Satelity napędzane rtęcią — wyjaśniamy, dlaczego ich zakazano

Na naszej orbicie umieszczono tysiące satelitów, a kolejne dziesiątki tysięcy mają zostać wysłane. Wiele z nich powróci na Ziemię, najpewniej tonąc w ocenie lub rozbijając się na pustyni. Niektóre z tych konstrukcji miało wykorzystywać jako paliwo rtęć. Tak się jednak na szczęście nie stało. Dlaczego to paliwo jest tak dużym problemem i co oznacza zakaz jego stosowania w przyszłych misjach? Na te i inne pytania spróbujemy odpowiedzieć w tym tekście.

  • Rtęć to tani i łatwo dostępny metal. Dlatego próbowano go wykorzystać jako paliwo w satelitach, by obniżyć koszty ich działania
  • Jest to równocześnie pierwiastek niezwykle szkodliwy, który niszczy ośrodek nerwowy człowieka, a w skrajnych wypadkach może doprowadzić do jego śmierci
  • Badania nad stosowaniem rtęci jako paliwa w satelitach szybko przerwano ze względu na potencjalny wpływ metalu na środowisko
  • Po prawie 50 latach jedna z amerykańskich firm powróciła jednak do prac nad stosowaniem rtęci. Pociągnęło to za sobą wprowadzenie nowych regulacji, zakazujących budowy satelitów z paliwem rtęciowym

Pod koniec 2021 r. na orbicie ziemskiej znajdowały się 4852 działające satelity, z których zdecydowana większość należała do Stanów Zjednoczonych. W drodze jest kilkadziesiąt tysięcy kolejnych konstrukcji, w tym choćby 12 tys. satelitów Starlink, jakie mają zostać wysłane przez należącą do Elona Muska firmę SpaceX. Na niebie robi się więc bardzo tłoczno, co w przyszłości może spowodować problemy z obserwowaniem kosmosu — astronomowie już teraz wyrażają niezadowolenie.

Jest też chyba nawet istotniejsza kwestia, która przez wiele lat nie była poruszana. Chodzi o wykorzystanie rtęci, jako paliwa w przemyśle kosmicznym, które testowano w latach 70. XX w. Temat jednak powrócił za sprawą firmy Apollo Fusion, która w 2018 r. zaproponowała ponowne użycie rtęci zamiast pierwiastków, stosowanych do tej pory. Wiadomość ta wywołała ogromne poruszenie w środowisku naukowców, którzy zdawali sobie sprawę, z czym pomysł mógł się wiązać.

Nim jednak do tego przejdziemy, musimy wytłumaczyć, jak w ogóle satelity manewrują na orbicie. Większość z wysłanych jednostek musi cały czas dostosowywać swoją pozycję, która jest zaburzana m.in. przez przyciąganie ziemskie i inne oddziaływania grawitacyjne. Co więcej, czasem ruch satelity jest też niezbędny do uniknięcia uderzenia z innym obiektem znajdującym się w przestrzeni.

Schemat przedstawiający działanie silnika Halla

Dlatego właśnie jednostki te mają na pokładzie silniki Halla. Rozwiązanie to jest stosowane od 1974 r., kiedy to wysłano na orbitę satelitę Meteor-8. To elektrostatyczne napędy elektryczne, wytwarzające ciąg poprzez jonizację propelentu, by w ten sposób przekształcić go w cząsteczki z ładunkiem elektrycznym. Te z kolei są przyspieszane do ogromnych wartości przy pomocy pola magnetycznego.

Silniki te działają sprawnie i mogą pracować przez dziesięciolecia, o ile oczywiście mają odpowiednią ilość paliwa. W zdecydowanej większości satelitów silniki Halla są zasilane propylentem złożonym z kryptonu lub ksenonu. To pierwiastki z grupy helowców, należące do gazów szlachetnych, których ważną cechą jest obojętność dla środowiska. Warto to zapamiętać w kontekście naszych dalszych rozważań. Oba gazy są również rzadkie, dlatego 50 lat temu NASA szukała dla nich tańszego i łatwiejszego w pozyskaniu zastępstwa.

Tutaj na scenę wkracza rtęć, z którą eksperymentowano w ramach programu Space Electric Propulsion Test. Wystarczyły jednak tylko dwie misje, by podjęto decyzję o rezygnacji z tego metalu ciężkiego. Naukowcy z NASA obawiali się o to, co może stać się ze środowiskiem i zdrowiem ludzi oraz zwierząt na Ziemi, jeśli paliwo powróci z orbity razem ze złomowanym satelitą. Obawy są zresztą słuszne, zważywszy na fakt, że rtęć jest silną neurotoksyną.

Rtęć to jedyny metal, który w domyślnie znajduje się w stanie ciekłym

Cechą charakterystyczną tego niezwykle szkodliwego, choć po części też całkiem przydatnego pierwiastka (stosowanego przecież choćby w termometrach), jest jego zdolność do gromadzenia się w organizmach żywych. Niestety przemieszcza się ona w górę łańcucha pokarmowego, na którego końcu zwykle jest właśnie człowiek. Rtęć bardzo silnie oddziałuje z wodą, przekształcając się w niej i wszystkich mikroorganizmach wodnych w metylortęć. Ryby pochłaniające wspomniane organizmy gromadzą rtęć w swoich tkankach zgodnie z zasadami procesu biomagnifikacji. Oznacza ona wzrost stężenia substancji toksycznej w organizmie zajmujące wyższy poziom troficzny.

Zatrucia rtęcią są bardzo poważne i mogą prowadzić do śmierci, czego najlepszym przykładem są wydarzenia z japońskiej Minamaty z lat 50. XX w. Duże ilości rtęci trafiły wtedy do zatoki i zostały wchłonięte przez tamtejsze ryby. Te z kolei zostały zjedzone przez okolicznych mieszkańców, co skończyło się prawdziwą tragedią – w wyniku zatrucia zmarło ponad 1000 osób, a wśród tych, którzy przeżyli, zdiagnozowano uszkodzenia mózgu. Te ostatnie są nieodwracalne i powodują m.in. utratę słuchu czy drętwienie kończyn.

Rtęć może gromadzić się w tkankach ryb, co stanowi ogromne zagrożenie dla ludzi

Informacje o możliwym powrocie paliwa rtęciowego spowodowały ożywioną dyskusję badaczy, której efektem był obszerny raport. Znalazły się w nim ciekawe wyliczenia. Jeśli na orbicie umieszczono by konstelację 2000 satelitów, z których każda przenosiłaby 100 kg paliwa, w ciągu 10-letniego okresu eksploatacji wykorzystano by aż 20 ton rtęci. Co gorsze, aż 75 proc. wypalonego paliwa wylądowałoby w ocenach. Zgodnie z badaniami naukowymi stałoby się tak nawet z rtęcią emitowaną do kosmosu.

Dzieje się tak dlatego, że atomy rtęci zderzają się z rzadką atmosferą przestrzeni kosmicznej, co powoduje utratę ich prędkości. Wtedy zaczyna działać grawitacja, sprawiająca, że atomy rtęci opadają do gęstszej atmosfery i stamtąd niżej, na Ziemię. Do tego doszłyby inne procesy atmosferyczne, transportujące rtęć m.in. w rejony polarne.

Trzeba też brać pod uwagę to, że coś może pójść nie tak przy samym wystrzeleniu satelity. Gdy tego typu katastrofa będzie mieć miejsce w przypadku konstrukcji przewożącej ksenon lub krypton, nie odnotujemy żadnego wpływu na środowisko. Gorzej, gdy w satelicie znajdować będzie się właśnie rtęć. Co więcej, zgodnie z Traktatem o Przestrzeni Kosmicznej, satelity z niskiej orbity muszą być celowo sprowadzane maksymalnie po 25 latach pracy. Wtedy zwykle ich paliwo zostanie w pełni wypalone.

Żywotność satelit na orbicie jest z góry określona. Te z niskiej orbity zostaną sprowadzone na Ziemię już po 25 latach

Zdarza się jednak, że satelita zawiedzie i zejdzie z orbity w sposób niezamierzony. Tak przecież stało się z 40 satelitami Starlink, które zmiotła burza geomagnetyczna. Wystarczy teraz pomyśleć, co by się stało, gdyby każda z tych satelit miała po kilkadziesiąt kg paliwa rtęciowego na pokładzie.

Zakaz stosowania rtęci wydawał się sensowny, ale przez bardzo długi czas właściwie nie działał. Brakowało odpowiednich regulacji w amerykańskim prawie kosmicznym, które zresztą chciała wykorzystać wspomniana wyżej firma Apollo Fusion. Na szczęście ONZ w końcu poważnie zabrało się za tę kwestię i w marcu 2022 r. zakazało satelitów napędzanych rtęcią na mocy nowych postanowień traktatu z Minamaty. Tym razem USA w pełni poprało to ograniczenie, co sprawia, że temat wykorzystania rtęci jako paliwa rakietowego raczej nie wróci w najbliższym czasie.

Naukowcy przekonują, że przy obecnym poziomie wiedzy, raczej nie będzie to potrzebne. W niektórych silnikach używa się już bizmutu, tytanu i aluminium, które są zdecydowanie bezpieczniejsze niż rtęć, a dodatkowo przechowywane są jako ciała stałe. W kontekście możliwych wycieków nawet podczas testów to spora przewaga nad rtęcią.

Tagi:

Podziel się postem :)

Najnowsze:

Oprogramowanie

Zmiany w Gmailu. Wyszukiwarka staje się “inteligentniejsza”

Google wprowadza zmiany w swoich usługach, w tym w wyszukiwarce działającej w Gmailu. W praktyce chodzi o rozszerzenie zmian z zapowiedzi, która pojawiła się już w lipcu tego roku. Gmail będzie teraz sprawniej szukać wiadomości zależnie od poprzednich działań użytkownika.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *