نگرانی انسان‌ها از زباله‌های فضایی

مشکل زباله‌های فضایی که اخیرا برجسته‌تر شده، مورد توجه بسیاری از آژانس‌های فضایی و شرکت‌های خصوصی حوزه هوافضا قرار گرفته اما برخی از کارشناسان مانند یک افسر ارشد سابق فرماندهی فضایی آمریکا معتقدند که میزان زباله‌های فضایی به صورت کاملا درست تخمین زده نشده و حل کردن این مشکل بسیار دشوار است.

شکی نیست که مدار زمین یک مکان به‌هم‌ریخته است اما آیا می‌توان کاری برای حذف کردن زباله‌های فضایی از مدار زمین انجام داد؟ شرکت‌های خصوصی و آژانس‌های فضایی سرتاسر جهان به طور هم‌زمان در حال ارائه دادن مفاهیمی در مورد مقابله با زباله‌های نگران‌کننده هستند. با وجود این، تخمین‌ زدن اینکه واقعا چه مقدار زباله دردسرساز در مدار وجود دارد، ترسناک و دشوار است.

هنگامی که زباله‌های فضایی به طور ناگهانی به یک ماهواره برخورد می‌کنند یا انفجاری در مدار زمین به ویژه در ارتفاعات بالاتر رخ می‌دهد، پیامدهای مضر افزایش می‌یابد. زباله‌های حاصل از این اتفاقات برای سال‌ها، دهه‌ها و حتی قرن‌ها باقی می‌مانند و با سرعت بالا حرکت می‌کنند.

زباله‌های موجود در مدار زمین، یک خطر به شمار می‌روند. این واقعیت به طرز عجیبی برجسته شده و آغاز اولین مأموریت را برای خارج کردن یک جرم متروکه از مدار به همراه داشته است.

«آژانس فضایی اروپا»(ESA) ماموریت «کلییراسپیس-۱»(ClearSpace-۱) را به عنوان خدماتی از سوی استارت‌آپ سوئیسی «کلییراسپیس»، به منظور نمایش دادن دانش فنی برای حذف آشفتگی‌های فضایی و به عنوان اولین گام برای ایجاد یک اکوسیستم فضایی تجاری جدید، پایدار و پرتلاش آغاز کرد.

یک آداپتور موشک به نام «VESPA» که در اطراف زمین می‌چرخد، از بقایای موشک «وِگا»(Vega) است. موشک وِگا در سال ۲۰۱۳ از فرودگاه فضایی آژانس فضایی اروپا در گویان فرانسه پرتاب شد. این آداپتور در حال حاضر به عنوان هدف ماموریت کلییراسپیس-۱ برای حذف زباله فعال مورد توجه قرار گرفته است. طرح این ماموریت، خواستار برداشتن زباله از مدار برای ورود مجدد ایمن به جو است.

به تازگی قطعات جدید دیگری نیز در مجاورت آداپتور پیدا شده‌اند. این قطعات به احتمال زیاد نتیجه برخورد یک جسم کوچک و ردیابی‌نشده با سرعت زیاد هستند که به آداپتور برخورد کرده و قطعات را پخش کرده است.

آژانس فضایی اروپا در بیانیه‌ای نوشت: این رویداد بر اهمیت ارتباط ماموریت کلییراسپیس-۱ تاکید می‌کند. مهم‌ترین تهدیدی که توسط قطعات بزرگ‌تر زباله‌های فضایی ایجاد می‌شود، این است که آنها به ابرهایی از قطعات کوچک‌تر تقسیم می‌شوند و هر کدام می‌توانند آسیب قابل توجهی را به ماهواره‌های فعال وارد کنند. برای به حداقل رساندن تعداد رویدادها باید ایجاد کردن زباله‌های فضایی جدید را فورا کاهش دهیم و تأثیر اجرام موجود را به حداقل برسانیم.

اندازه زباله‌های فضایی مهم است

مهم‌ترین نکته این است که تعداد زباله‌های فضایی باید مشخص شود. «مارشال کاپلان»(Marshall Kaplan) یکی از بنیان‌گذاران و مدیر شرکت «لانچ‌اسپیس تکنولوژیز کورپوریشن»(Launchspace Technologies Corporation)، زباله‌های فضایی را به سه گروه تقسیم می‌کند.

بزرگترین گروه که اندازه قطعات آن به ۱۰ سانتی‌متر یا بزرگتر می‌رسد و شاید ۳۵ هزار قطعه زباله را در خود جا داده باشد.

گروه میانی که اندازه قطعات آن از حدود یک میلی‌متر تا ۱۰ سانتی‌متر متغیر است و تقریبا میلیون‌ها نمونه از این قطعات وجود دارد.

گروه سوم که از قطعات کوچک‌تر از یک میلی‌متر تشکیل شده است و جمعیت آنها تا تریلیون‌ها تخمین زده می‌شود.

تنها راه کنترل زباله‌های فضایی، جمع‌آوری غیرفعال و استفاده کردن از فناوری‌هایی است که به طور ویژه طراحی شده‌اند.کاپلان گفت: پرسش اصلی این است که در مورد این مشکل چه کنیم و پاسخ آن بسیار ساده است. ما هر چیزی بزرگتر از ۱۰ سانتی‌متر را نادیده می‌گیریم زیرا احتمال برخورد آن قدر کم است که از نظر آماری مشکلی ندارد. گروه میانی، جالب‌ترین گروه به شمار می‌رود اما شناسایی و مکان‌یابی قطعات آن بسیار سخت است. تنها راه کنترل آنها، جمع‌آوری غیرفعال و استفاده کردن از فناوری‌هایی است که به طور ویژه طراحی شده‌اند. در نهایت می‌توانیم کوچک‌ترین گروه را نادیده بگیریم زیرا محافظ فضاپیما می‌تواند از آسیب جدی ناشی از اجسام بسیار کوچک جلوگیری کند.

«دارن مکنایت»(Darren McKnight) کارشناس ارشد فنی شرکت «لئولبز»(LeoLabs) که ارائه‌دهنده تجاری خدمات آگاهی از حوزه فضایی و نقشه‌برداری از مدار پایین زمین است، گفت: من معتقدم که حذف کردن زباله‌های فعال به صورت تجاری در حال حاضر قابل اطمینان نیست؛ همان طور که پرتاب ماهواره‌های تجاری رصد زمین در یک مقطع زمانی قابل اطمینان نبود.

مکنایت ادامه داد: من فکر می‌کنم و امیدوارم حذف کردن زباله‌های فعال، یک مرحله اولیه داشته باشد که در آن آژانس‌های فضایی بزرگ، مأموریت‌هایی را برای حذف کردن اجسام باقی‌مانده از برنامه‌های دولتی تامین مالی ‌کنند. با گذشت زمان، شرکت‌ها کاهش دادن قیمت‌های خود را برای مقاصد تجاری آغاز خواهند کرد. به عنوان مثال، برخی از شبکه‌های ماهواره‌ای حاضر در مدار زمین ممکن است دچار خرابی محموله شوند که نیاز به حذف کردن آنها را در پی دارد.

درست همان طور که پرتاب به فضا و سیستم‌های رصد زمین به عنوان فعالیت‌های صرفا دولتی آغاز شد، صنعت در نهایت توانست کاهش قیمت‌ها و افزایش تقاضای تجاری را آغاز کند. مکنایت گفت: من گمان می‌کنم که همین اتفاق در مورد حذف زباله‌های فعال نیز رخ خواهد داد.

جا مانده در فضا

مکنایت ادامه داد: تلاش کردن برای اثبات هزینه خالص حذف زباله‌های فعال، رویکرد اشتباهی است. این وظیفه کشورهای بزرگ فعال در فضا مانند آمریکا، روسیه، چین، ژاپن و همچنین آژانس فضایی اروپا است که آنچه را برنامه‌های دولتی آنها برای دهه‌ها در مدار باقی گذاشته‌اند، پاکسازی کنند. با همه هیاهوها در مورد کاهش دادن زباله‌های فضایی شاید فکر کنید که کشورهای بزرگ فعال در فضا، رفتار خود را بهبود بخشیده‌اند اما این طور نیست.

میزان تجمع بدنه موشک‌ها در مدار پایین زمین طی ۲۰ سال گذشته نسبت به تقریبا ۴۵ سال عصر فضایی پیش از آن افزایش یافته است.داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط مکنایت نشان می‌دهند که میزان تجمع بدنه موشک‌ها در مدار پایین زمین طی ۲۰ سال گذشته نسبت به تقریبا ۴۵ سال عصر فضایی پیش از آن افزایش یافته است. مکنایت گفت: اگرچه آمریکا و روسیه میزان رها شدن بدنه موشک را در مدار پایین زمین کاهش داده‌اند اما سایرین به ‌ویژه چین در بیست سال گذشته به‌ طور قابل‌ توجهی بدنه موشک‌ها را در مدار رها کرده‌اند. دو سوم از توده بدنه موشک‌ها که در مدار پایین زمین باقی مانده، توسط چین و سایر کشورهای فضایی به جز آمریکا و روسیه رها شده است.

مکنایت خاطرنشان کرد: تقریبا ۸۰ درصد از بدنه‌های موشکی که طی ۲۰ سال گذشته در مدار پایین زمین باقی مانده‌اند، از دستورالعمل‌های ۲۵ ساله دفع پس از مأموریت تبعیت نمی‌کنند. بیش از ۴۰ درصد توده‌های بدنه موشکی جدید که در ۲۰ سال گذشته در مدار پایین زمین رها شده‌اند و ظرف ۲۵ سال دیگر وارد مدار زمین نخواهند شد، توسط چین رها شده‌اند و ۲۵ درصد از آنها متعلق به روسیه هستند.

مکنایت در مورد قیمت‌گذاری ماموریت‌های حذف زباله‌های فعال گفت که ماموریت‌ها بر اجسام سنگین‌تر از ۱۰۰۰ کیلوگرم در فاصله بالای ۷۰۰ کیلومتر تمرکز خواهند کرد زیرا آنها بزرگترین پتانسیل را در تولید زباله دارند و قطعات حاصل از آنها در این ارتفاعات پایدارتر خواهند بود.

مکنایت نتیجه گرفت: بنابراین، من معتقدم که قیمت‌گذاری ماموریت‌ها معمولا برای زباله‌های بزرگ و قدیمی که به منظور بازیابی طراحی نشده‌اند، یکسان خواهد بود. با وجود این، بیرون آوردن ماهواره‌های جدید و بسیار کوچک‌تر از مدار ممکن است هزینه کمتری داشته باشد.

وی افزود: صرفه‌جویی واقعی در هزینه زمانی حاصل می‌شود که یک ماموریت بتواند چندین شیء را که در شیب‌های مشابه اما نه لزوما ارتفاعات مشابه رها شده‌اند، بیرون بیاورد.

عدم قطعیت

برای حفظ کردن هوشیاری و آگاهی در مورد زباله‌های مداری، روش‌های بسیار بهتری مورد نیاز هستند. «دیوید فینکلمن»(David Finkleman) دانشمند باتجربه در حوزه زباله‌های مداری و افسر ارشد سابق فرماندهی فضایی آمریکا گفت: در صورت وجود مدل‌سازی و عدم قطعیت در مورد تعداد، مشاهدات بیشتر ممکن است برآوردها را بهبود نبخشند. قطعات کوچک‌تر از آنچه تاکنون دیده‌ایم را نمی‌توان از جمعیت زباله‌هایی که دیده‌ایم بیرون آورد. تمام تخمین‌ها در مورد کوچک‌ترین زباله‌ها، خارج از نمونه و نامعتبر هستند.

فینکلمن خاطرنشان کرد: همین امر ممکن است در مورد احتمالات برخورد نیز صادق باشد. برخوردها یک‌باره رخ می‌دهند و یک جامعه نمونه وجود ندارد. در واقع، ما هرگز برخوردی را که تخمین زده بودیم، ندیده‌ایم. ما احتمالات را از یک مجموعه نمونه بدون برخورد ارائه می‌دهیم.

فینکلمن احساس می‌کند که کارشناسان و صاحب‌نظران در حوزه زباله‌های فضایی، پیامدهایی را پیش‌بینی کرده‌اند که در فیزیک شناخته‌شده غیرممکن هستند. فینکلمن معتقد است که آنها نمی‌خواهند یا نمی‌توانند این عدم قطعیت‌ بزرگ را فاش کنند.

تاثیر پدیده‌های طبیعی

فینکلمن گفت: ماهواره‌ها بهتر می‌دانند کجا هستند و چه چیزی در نزدیکی آنهاست. برای اطمینان بیشتر، اقدامات باید مستقل باشند. تا این مرحله، مدار زباله‌های فضایی تحت تأثیر پدیده‌هایی در مقیاس‌های زمانی قرار داشته است که از میان آنها می‌توان به انتشارات خورشیدی و آب‌وهوای فضایی که در عرض چند دقیقه تغییر می‌کند، جزر و مد در سطح زمین یا چرخش مستقل در هسته مذاب زمین که چند ساعت طول می‌کشد و گرانش ماه اشاره کرد. رفع کردن این اثرات روزها طول می‌کشد.

فینکلمن ادامه داد: بسیاری از پدیده‌های حیاتی را نمی‌توان با اطمینان پیش‌بینی کرد؛ چه فوران‌های آتشفشانی باشند، چه زمین‌لرزه، طوفان و آتش‌سوزی جنگلی ناشی از رعد و برق. عدم اطمینان سهم ماست و انعطاف‌پذیری بهترین پاسخ ماست.

وی افزود: برخی از مشکلات آن قدر پیچیده هستند که ممکن است هرگز آنها را حل نکنیم. برخورد بین ماهواره‌ها تنها یکی از این مشکلات است.