Navigációs műholdak ütközési kockázata

A februári műholdütközés nyomán felerősödtek az aggodalmak a magasabb pályákon keringő navigációs műholdakra leselkedő veszéllyel kapcsolatban is.

Egy aktív Iridium műhold és egy használaton kívüli orosz Kozmosz katonai távközlési hold februári összeütközése ismét ráirányította a figyelmet arra, hogy a Föld körüli pályák egyre zsúfoltabbak. Így megnőtt az esélye, hogy egy-egy űrszemétdarab, vagy akár működésképtelen mesterséges hold kárt okozzon egy másikban. (Az Iridium mobil távközlési cég a balesettől számított egy hónapon belül, március 4-re helyreállította műholdrendszerét egy tartalék űreszköz átirányításával.)

Már a navigációs műholdrendszerekkel (GNSS) foglalkozó nemzetközi bizottság (International Committee on GNSS, ICG) tavaly decemberi egyik összejövetelén felmerült, hogy a rendszerek kompatibilitása nem csak azt kellene jelentse, hogy a navigációs rádiójeleik azonos földi vevőkészülékekkel foghatók. Fontos, hogy a pályák megosztásában és az elhasznált műholdak elhelyezésében is együttműködés legyen. Az amerikai GPS, az orosz GLONASSZ, a kínai Compass és az európai Galileo műholdrendszer mind nagyjából ugyanazt a régiót, a Föld felszíne fölött kb. 20 ezer km-re húzódó, ún. közepes magasságú pályák tartományát használja.

Jelenleg összesen kb. kétezer – részben aktív, részben már működésképtelen – mesterséges hold kering a Föld körül, nem is beszélve a nagyságrendekkel nagyobb számban jelen levő kisebb-nagyobb törmelékdarabokról, rakétafokozatokról. Ezek túlnyomó része alacsony, néhány száz km-es magasságban található, ahol az Iridium-33 és a Kozmosz-2251 ütközése is történt. A navigációs műholdak üzemeltetői látszólag szerencsésebb helyzetben vannak: a pályamagasság, így a rendelkezésre álló térfogat nagyobb, és kevesebb űreszközzel kell a több helyen osztozni. A műholdak követése is automatikusan megoldott, hiszen – feladatukból adódóan – pozíciójukat folyamatosan, nagy pontossággal ismerjük. Igen ám, de mi történik a GNSS műholdakkal, ha befejezik pályafutásukat?

A navigációs műholdrendszereket is folyamatosan frissíteni kell, ha azt akarják, hogy mindig megfelelő számú űreszköz legyen megfigyelhető a jeleiket helymeghatározásra alkalmazó felhasználók számára. Az elöregedő, lejárt „szavatossági idejű” műholdakat kikapcsolásuk után el is kell távolítani a pályájukról, hogy legyen hely a pótlásnak. A magasabban húzódó, ún. temetői pályák eléréséhez némi többlet-üzemanyagra van szükség. A szolgálatból kivont GPS műholdak pályamagasságát például az eredeti 20 200 km-hez képest kb. 500 km-rel emelik meg. Csakhogy a temetői pályák hosszabb távon nem stabilak. Elsősorban a Nap és a Hold gravitációs eltérítő hatására a kezdetben közel kör alakú pályák egyre elnyúltabb ellipszisekké változnak, s így a műholdak keringési periódusuk egy részében újra visszatérhetnek az eredeti magasságukba. Ez kockázatot jelenthet az ott működő új GNSS holdak számára. A már használaton kívüli műholdak esetén természetesen nincs többé lehetőség a pályát korrigáló hajtómű-manőverekre.

Korábbi számítások szerint a parkolópályára helyezett GPS műholdak nem több, mint 10-20 éven belül visszasodródhatnak eredeti magasságukig. Még több idő elteltével, évszázados időskálán már annyira elnyúlttá válhat a pályájuk, hogy az alacsony, ill. a geostacionárius műholdakra is veszélyt jelenthetnek. Az orosz GLONASSZ rendszer mostanra már kb. 100 selejtes műholdat halmozott fel. Ezek alacsonyabb, 19 100 km-es pályájuk ellenére négy évtizeden belül gondot jelenthetnek a GPS, majd később a Compass és a Galileo számára is.

A GPS műholdak pályájának szemléltetése. A zöld sáv a működési tartományt jelöli. Narancssárga a temetői pálya. Középen fekete ellipszissel jelölték a 20-40, pirossal a 160-180 évvel későbbi állapotot. (Kép: The Aerospace Corporation / Inside GNSS)

A pálya lapultságának növekedési üteme függ a műhold pályaelemeitől, például az eredeti pályamagasságtól és lapultságtól, valamint az Egyenlítő síkjához képest mért hajlásszögtől. A magasabb (23 200 km-es) Galileo pályákon a folyamat még gyorsabb lesz. Az időnyerésre egy kínálkozó megoldás, hogy a temetői pályákat finom manőverekkel minél pontosabban beszabályozzák (például a lapultságot valóban 0-ra állítják), mielőtt a műholdakat végleg magukra hagynák.

Kapcsolódó cikkek:
Konstellációk kora
Végeznek a legöregebb működő GPS-holddal
Példátlan műholdütközés

Kapcsolódó linkek:
A GNSS műholdak és az űrszemét (Inside GNSS)