Vesoljski ostanki so predmeti, ki smo jih ustvarili ljudje, a ne opravljajo nobene koristne funkcije, medtem ko krožijo okoli Zemlje. Med njih sodijo porabljene pogonske rakete in odsluženi sateliti, kot tudi delci, ki so nastali zaradi eksplozij, erozije ali trkov v vesolju. Prav nič se ne bi motili, če bi vesoljske ostanke imenovali tudi vesoljske smeti. Ker pa se orbite vesoljskih smeti pogosto prekrivajo in sekajo, obstajajo možnosti, da trki obstoječih smeti z ustaljenimi orbitami ustvarijo nove smeti. Le-te imajo nepredvidene orbite, če temu dodamo še večjo gostoto ostankov v orbiti, pa se poveča tudi nevarnost za še delujoča vesoljska plovila, od satelitov in vesoljskih plovil s posadko, do Mednarodne vesoljske postaje.
Začetki preučevanja vesoljskih delcev v zemeljski orbiti
Že pred prvimi poleti v vesolje je Fred Whipple leta 1946 raziskoval pojav majhnih magnetnih delcev, ki so bili premajhni, da bi zgoreli med padanjem skozi zemeljsko atmosfero. Whipple je nestopljene vesoljske prašne delce, ki so padli na Zemljo, poimenoval mikrometeoriti. Gre za delce, ki so ostali od obdobja, ko se je oblikoval naš sončni sistem, ali ostanke drugih vesoljskih predmetov, kot recimo kometov. Vsako leto naj bi v atmosfero padlo od 10 do 20 tisoč ton mikrometeoritov.
Whipplovo odkritje in nadaljnje raziskave so bile ključnega pomena za varnost vesoljskih programov. Izkazalo se je, da je bila nevarnost trka vesoljskega plovila ob dovolj velik meteor, da bi uničil plovilo, izredno majhna, bi pa ob plovilo skoraj neprestano trkali mikrometeoridi velikosti prašnih delcev. Rešitev pred to nevarnostjo je prav tako ponudil Whipple, njegov "odbijač meteorjev“ pa je danes znan kot Whipplov ščit.
V osnovi je šlo za tanko plast aluminijaste folije, ki je bila malce oddaljena od trupa plovila, danes pa aluminijevo folijo zamenjujejo tudi drugi materiali. Ko mikrometeorid trči ob folijo, se spremeni v plazmo, ki se med razdaljo od ščita do trupa tako porazgubi, da za plovilo ne predstavlja več nevarnosti. Whipplov ščit je uspešno zaščitil plovila pred številnimi prašnimi delci v orbiti, medtem ko so bili večji delci redkejši in bolj predvidljivi, tudi ko so misije pričele prečkati zemeljski asteroidni pas. Vsaj dokler svojega pečata ni pustila vesoljska tekma.
NORAD vesoljskih ostankov ni imel za veliko grožnjo
Ko je leta 1957 v vesolje poletel Sputnik je Severnoameriško poveljstvo za obrambo zračnega prostora (NORAD) odprlo katalog vesoljskih predmetov, s katerim je beležila vse rakete in predmete, ki so bili izstreljeni v zemeljsko orbito. V katalogu so se znašli sateliti, aerodinamični ščiti, ki so ščitili satelite med vzletom, in rakete, ki so ponesle vesoljska plovila v vesolje. Katalog je bil tekom let mnogokrat posodobljen in objavljen, kljub temu pa se je uslužbenec Norada John Gabbard odločil, da bo sam pričel voditi ločeno evidenco vesoljskih ostankov, ki so bili človeškega izvora, a jim Norad ni posvečal večje pozornosti. Šlo je predvsem za ostanke eksplozij raket v zemeljski orbiti ali namernih ostankov testiranja protisatelitskega orožja (ASAT) v 60-ih letih prejšnjega stoletja. Gabbard je v namene sledenja delcev celo razvil novo tehniko "Gabbardov diagram“, ki je postal izredno koristen pri modeliranju orbitalnega razvoja in razkroja.
Leta 1978 sta Donald Kessler in Burton Cour-Palais objavila raziskavo, v kateri sta napovedala, da bi podoben proces, kot je bil poznan pri pojavu rasti gostote asteroidnih pasov, veljal tudi za ostanke, ki so jih v zemeljski orbiti pustile vesoljske misije. Za razliko od asteroidov, kjer proces rasti poteka milijarde let, bi trki ostankov v zemeljski orbiti povzročili občutno porast količine nevarnih ostankov že v nekaj desetletjih. Avtorja sta v poročilu zaključila, da bi do leta 2000 ustvarjeni ostanki presegli količino mikrometeoritov v zemeljski orbiti in postali glavna nevarnost vesoljskim plovilom.
Norad v tistem obdobju vesoljske ostanke ni obravnaval kot veliko grožnjo za vesoljske misije, saj so bili prepričani, da bodo ostanki vstopili v zemeljsko atmosfero hitreje, kot bodo nastajali novi, Gabbard pa je vedel, da Norad nima natančnih podatkov o številu, vrstah in vedenju delcev v orbiti ter je kmalu po izidu Kesslerjeve raziskave v intervjuju skoval izraz Kesslerjev sindrom. Izraz je postal sinonim za orbitalna območja, kjer so vesoljski ostanki postali resnejši problem.
Skoraj pol vesoljskih ostankov posledica samo devetnajstih dogodkov
Oktobra leta 1979 je Nasa Kesslerju namenila dodatna sredstva, da bi bolje preučil nasičenost nizke zemeljske orbite. Rezultati so bili zastrašujoči. Raziskave so namreč pokazale, da je Norad količino vesoljskih ostankov podcenil za kar 50 odstotkov. Poleg tega so raziskave na ostankih Skylaba in komandno-servisnih modulov Apolla iz 60-ih in 70-ih let prejšnjega stoletja pokazale, da so ob njih mnogokrat trčili vesoljski ostanki. Raziskave so naposled razkrile, da so bili vesoljski ostanki že takrat glavni vir vesoljskih trkov, nizka zemeljska orbita pa je odgovarjala takratnemu pojmovanju Kesslerjevega sindroma. Zaskrbljujoče je bilo predvsem dejstvo, da je bilo kar 42 odstotkov vseh ostankov posledica samo devetnajstih dogodkov. Šlo naj bi za eksplozije odsluženih ameriških pogonskih raket Delta.
Zaradi povečanega števila ostankov v zemeljski orbiti so v osemdesetih letih v ZDA opravili dodatne raziskave. Želeli so preučiti, kaj bi se zgodilo, če bi ostanki trčili ob satelite ali druge ostanke. Izkazalo se je, da so rezultati takih trkov povsem drugačni od trkov mikrometeoridov. V trkih naj bi namreč nastali novi delci, ki bi naposled tudi sami predstavljali nevarnost za nove trke. Nova ugotovitev je pripeljala tudi do neljubega spoznanja, da gostota ostankov v vesolju ni razlika med številom izstreljenih predmetov v vesolje in ostankov, ki so ponovno vstopili v atmosfero, temveč razlika med ostanki, ki so padli v atmosfero, in seštevkom v vesolje izstreljenih predmetov ter produktov trkov med vesoljskimi ostanki.
Presegli smo kritično točko onesnaženosti orbite
To pomeni, da gostota ostankov v orbiti lahko narašča, tudi če v vesolju ne odlagamo novih ostankov, če se stari ostanki pred trkom z drugimi ostanki ne vrnejo nazaj v atmosfero. Pogoji, ko gostota doseže kritično točko in sproži verižno reakcijo, ki vse predmete v orbiti s časom spremeni v nekaj centimetrov velike delce, pa so postali nova definicija Kesslerjevega sindorma. Takšni pogoji bi bili precej nevarni za vse nadaljnje vesoljske misije, ameriški raziskovalni svet pa je v letošnjem letu opozoril Naso, da je gostota vesoljskih ostankov v orbiti že presegla kritično maso. Nasa je v letošnjem poročilu razkrila, da v orbiti sledijo že kar 22 tisočim vesoljskim ostankom. Še več pa je takšnih, ki jim ne morejo slediti.
Leta 2006 je v tovorni del ameriškega raketoplana Atlantis trčil ostanek računalniškega vezja in preluknjal radiatorsko ploščo, podoben incident pa je leto kasneje ob trku z neznanim ostankom doživel tudi raketoplan Endeavor. Čeprav imajo najštevilčnejši vesoljski ostanki majhno maso, kot recimo odluščena barva, je večina mase ostankov vseeno skoncentrirana v ostankih z večjo maso, ki tehtajo okoli enega kilograma. Trk takšnega ostanka ob vesoljsko plovilo pa bi bil dovolj močan, da bi plovilo na mestu uničil. Posledično bi se ustvarili novi ostanki, ki bi prispevali h gostoti ostankov v vesolju.
Ameriška narodna akademija znanosti je razložila, da bi trk enokilogramskega ostanka pri hitrosti 10 kilometrov na sekundo uničil tonsko vesoljsko plovilo in s tem v orbito vnesel številne nove kilogramske ostanke. Katastrofalen trk ob večji vesoljski ostanek pa je medtem že postal glavna skrb vseh vesoljskih misij.
