Στην κορυφή του όρους Teide στην Τενερίφη της Ισπανίας, ένα πράσινο laser σκίζει τον νυχτερινό ουρανό από τους θόλους δύο αστεροσκοπείων. Δεν πρόκειται για κάποιο εντυπωσιακό σόου φωτός, αλλά για μια πρωτοποριακή προσπάθεια του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος(ESA) να εντοπίσει και να αντιμετωπίσει τον ολοένα αυξανόμενο κίνδυνο των διαστημικών σκουπιδιών.
Τα δύο τηλεσκόπια, Izaña-1 και Izaña-2, αποτελούν σταθμούς laser-ranging και κατασκευάστηκαν από τη γερμανική εταιρεία DiGOS, που ειδικεύεται σε τέτοιες τεχνολογίες. Το Izaña-1 λειτουργεί από το 2021 και ήδη χρησιμοποιείται για παρακολούθηση δορυφόρων μέσω laser. Με την προσθήκη του Izaña-2, το σύστημα αποκτά έναν πιο φιλόδοξο ρόλο στο πλαίσιο του Space Safety Program της ESA: όχι μόνο να εντοπίζει διαστημικά θραύσματα, αλλά και να τα αποτρέπει από συγκρούσεις με δορυφόρους.
Πώς λειτουργεί το σύστημα
Η διαδικασία είναι εντυπωσιακή. Το Izaña-2 εκπέμπει ισχυρούς παλμούς laser προς ένα κομμάτι διαστημικών σκουπιδιών σε τροχιά, ενώ το Izaña-1 ανιχνεύει την ανακλώμενη ακτινοβολία. Έτσι χαρτογραφείται με ακρίβεια η πορεία του αντικειμένου και προσδιορίζεται αν υπάρχει κίνδυνος σύγκρουσης με δορυφόρο.
Η ισχύς του laser έχει ενισχυθεί ώστε να είναι δυνατή η ανίχνευση μη συνεργάσιμων στόχων, δηλαδή αντικειμένων που δεν διαθέτουν ειδικούς ανακλαστήρες. Όπως εξηγεί ο Andrea Di Mira, μηχανικός οπτικών συστημάτων του ESA, αυτό απαιτεί παλμούς μεγαλύτερης ενέργειας ώστε να αντισταθμιστεί ο μικρός αριθμός φωτονίων που επιστρέφουν στον σταθμό.
Ο εφιάλτης του συνδρόμου Kessler
Η παρακολούθηση διαστημικών σκουπιδιών δεν είναι απλή πολυτέλεια. Μια σύγκρουση μπορεί να οδηγήσει στην απώλεια δορυφόρων αξίας εκατομμυρίων ή σε καταστροφή πολύτιμων επιστημονικών δεδομένων. Ακόμη χειρότερα, μπορεί να προκαλέσει μια αλυσιδωτή αντίδραση: ένα σπασμένο δορυφορικό τμήμα δημιουργεί δεκάδες άλλα θραύσματα, τα οποία με τη σειρά τους συγκρούονται με άλλους δορυφόρους, γεννώντας νέα συντρίμμια. Αυτό το επικίνδυνο σενάριο είναι γνωστό ως σύνδρομο Kessler, από τον επιστήμονα της NASA Donald Kessler που το περιέγραψε πρώτος. Αν συμβεί, ορισμένες περιοχές χαμηλής γήινης τροχιάς μπορεί να καταστούν πρακτικά αχρησιμοποίητες.
Από την παρακολούθηση στην παρέμβαση
Σήμερα, αν ένα θραύσμα κατευθύνεται προς δορυφόρο, ο δορυφόρος πρέπει να χρησιμοποιήσει τους προωθητήρες του για να αλλάξει τροχιά, ξοδεύοντας καύσιμα και μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του. Το νέο όραμα του ESA είναι διαφορετικό: το laser να χρησιμοποιείται για να αλλάξει ελαφρώς την πορεία του ίδιου του σκουπιδιού.
Η μέθοδος αυτή, γνωστή ως laser momentum transfer, αξιοποιεί την πίεση που ασκούν τα φωτόνια όταν χτυπούν την επιφάνεια ενός αντικειμένου. Ο André Kloth, CEO της DiGOS, εξηγεί ότι έτσι το Izaña-2 θα μπορούσε να μετατοπίσει τα σκουπίδια με τρόπο παρόμοιο με εκείνον που τα laser κινούν τα ηλιακά πανιά. Το πλεονέκτημα είναι ότι οι δορυφόροι δεν θα χρειάζεται να σπαταλούν καύσιμα, αυξάνοντας τον χρόνο λειτουργίας τους.
Η τεχνολογία αυτή εντάσσεται σε ένα ακόμη φιλόδοξο σχέδιο του ESA, το OMLET (Orbital Maintenance via Laser momEntum Transfer), που στοχεύει στη δημιουργία ενός ολοκληρωμένου συστήματος «διαστημικής τροχαίας». Το OMLET θα προσφέρει στους χειριστές δορυφόρων τη δυνατότητα να γνωρίζουν με ακρίβεια τις τροχιές τους σε σχέση με τα διαστημικά σκουπίδια και, αν χρειαστεί, να τα απομακρύνουν με τη βοήθεια laser.
Πέρα από την ασφάλεια: επικοινωνία με laser
Η χρήση του Izaña-2 δεν περιορίζεται μόνο στην αποφυγή συγκρούσεων. Το ίδιο laser θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί και ως πλατφόρμα δοκιμών για επικοινωνία με δορυφόρους μέσω φωτονίων. Η μετάδοση δεδομένων με laser έχει πλεονεκτήματα έναντι των ραδιοκυμάτων: λιγότερες παρεμβολές, υψηλότερη χωρητικότητα και δυνατότητα κβαντικής κρυπτογράφησης (QKD – Quantum Key Distribution), όπου το κλειδί της κρυπτογράφησης κωδικοποιείται στην κβαντική κατάσταση των φωτονίων.
Αξιοσημείωτο είναι ότι τα laser μπορούν να λειτουργήσουν ακόμη και σε συνθήκες νεφοκάλυψης. Ήδη οι δορυφόροι παρατήρησης της Γης χρησιμοποιούν συστηματικά laser για LiDAR μετρήσεις, ενώ πρόσφατα Κινέζοι επιστήμονες πραγματοποίησαν την πρώτη επιτυχημένη μέτρηση από τη Γη στη Σελήνη με laser κατά τη διάρκεια της ημέρας.
Το μέλλον των laser στο Διάστημα
Το σύστημα Izaña λειτουργεί σήμερα ημιαυτόνομα, με ανθρώπινη επίβλεψη από απόσταση, αλλά στόχος είναι να περάσει σύντομα σε πλήρη αυτοματοποίηση. Αυτό θα αυξήσει σημαντικά την παραγωγικότητα δεδομένων και θα μειώσει τον χρόνο απόκρισης σε πιθανές απειλές.
Εξήντα πέντε χρόνια μετά την εφεύρεσή τους, τα laser εξακολουθούν να ανοίγουν δρόμους για το μέλλον. Από τα εργαστήρια Φυσικής πέρασαν στα DVD και τα ιατρικά εργαλεία, και τώρα φαίνεται πως θα γίνουν οι φύλακες της τροχιάς γύρω από τη Γη. Στην εποχή όπου το Διάστημα γεμίζει όλο και περισσότερο με τεχνητά αντικείμενα, η Ευρώπη δείχνει πως οι ακτίνες φωτός μπορούν να προσφέρουν την απαραίτητη ασπίδα για να διατηρηθεί το ασφαλές και προσβάσιμο.
[via]
