Grupa naukowców z Laboratorium Lawrence’a w Livermore (USA) przez sześć lat modelowała taką liczbę trajektorii w przestrzeni okołoziemskiej i księżycowej, aby przewidzieć kolizje w coraz bardziej zatłoczonym środowisku orbitalnym, podatnym na burze słoneczne, które dotykają Ziemię.
Niska orbita okołoziemna nie jest już praktycznie pustym terytorium. Dziś funkcjonuje jako niewidzialna autostrada satelitarna, wspierająca współczesne życie . Łączność, nawigacja GPS, obserwacje meteorologiczne i transmisja danych zależą od tysięcy satelitów, które poruszają się po niebie z dużą prędkością.
Flota ta jest uzupełniana fragmentami poprzednich misji, szczątkami rakiet i częściami starych zderzeń. W sumie wokół planety krąży ponad 45 000 obiektów stworzonych przez człowieka.
Tempo wzrostu jest po prostu oszałamiające. Sama firma SpaceX rozbudowuje megagrupę ponad 9000 urządzeń. Amazon ogłosił własny projekt na dużą skalę. Chiny posuwają się naprzód z podobnymi planami.
Harmonogram startów zaplanowany na 2026 r. zakłada jeszcze większy ruch . Wzrost ten sprawi, że niska orbita okołoziemska, położona na wysokości od 200 do 1200 kilometrów, stanie się gęstym i złożonym środowiskiem.
W tym kontekście grupa naukowców z Narodowego Laboratorium Lawrence’a Livermore’a w Kalifornii przedstawiła narzędzie, które może stać się punktem zwrotnym. Naukowcy przeprowadzili symulację miliona orbit w ciągu sześciu lat w przestrzeni okołoksiężycowej, która obejmuje obszar między Ziemią a Księżycem. Celem było zrozumienie stabilności trajektorii i zidentyfikowanie obszarów potencjalnego przyszłego przeciążenia.
Zadanie techniczne okazało się kolosalne. Laboratorium wykorzystało ogólnodostępną bazę danych oraz superkomputery Quartz i Ruby. Obliczenia wymagały 1,6 miliona godzin procesora. Na jednym komputerze zadanie to zajęłoby ponad 182 lata. Dzięki infrastrukturze laboratorium przetwarzanie danych zajęło zaledwie trzy dni.
Ilość danych pozwoliła na zastosowanie zaawansowanych metod analitycznych. Denvir Higgins, naukowiec z LLNL, wyjaśnił skalę projektu: „Kiedy masz milion orbit, możesz uzyskać bardzo wszechstronną analizę, korzystając z aplikacji uczenia maszynowego”. Dodał: „Można spróbować przewidzieć żywotność orbity, jej stabilność lub wykryć anomalie, aby sprawdzić, czy orbita porusza się w nietypowy sposób”.
Wyniki stanowią dynamiczną mapę zachowań orbitalnych. Około połowa modelowanych trajektorii pozostawała stabilna przez co najmniej rok. Mniej niż 10 procent zachowało stabilność przez wszystkie sześć lat. Dane te pokazują, że długotrwała stabilność nie jest normą, a wyjątkiem.
Badanie dostarcza jeszcze jednej ważnej lekcji. Dokładne przewidywanie przyszłej pozycji satelity nie jest łatwe. Travis Yeager, również naukowiec z LLNL, wyraził się jasno: „Jeśli chcesz wiedzieć, gdzie satelita będzie za tydzień, nie ma wzoru, który dokładnie wskaże jego położenie”. Następnie podkreślił konieczność stosowania metody: „Trzeba działać krok po kroku”.
Ta stopniowa dynamika określa dynamikę orbitalną. Każdy obiekt reaguje na wiele sił, od grawitacji Ziemi i Księżyca po ciśnienie promieniowania słonecznego. W środowisku, w którym występują tysiące aktywnych trajektorii, niewielkie zmiany mogą powodować niebezpieczne kolizje. Nowy model pozwala wykrywać potencjalne kolizje, zanim staną się one realnym zagrożeniem.
Niewidoczne ryzyko, które rośnie z każdym startem.
Przydatność tej mapy staje się jeszcze bardziej aktualna w niepokojącym scenariuszu. Kilka badań ostrzega przed możliwością wystąpienia efektu kaskadowego, znanego jako syndrom Kesslera. Zgodnie z tą hipotezą przypadkowe zderzenie może spowodować powstanie fragmentów, które zderzą się z innymi satelitami, tworząc jeszcze więcej odłamków i powodując kolejne zderzenia. W rezultacie powstanie reakcja łańcuchowa, która może sprawić, że całe regiony niskiej orbity okołoziemskiej staną się niezdatne do użytku na dziesięciolecia.
Obecna gęstość sprawia, że scenariusz ten staje się coraz bardziej realny. W 2025 r. urządzenia jednej firmy zarejestrowały 300 000 manewrów unikowych mających na celu zapobieżenie kolizjom . Liczba ta ilustruje intensywność ruchu kosmicznego. Każdy satelita nieustannie koryguje swoje działania pod nadzorem z Ziemi. System funkcjonuje jak precyzyjna choreografia, wspierana przez algorytmy i ciągłe monitorowanie.
Jednak ta choreografia zależy od delikatnej równowagi. W niedawnym badaniu przedstawiono wskaźnik o nazwie CRASH Clock , który pozwala oszacować czas pozostały do poważnej kolizji w przypadku utraty aktywnego sterowania.
Wynik okazał się niepokojący. W przypadku poważnej awarii krytyczny zapas wytrzymałości mógłby skrócić się do zaledwie pięciu i pół dnia . Gdyby operatorzy stracili kontrolę na 24 godziny, na przykład z powodu burzy słonecznej, prawdopodobieństwo katastrofalnego zderzenia wzrosłoby do 30 procent.
Burze słoneczne — najbardziej niepokojący czynnik zewnętrzny. Erupcje słoneczne zakłócają strukturę górnych warstw atmosfery ziemskiej i powodują jej rozszerzenie. Zwiększone tarcie zmienia trajektorie orbitalne i wymaga dodatkowych manewrów korygujących. Ponadto mogą one wpływać na systemy elektroniczne i komunikacyjne, ograniczając szybkość reakcji satelitów.
Ekstremalne zdarzenie, podobne do zdarzenia Carringtona z 1859 roku, które uszkodziło infrastrukturę telegraficzną tamtych czasów, miałoby dziś wpływ na sieci energetyczne i systemy nawigacyjne. W tym kontekście kontrola orbity może zostać zakłócona w ciągu kilku godzin. Satelita bez możliwości manewrowania staje się nieprzewidywalnym pociskiem w zatłoczonym środowisku.
Modelowanie miliona obrotów orbity stanowi narzędzie do prognozowania takich scenariuszy. Pozwala ono zidentyfikować obszary, w których zbiegają się kilka trajektorii , oraz ocenić stabilność każdej trajektorii w czasie. Ponadto dostarcza informacji umożliwiających dokładniejsze planowanie przyszłych startów.
Wkład ten jest szczególnie cenny w warunkach braku globalnej koordynacji. Kraje i firmy wystrzeliwują satelity bez jednolitego międzynarodowego systemu zarządzania ruchem kosmicznym . Nowa metodologia dostarcza danych, które mogą pomóc w podejmowaniu decyzji regulacyjnych i opracowywaniu strategii ograniczania ryzyka.
Główna kwestia dotyczy granic wzrostu orbity. Niska orbita okołoziemna stała się strategicznym zasobem, ale jej możliwości nie są nieograniczone. Każdy nowy start zwiększa złożoność systemu. Bez nowoczesnych narzędzi prognozowania błąd maleje.
Praca LLNL nie eliminuje całkowicie ryzyka, ale zapewnia bezprecedensową podstawę ilościową. Modelując milion trajektorii, naukowcy stworzyli wirtualne laboratorium bliskiego kosmosu. Tam mogą testować różne scenariusze, mierzyć stabilność i przewidywać krytyczne punkty przecięcia, zanim faktycznie nastąpią.
Przestrzeń kosmiczna wokół Ziemi nie jest już cichą pustką. Funkcjonuje ona jako niezbędna i delikatna infrastruktura. Nowa mapa orbity pokazuje, że obecny porządek zależy od ciągłych obliczeń, precyzyjnych manewrów i sprzyjających warunków słonecznych. Pokazuje również, że długotrwała stabilność nie jest gwarantowana.
W coraz bardziej zatłoczonym środowisku, narażonym na nieuniknione zjawiska naturalne, zrozumienie dynamiki orbitalnej staje się pilną koniecznością. Modelowanie na dużą skalę stanowi decydujący krok w tym kierunku. Zadaniem jest teraz przekształcenie tej wiedzy w politykę i technologie, które utrzymają równowagę, zanim zderzenie spowoduje kolaps, któremu naukowcy próbują zapobiec.
