnologiei dependente de satelit ar putea duce la o creștere semnificativă a deceselor legate de calitatea slabă a asistenței medicale.
Dimensiunea exactă și durata acestor efecte depind de viteza pierderii sistemelor de comunicații prin satelit și de adoptarea potențială a sistemelor alternative. Este esențial ca factorii de decizie politică și părțile interesate relevante să recunoască aceste implicații și să depună eforturi în vederea protejării comunicațiilor prin satelit pentru a atenua potențialele rezultate negative pentru bunăstarea și progresul umanității.”

Sper că nu v-am speriat prea tare, dar, cred eu, este obligatoriu să fie găsite soluții.

Soluțiile

Ele există deja. Voi da doar câteva exemple. Agenția Spațială Europeană (ESA) a elaborat proceduri detaliate pentru limitarea sindromului Kessler.

Printre ele amintesc doar câteva. „Autoeliminarea” prin reintrarea în atmosferă sau reorbitarea la o altitudine sigură Misiunile includ, de asemenea, interfețe care să ajute satelitul să fie scoas mai ușor de pe orbită, în cazul în care autoeliminarea eșuează. Prin reducerea timpului în care un obiect se află pe orbită, scade șansa ca acesta să se ciocnească cu un alt obiect și să creeze alte resturi. Evitarea coliziunilor – manevrarea unui satelit pentru evitarea unei potențiale coliziuni. Alte orbite, cum ar fi cele utilizate de constelațiile Sistemului global de navigație prin satelit (GNSS) și orbitele lunare, sunt, de asemenea, luate în considerare și protejate pentru a asigura durabilitatea lor pe termen lung. Sunt formulate și aplicate recomandări adaptate dincolo de orbita terestră joasă și orbita geostaționară.

Și NASA are proceduri similare, care au fost prezentate detaliat în Handbook for  limiting orbital debris, care a fost publicat în 2008. Nu voi insista asupra lor. Important este să rețineți că deja au fost implementate măsuri active pentru limitarea și chiar eliminarea Sindromului Kessler.

Încheiere

A devenit aproape banal să constatăm că însăși tehnologiile avansate ne pun în primejdie civilizația. Din fericire, nu am cum să nu remarc faptul că inginerii planetei găsesc soluții pentru înlăturarea pericolelor, așa că rămân optimist.