A biológiailag lebontható anyagok és különböző prototípusok bebizonyították, hogy ezek a furcsa szerkezetek nem csupán kíváncsiságra méltóak, hanem képesek ellenállni a légkörbe való visszatérésnek, majd a földi légkörbe való belépéskor teljesen szétbomlanak, így nem válnak mérgező hulladékká.
Minden évben az emberiség egyre több hulladékot hagy a Föld körül keringve. Az Európai Űrügynökség (ESA) becslései szerint jelenleg több mint 36 000, 10 centiméternél nagyobb tárgy kering a Föld körül, és több millió kisebb darab is létezik, amelyek milliszekundumok alatt képesek átlyukasztani egy műholdat.
A sebességük – körülbelül 28 000 km/h, hasonló az ISS sebességéhez – miatt bármely ütközés veszélyt jelent az aktív navigációs, távközlési és földmegfigyelő rendszerekre. Amikor ezek a törmelékdarabok visszatérnek a légkörbe és elégnek, olyan vegyi anyagokat bocsátanak ki, amelyek károsíthatják az ózonréteget. Ezen aggodalmakra válaszul az űrügynökségek és magáncégek egyre kreatívabb megoldásokat keresnek a probléma enyhítésére.
Ennek jegyében egy japán kutatócsoport az ősi origami technikát felhasználva olyan megoldást talált, amely bár „furcsa”, de örökre megváltoztathatja a helyzetet. Míg egyes tudósok vitorlákkal felszerelt műholdakkal próbálják lassítani a műholdak pályáját és gyorsítani zuhanásukat, mások hálókat és robotkarokat tesztelnek az irányíthatatlan darabok befogására. 2018-ban a RemoveDebris misszió sikeres bemutatót tartott hálókkal és szigonyokkal az orbitális hulladékok befogására.
Szokatlan javaslat: űrorigami
Ebben a helyzetben Maximilien Berthet és Kojiro Suzuki, a Tokiói Egyetem kutatói egy másik ötlettel álltak elő: papírrepülőgépeket használnak modellként olyan anyagok tesztelésére, amelyek visszatéréskor teljesen megsemmisülnek. Az Acta Astronautica folyóiratban publikált munkájuk egy szimulációból indult: papírrepülőgépeket dobtak ki az ISS-ről, körülbelül 400 kilométer magasságból, és elemezték, mennyi idő alatt térnek vissza, hogyan viselkednek a leszállás során, és milyen hőmérsékletet bírnak ki, mielőtt szétesnek.
Számítógépes szimulátorral kombinálták a pálya, a repülés iránya és az aerodinamika változóit. Az eredmények azt mutatták, hogy a repülőgép kialakítása és hajtogatása az első napokban meglepő stabilitást biztosított neki, köszönhetően alacsony forgási tehetetlenségének, vagyis annak, hogy nem hajlamos kaotikus forgásra.
Szélcsatorna-tesztek: a vákuumtól a tűzig
Hipotézisének ellenőrzése érdekében Berthet és Suzuki egy A4-es papírlapból és alumíniumcsappal megerősített prototípust építettek. A prototípust a Tokiói Egyetem hiperszonikus szélcsatornájában tesztelték, amely képes extrém sebességeket és nagyon magas hőmérsékleteket előidézni, hasonlóan azokhoz, amelyek a légkörbe való visszatéréskor tapasztalhatók.
A tesztek kimutatták, hogy a repülőgép körülbelül 120 kilométeres magasságig stabilan tartotta irányát. Ezt követően a légkörrel való súrlódás hirtelen fordulatot és gyors hőmérséklet-emelkedést okozott. 90 és 110 kilométer magasság között a modell teljesen meggyulladt.
A papírrepülőgépekkel végzett kísérlet az ISS-ről bizonyítja az orbitális hulladékok környezetbarát megoldásainak megvalósíthatóságát (NASA/Roscosmos/REUTERS-en keresztül átadva)
Hét másodpercig tartó Mach 7-es sebességnek – a hangsebesség hétszeresének – való kitettség alatt az orr hátra hajlott, és a szárnyak végei elszenesedtek. Ennek ellenére a szerkezet elég sokáig egyben maradt ahhoz, hogy megerősítsék: ha tovább repült volna, szilárd hulladékot hagyva megsemmisült volna.
Globális kontextus: megoldások összevonása, kockázatok mérséklése
A tokiói csapat eredményei egy szélesebb tendenciába illeszkednek. Az elmúlt évtizedben az ESA és a NASA projektekbe kezdett a hulladékok befogására és eltávolítására, tudatában annak, hogy az úgynevezett Kessler-effektus – egy több hulladékot generáló ütközések láncreakciója – valós veszélyt jelent az űrtevékenység fenntarthatóságára.
Holger Krag, az ESA Űrhulladék-irodájának vezetője nemrég a BBC-nek nyilatkozta: „Az alacsony pályán minden darab számít. Az a gondolat, hogy olyan anyagokat használjunk, amelyek hulladék nélkül semmisülnek meg, egy lépés a jó irányba”. Ez a szemlélet megerősíti olyan javaslatok értékét, mint a Tokiói Egyetemé, amely szerint a nehézfémeket szerves polimerekkel vagy újrahasznosítható anyagokkal kellene helyettesíteni, amelyek úgy vannak kialakítva, hogy élettartamuk végén eltűnjenek.
Kihívások: az elméletből a gyakorlatba
Bár a papírrepülőgépes kísérlet ígéretes eredményeket hozott, a szakértők egyetértenek abban, hogy ennek a technológiának a kiterjesztése nem egyszerű. A biológiailag lebontható anyagoknak hónapokig vagy évekig ki kell bírniuk az űrben uralkodó extrém körülményeket, és ugyanakkor biztosítaniuk kell a kontrollált lebomlást a visszatéréskor.
Emellett az iparág költségbeli dilemmákkal is szembesül. Az organikus anyagok bevezetése a műholdak tervezésének, gyártásának és indításának módosítását teheti szükségessé.
Ezen akadályok ellenére minden ötlet, amely hozzájárul az orbitális hulladék csökkentéséhez, hozzájárul az orbitális pálya tisztaságának és működőképességének fenntartásához. Berthet és Suzuki hangsúlyozzák, hogy a papírrepülőgép indítása az ISS-ről nem csupán anekdota: ez egy kiindulási pont ahhoz, hogy újragondoljuk, hogyan gyártsunk és dobjunk el tárgyakat az űrben.
Kísérletük bizonyítja, hogy még a könnyű és egyszerű szerkezetek is részben túlélhetik a légkörbe való belépést, és nyom nélkül eltűnhetnek.
Az egyre intenzívebb űrkutatás kontextusában a fenntartható anyagok iránti igény egyre sürgetőbbé válik. A kihívás az lesz, hogy az innovációt, a műszaki megvalósíthatóságot és a környezet iránti elkötelezettséget úgy ötvözzük, hogy az űr továbbra is biztonságos környezet maradjon az új generációs űrmissziók és műholdak számára.
