Avaruusromu

Vuonna 1957 avaruuteen laukaistun Sputnikin jälkeen ihmiskunta on lähettänyt avaruuteen noin 7 500 satelliittia, joista noin 4 300 kiertää yhä Maapalloa.^[4] Kesäkuussa 2016 Maata kiersi 1 419 toimivaa satelliittia.^[5] Tammikuussa 2018 määrä olin noin 1 200.^[4] Loput ovat avaruusromua.^[4]

Tutkimuslaitos United States Space Surveillance Network arvioi vuonna 2015, että kiertoradalla on yli 21 000 yli kymmensenttimetristä keinotekoista kappaletta. Vastaavasti 1–10 senttimetrin kappaleita olisi melkein 500 000.^[6]

Euroopan avaruusjärjestö arvioi tammikuussa 2018, että maata kiertää vajaat 30 000 yli kymmensenttimetristä keinotekoista kappaletta. Vastaavasti 1–10 senttimetrin kappaleita on arviolta 750 000. Sitä pienempiä on 166 miljoonaa.^[4]

Tammikuussa 2007 Kiinan armeija laukaisi ballistisen ohjuksen kohti avaruutta. Vajaan 900 kilometrin korkeudessa ohjus iskeytyi valtavalla nopeudella jo aikaisemmin rikkoutuneeseen sääsatelliittiin, joka pirstoutui tuhansiksi pieniksi palasiksi. Ohjuskokeen seurauksena Maapalloa kiertävälle radalle syntynyi vajaat 3 500 havaittavissa olevaa avaruusromun palaa, ja tätä pienempiä kappaleita arviolta 150 000. Tämä ohjuskoe on eniten avaruusromua synnyttänyt yksittäinen tapahtuma ihmiskunnan historiassa. Yli 20 prosenttia kaikesta Maata kiertävästä avaruusromusta on peräisin tuosta vajaa tuhat kiloa painaneesta sääsatelliitista.^[4]

Maata kiertävien satelliitit kulkevat sitä hitaammin, mitä korkeampi kiertorata on kyseessä. Matalilla radoilla satelliittien nopeus on keskimäärin 27 000 km/h Maahan nähden. Vielä noin 1 800 kilometrin korkeudessa ratanopeus on 25 000 km/h luokkaa. Geostationaarisilla radoilla noin 36 000 kilometrin etäisyydellä ratanopeus on likimain nolla Maahan nähden. Satelliittien keskinäiset nopeudet kiertoradoilla voivat olla suurempia, kuten 11. helmikuuta 2009 tapahtuneessa Iridium 33- ja Kosmos 2251 -satelliittien törmäyksessä Siperian yläpuolella noin 700 kilometrin korkeudessa. Törmäysnopeus oli noin 35 000 km/h.

Suurimmaksi uhkaksi koetaan 1–10 cm:n kokoiset kappaleet, jotka saattavat aiheuttaa merkittävää tuhoa osuessaan toimivaan satelliittiin. Näitä kappaleita on paljon, ja niiden tarkka seuraaminen on hankalaa. Noin 5–10 cm:n kokoisia kappaleita voidaan seurata Maasta käsin säännöllisesti. Muiden kappaleiden esiintymistodennäköisyyden määrittelyyn käytetään tietokoneohjelmia ja todennäköisyysmalleja, joilla törmäysriski arvioidaan. Avaruustomua törmää luotaimiin ja satelliitteihin kuitenkin melko harvoin. Törmäykset ovat aina merkittäviä riskejä, jotka tulee huomioida: avaruusromun kappaleet saattavat iskeytyä useiden miljoonien eurojen arvoisiin satelliitteihin tai miehitettyihin avaruusasemiin tehden nämä toimintakyvyttömiksi.^[7]

Ihmisen aiheuttaman romun lisäksi avaruusaluksiin törmää mikrometeoriitteja. Törmäysten vaarallisuus johtuu siitä, että tyypillinen törmäysnopeus on 11 km/s.

Vuonna 2010 Euroopan unioni ehdotti Yhdysvalloille toimintatapoja (code of conduct), jotta avaruusromua syntyisi jatkossa mahdollisimman vähän. Talvella 2011 yhteensä 37 Yhdysvaltain kongressin republikaanisenaattoria allekirjoitti tätä vastustavan julkilausuman pyrkien estämään Barack Obaman hallintoa liittymästä sopimukseen.^[8]

Merkittävin avaruuden seurantakalusto on Yhdysvaltain ja Kanadan ilmapuolustuksella North American Aerospace Defense Commandilla. Vuonna 2010 Australia oli pääsemässä Yhdysvaltain avaruusseuranta-aseman kotipaikaksi.^{päivitettävä} Australiasta nimittäin näkee eteläisen taivaan, ja lisäksi se voi olla edullinen paikka Yhdysvalloille Kiinan avaruustoiminnan seuraamiseen.^[9]

Avaruudessa olevaa avaruusromua voidaan seurata Maasta käsin, jos se on tarpeeksi kookasta. National Aeronautics and Space Administration käyttää seurantaan tutka- ja kaukoputkiverkostoaan. Sen avulla voidaan havaita kaikki 30 cm suuremmat kappaleet geosynkroniselta radalta ja keskimäärin 5–10 cm:n tai suuremmat kappaleet matalilta kiertoradoilta.

Euroopan avaruusjärjestö valvoo avaruusromua. Valvontaan käytetään muun muassa Saksassa Bonnin lähellä sijaitsevaa TIRA-tutkaa (Tracking and Imaging Radar). Sen 34-metrisen lautasantennin avulla voidaan havaita jopa 2 cm:n kokoinen kappale 1 000 kilometrin etäisyydeltä. Seurantaan on käytetty myös Norjan EISCAT-tutkia (European Incoherent Scatter Radar) Tromsössä ja Lonyearbyenissä Huippuvuorilla. Näillä tutkilla päästään matalilla radoilla 2 cm tarkkuuteen. Osa Euroopan avaruusjärjestön avaruusromumittauksista tehtiin 1990-luvun lopussa Sodankylästä EISCAT-tutkalla. Ranskan sotilaallinen Grand Réseau Adapté à la Veille Spatiale -tutka ja Saksan sotilaallinen tutka seuraavat muun muassa avaruusromua Euroopan unionin alueen yläpuolella.

Kaikkiaan Maasta käsin voidaan seurata 19 000^[10] kiertolaisen liikettä.^milloin? Muiden kappaleiden todennäköisen olemassaolon arvioinnissa joudutaan turvautumaan laskennallisiin malleihin.

Matalien kiertoratojen mikrometeoriitti- ja avaruusromutörmäyksistä on saatu tarkinta tietoa National Aeronautics and Space Administrationinin Long Duration Exposure Facility -satelliitista. Se oli kiertoradalla maalitauluna 68 kuukautta ja tuotiin takaisin sukkulalla. Myös Euroopan avaruusjärjestön Eureca-alus ja Hubblen aurinkopaneelit on tuotu maahan avaruussukkulalla, ja niiden saamia osumia on analysoitu. Suomalainen DEBIE-laite mittaa Euroopan avaruusjärjestön PROBA-satelliitilla tällaisia törmäyksiä. Kansainvälisellä avaruusasemalla on ollut laitteen uudempi versio DEBris In Orbit Evaluator.

Lokakuussa 2010 Kansainvälinen avaruusasema teki väistöliikkeen, jottei olisi törmännyt käytöstä poistettuun National Aeronautics and Space Administrationinin UARS-kaukokartoitussatelliittiin. Lähimmillään Kansainvälinen avaruusasema ja avaruusromu olivat kahden kilometrin etäisyydellä toisistaan.^[11]

Geostationaarisilla radoilla oleva romu kiertää maata kymmeniä tuhansia vuosia. Etäisillä kiertoradoilla ei ole juurikaan häiritseviä tekijöitä, kuten ilmakehän kitka ja aurinkotuuli, jotka muokkaavat matalammilla radoilla olevien kappaleiden ratoja huomattavasti voimakkaammin. Muutaman sadan kilometrin korkeudessa oleva kappale pysyy radallaan vuosia, mutta jo lähellä 1 000 kilometrin korkeutta radalla pysymisen aika kasvaa voimakkaasti, ja kappale saattaa pysyä radallaan satakin vuotta.

Ilmakehään putoava avaruusromu tuhoutuu yleensä kokonaan. Ilmakehän kitka kuumentaa kappaletta voimakkaasti, ja syntyvä energia vapautuu valona. Romun palaminen ilmakehässä muistuttaa melko paljon meteorin tuloa ilmakehään. Maahan palaava avaruusromun kappale näyttää tulipyrstöiseltä valopallolta. Avaruusromu voi olla suurta meteoria värikkäämpi, koska satelliiteissa käytetään eksoottisempiakin metalleja, jotka palavat erivärisillä liekeillä. Ilmiö voi säkenöidä taivaalla useiden minuuttien ajan.

 

 

Avaruusalusten hautausmaa eteläisellä Tyynellämerellä

• Sputnik 2 -satelliitin paluu ilmakehään tapahtui 14. huhtikuuta 1958. Tuloksena oli säkenöivä valoilmiö, joka havaittiin New Yorkista aina Etelä-Amerikan pohjoisosiin saakka.
• Kosmos 194 -satelliitin palo ilmakehässä tapahtui 9. joulukuuta 1967. Taivaalla nähtiin Suomessakin kirkas tulipallo, joka kulki lännestä itään. Valoilmiö hehkui ja säkenöi taivaalla minuutin ajan. Satelliitin palasia löydettiin jälkeenpäin Kuopion läheltä ja Kiteeltä.
• Neuvostoliiton ydinkäyttöisen Kosmos 954 -satelliitin putoaminen Kanadan luoteisosiin tapahtui 24. tammikuuta 1978. Satelliitin ydinreaktorin irrotusmekanismi ei ollut toiminut, ja satelliitti putosi voimanlähteineen asumattomalle alueelle. Satelliitin radioaktiiviset jäännökset iskeytyivät talviseen erämaahan.
• National Aeronautics and Space Administrationinin Skylab-avaruusasema paloi ilmakehässä 11. heinäkuuta 1979 Intian Valtameren yläpuolella, jolloin tuloksena oli kirkas säkenöivä valopallo, joka hohti kaikissa sateenkaaren väreissä. Tämän avaruusaseman raskaimpia kappaleita, jotka eivät ehtineet palaa ilmakehässä, putosi myös Australiaan.
• Mir-avaruusaseman suunnitelman mukainen alasajo Tyyneen valtamereen 23. maaliskuuta 2001. Tyynessä valtameressä on alue, johon suuret, matalan kiertoradan missionsa päättäneet avaruusalukset pudotetaan.^[12]
• Upper Atmosphere Research Satelliten (UARS) suunniteltu putoaminen 24. syyskuuta 2011. Osa satelliitista paloi ilmakehässä, mutta suurimmat kappaleet putosivat Tyyneen valtamereen.

Matalalla Maan kiertoradalla olevaa avaruusromua voidaan poistaa lähinnä ohjaamalla se putoamaan Maahan. Esimerkiksi laserilla voidaan muuttaa romukappaleen kiertorataa siten, että se törmää Maahan. Laserilla höyrystetään kappaleen pintaa siten, että vapautuva hiukkaussuihku toimii rakettimoottorina ja muuttaa kappaleen lentorataa toivotulla tavalla.

Tämä kaikki on tarpeen, sillä laukaistujen piensatelliittien määrä on viime vuosina kasvanut räjähdysmäisesti. Avaruusromun määrä aiheuttaa jo nyt ase-, ilmailu- ja avaruusteollisuuskonserni Lockheed Martin arvion mukaan satoja vaaratilanteita satelliiteille päivässä. Jotta ihmiskunta voi joskus lähteä toden teolla valloittamaan avaruutta, sen pitää yrityksen mukaan ensin siivota oma etupihansa.^[4]

Venäläinen avaruusteknologiayhtiö Energija ilmoitti saaneensa 60 miljardia ruplaa (noin 2 miljardia dollaria) vastaavan rahoituksen geostationaarisen radan "siivoamisesta" vuodesta 2023 lähtien. Se aikoo kehittää ydinkäyttöisen aluksen, jonka avulla pudotetaan 15 vuodessa Tyyneen valtamereen 600 kuollutta satelliittia.^[13] Tähän toimintaan voi liittyä juridisia ongelmia muun muassa siksi, että geostationaarisen radan toimivista ja kuolleista satelliiteista suuri osa kuuluu Yhdysvaltain ilmavoimille.

Los Alamosin kansallinen laboratorio esitti vuonna 2011 avaruusromun siivoamista laserilla, joka voisi toimia myös avaruusaseena.^[14] Maaliskuussa 2011 Yhdysvaltain ilmavoimat ehdotti kansainvälistä sotilaallista yhteistyötä avaruusromun siivoamiseen. ^[15] 2015 Kansainväliselle avaruusasemalle on ehdotettu asennettavaksi lasereita avaruusromun poistamiseksi. ^[16] Asemella vuonna 2017 vietäväksi aiottua EUSO-satelliittia käytettäisiin romukappaleiden havitsemiseen.^[16] Vuonna 2018 myös Kiina ehdotti laserin käyttöä romun siivoamiseksi.^[4]

Avaruuden puhdistamiseen etsitään ratkaisuja ympäri maailmaa, niin virastoissa kuin yksityisissä yrityksissä. Singaporessa Astroscale -yritys on kehittänyt satelliittia, joka magneettien avulla kaappaisi romunkappaleita ja työntäisi ne Maan ilmakehään, jossa ne palaisivat.^[4]

Euroopan avaruusjärjestöllä on käynnissä oma avaruuden putsausohjelma e.Deorbit, jonka tarkoituksena on ottaa haltuunsa epäkunnossa olevat satelliitit ja hallitusti tuhota ne Maan ilmakehässä. Tammikuussa 2018 Euroopan avaruusjärjestö selvitti parhaita keinoja operaation toteuttamiseksi. Vaihtoehtoina on muun muassa jättikokoinen verkko, harppuuna ja robottikoura.^[4]

Tavoitteet avaruusromun vähentämiseksi ovat esillä myös Suomen avaruuslainsäädännössä, joka tulee voimaan tammikuun lopussa 2018. Jokaisella satelliitteja avaruuteen lähettävällä suomalaisyrityksellä pitää olla suunnitelma avaruusromun syntymisen ehkäisemiseksi. Lisäksi niiden pitää raportoida viranomaisille toiminnan ympäristövaikutuksista niin maan pinnalla, ilmakehässä kuin avaruudessa.^[4]

Valtaosa avaruusromusta ja myös muusta käytöstä poistetusta materiaalista palautetaan ilmakehään, jossa se ainakin pääosin palaa. Pääosa kappaleiden aineksesta kaasuuntuu noin 85 korkeudessa.^[17] Suuri osa kokonaisainemäärästä on alumiinia.^[17] Vuoden 2024 tutkimuksessa^[18] arvioitiin ilmakehään kerääntyvää alumiinin määrää.^[17] Tutkimuksen mukaan, jos suunnitellut laukaisu- ja palautusmäärät (erityisesti ns. megakonstellaatiot) toteutuisivat, niin 2030 vuosittain palaavan massan arvioidaan olevan 3200 tonnia vuodessa.^[17] Tästä vapautuisi noin 630 tonnia alumiinioksideja ilmakehään, eniten noin 85 km korkeuteen.^[17] 30 vuodessa alumiini laskeutuisi otsonikerroksen korkeudelle ja alkaisi hajoittaa otsoonia.^[17] Alumiinioksidi ei kulu reaktiossa, vaan sen vaikutuksen väheneminen veisi toiset 30 vuotta.^[17] Seurauksena voisi olla otsonikatoa. Vaikkakin luontaista meteoriittimassa sataa ilmäkehään enemmän kuin synteettistä ei meteoriiteissä ole juurikaan alumiinia.

• Kesslerin syndrooma

• Observing Earth Satellites, Desmond King-Hele, ISBN 0-442-24877-6

 

Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Avaruusromu.

• Ursa: satelliittien paluita (Arkistoitu – Internet Archive)
• Satellite reentries
• Satellite decays
• Aerospace: Center for Orbital and Reentry Debris Studies (Arkistoitu – Internet Archive)
• Tähdet ja avaruus -lehden numero 6/2004 (Arkistoitu – Internet Archive)
• NASA Orbital Debris Program Office