پاسخ به ۸ سوال مهم درباره زباله فضایی

زباله فضایی

بیش از ۵۰۰ هزار قطعه از بقایا یا زباله های فضایی هنگام گردش به دور زمین ردیابی شده است. همه آنها با سرعتی معادل ۱۷۵۰۰ مایل در ساعت حرکت می کنند که این سرعت آن قدر هست که یک قطعه نسبتاً کوچکی از آنها بتواند به ماهواره یا فضاپیما آسیب بزند. ماهواره های قدیمی و زباله های فضایی مدار پایین زمین را پر می کنند و پرتاب ماهواره های جدید با خطر برخورد زیادی مواجه می شود. افزایش مقدار زباله فضایی خطر احتمالی برخورد را برای همه وسایل نقلیه فضایی به ویژه برای ایستگاه فضایی بین المللی، شاتل های فضایی و سایر فضاپیماها افزایش می دهد.

ناسا خطر برخورد با زباله های فضایی را جدی می گیرد و یک مجموعه دستورالعمل دیرینه در مورد نحوه مقابله با هر تهدید احتمالی دارد. این دستورالعمل ها  بخشی از مجموعه وسیعی که به عنوان قوانین پرواز شناخته می شوند و مشخص می کنند که چه زمانی مجاورت یک قطعه از زباله، احتمال برخورد را آن قدر افزایش می دهد که نیاز به اقدامات فرار یا اقدامات احتیاطی دیگر برای اطمینان از ایمنی خدمه باشد.

بر اساس یک مطالعه جدید، مؤثرترین راه برای حل مشکل زباله های فضایی، برداشتن آوار و یا برداشتن ماهواره های قدیمی نیست. در حال حاضر تخمین زده می شود که ۲۰ هزار شی از جمله ماهواره ها و بقایای فضایی در مدار پایینی زمین وجود دارند. اگر مایل به کسب اطلاعات بیشتر در مورد این زباله ها می باشید در ادمه مطلب با ما همراه باشید.

زباله فضایی چیست؟

ممکن است سؤال شود زباله مداری یا فضایی (به انگلیسی: Space debris یا space junk) چیست؟ زباله فضایی به بقایای فعالیت انسان در فضا به خصوص زباله های به جا مانده از ماهواره ها و قطعات به جا مانده از فضاپیماها در مدار زمین که در حال حاضر هیچ کاربردی ندارند، اشاره دارد. اگرچه این زباله ها در آسمان قابل مشاهد نیست فراتر از ابرها و بیش از آنچه چشم می بیند، آنها وارد مدار پایین زمین (LEO) می شوند.

ماهواره پرتاب شده به مدار زمین
ماهواره پرتاب شده به مدار زمین

LEO حیاط زباله های فضایی است. میلیون ها قطعه از زباله های فضایی در LEO پرواز می کنند که بیشترشان اشیای تولیدشده توسط انسان است، مانند تکه های سفینه فضایی، قطعات ریز رنگی یک فضاپیما، قسمت هایی از موشک ها، ماهواره هایی که دیگر کار نمی کنند یا انفجار اجسام مداری که با سرعت زیاد در مدار در حال پرواز می باشند.

بیشتر زباله های فضایی با سرعت بسیار زیادی در حال حرکت هستند و می توانند به سرعت حدود ۲۸۹۶۸ کیلومتر در ساعت یعنی تقریباً ۷ برابر سریعتر از یک گلوله برسند. دلایل زیادی وجود دارد که باعث می شود LEO به یک گورستان مداری تبدیل شود. به عنوان مثال، تخریب عمدی فضاپیمای چینی Fengyun-1C در سال ۲۰۰۷ و برخورد تصادفی یک فضاپیمای آمریکایی و روسی فقط در سال ۲۰۰۹ باعث افزایش تقریباً ۷۰ درصدی جمعیت زباله های فضایی در LEO شده و خطرات بیشتری برای برخورد فضاپیما در مدار پایینی زمین ایجاد کرده اند.

مشکل زباله های فضایی رو به افزایش است!

قبل از اینکه بشر برای اولین بار اشیا را به مدار زمین بفرستد، فضای اطراف سیاره زمین پاک و تمیز بود. اما پرتاب Sputnik 1 در اکتبر ۱۹۵۷ همه چیز را تغییر داد. از آن پس، زباله های فضایی در حال تجمع و افزایش می باشند و تعداد ماهواره های بی فایده و از کار افتاده بیش از تعداد اجرام عملیاتی مدار زمین هستند. گزارش سالانه جدید آژانس فضایی اروپا (ESA) نشان داده است که گرچه ما از این مسئله آگاه شده ایم و در سالهای اخیر برای کاهش آن گام  هایی را برداشته ایم اما در حال حاضر این مراحل با مقادیر گسترده زباله فضایی مطابقت ندارند.

همه ملت های فضایی در بروز این مشکل بزرگ سهیم بوده اند. هرچه قدر تعداد بیشتری از اجسام از کار افتاده در نزدیکی فضای زمین وجود داشته باشند، به همان میزان خطر برخورد افزایش می یابد که در نتیجه این برخورد و سقوط و خرد شدن اجسام، حتی زباله های فضایی بیشتری تولید می شود. این خطرات برخورد در سال ۲۰۱۹ زیادتر بوده است. ما نه تنها شاهد برخورد تقریباً دو ماهواره بزرگ مرده بوده ایم، بلکه ایستگاه فضایی بین المللی مجبور شده است سه بار مانور اضطراری را انجام دهد تا از برخورد با زباله های فضایی جلوگیری کند.

برخورد دو ماهواره و ایجاد زباله فضایی
برخورد دو ماهواره در فضا

به گفته هولگر کراگ، رئیس برنامه ایمنی فضایی ESA بزرگترین عامل ایجادکننده مشکل زباله فضایی، انفجارهای موجود در مدار است که ناشی از انرژی باقیمانده یعنی سوخت و باتریها، فضاپیماها و موشکها می باشد. علی رغم تدابیری که سالها برای جلوگیری از این امر در نظر گرفته شده است، ما شاهد کاهش تعداد این قبیل رویدادها نیستیم.

اقدامات انجام شده برای کاهش زباله های مداری

مشکل زباله فضایی برای اولین بار در دهه ۱۹۶۰ مطرح شد اما مدتها طول کشید تا اقدامات کاهش آن شناسایی و اجرا شود. اکنون ملت های فضانورد در برنامه ریزی برای آنچه برای ماهواره ها و موشک ها در پایان مأموریت خود اتفاق می افتد؛ عملکرد بسیار بهتری دارند.

راکت هایی که بتوان مجدداً از آنها استفاده کرد یک راه حل خوبی است اگرچه این فناوری هنوز در مراحل ابتدایی است. چندین دهه، تقویت کننده های موشکی تنها پس از تحویل محموله های خود به مدار پایین زمین، محو می شدند. برخی از تقویت کننده های دور ریخته شده برای دهه ها در فضا باقی می ماندند.

 سایر اقدامات برای کاهش زباله های فضایی عبارتند از:

  • طراحی و ساخت فضاپیماهایی که می توانند در محیط خشن فضا بدون تجزیه مقاومت کنند.
  • آزاد کردن انرژی و سوخت ذخیره شده برای کمتر شدن انفجار فضاپیمای منهدم شده.
  • انتقال فضاپیماها به مدار امن تر هنگامی که مأموریت شان به پایان رسید.

اما حتی با وجود این اقدامات، طی دو دهه گذشته هر سال ۱۲ رویداد تکه تکه شدن اتفاق افتاده است. این تعداد در حال افزایش است. با هر رویداد تکه تکه شدن هزاران قطعه از زباله های کوچک وارد مدار زمین می شوند. حتی ریزترین قطعات اگر در سرعت مداری قرار بگیرند، می توانند ماهواره عملیاتی را از کار بیندازند.

طبق مدل آماری ESA بیش از ۱۳۰ میلیون قطعه کوچکتر از ۱ میلی متر از زباله های فضایی انسان زا (مربوط به برخورد و تماس بشر با طبیعت) وجود دارد. تنها راهی که می توانیم امیدوار باشیم که کاری انجام دهیم همکاری کشورها با همدیگر می باشد.

خبر خوب این است که در دهه گذشته، تعداد ملت های فضایی که از دستورالعمل های بین المللی پیروی می کنند، افزایش یافته است. اما نحوه استفاده ما از فضا در حال تغییر است. ازدحام ماهواره ها، smallsat ها و صورت های فلکی در حال رایج شدن هستند. StarLink SpaceX به تنهایی صدها ماهواره را در مدار پایینی زمین قرار داده است. بنابراین ESA می گوید مهمتر از همیشه این است که همه همکاری کنند تا گوشه کوچکی از فضا را تا آنجا که می توانیم تمیز نگه داریم.

برای ادامه بهره مندی از علم، فناوری و داده هایی که فعالیت در فضا به ارمغان می آورد، بسیار مهم است که ما در طراحی و عملیات فضاپیماها دستورالعمل های موجود برای کاهش زباله های فضایی را رعایت کنیم. ESA به طور فعال در حال تلاش برای دستیابی به راه حل است. این شرکت پروژه ای را برای تلاش برای جمع آوری زباله های فضایی بر عهده گرفته است. آنها همچنین در حال تلاش برای توسعه فناوری خودکار مانورهای جلوگیری از برخورد هستند، بنابراین کنترل کننده های انسانی نیازی به ردیابی و کنترل هر قطعه از تجهیزات یا ماهواره غیرفعال شده در فضای پایینی زمین ندارند. اقداماتی از جمله رتبه بندی پایداری فضایی می تواند با ارائه مبانی پایبندی در توسعه فناوری های فضایی به کشورها کمک کند.

پاسخ به ۸ سوال مهم درباره زباله فضایی

۱- زباله فضایی چیست و چرا یک مشکل است؟

از اوایل دهه ۱۹۵۰ انسان هزاران موشک پرتاب کرده و ماهواره های بیشتری را نیز به مدار زمین فرستاده است. بسیاری از این ماهواره ها هنوز هم در فضا هستند و با پرتاب بیشتر، هر روز با خطر برخورد مواجه می شویم. تا زمانی که بشر در حال کاوش فضا باشد، این آشفتگی ها ایجاد خواهند شد. در اطراف سیاره ما هزاران ماهواره مرده وجود دارد، به همراه تکه های باقی مانده از تمام موشک هایی که طی سالهای گذشته پرتاب کرده ایم. این امر می تواند روزی مسئله ساز شود. زباله فضایی، آشغال فضایی یا بقایای فضایی به بقایای هر نوع ماشین آلات یا بقایای انسان در فضا اشاره دارد یعنی می تواند به اشیای بزرگی مانند ماهواره های مرده اشاره کند که در پایان ماموریت خود از کار افتاده اند یا در مدار مانده اند. همچنین می تواند به چیزهای کوچکتر اشاره کند مانند تکه های آوار یا تکه های رنگی که از موشک ها کنده شده اند.

مقایسه افزایش زباله های فضایی
مقایسه افزایش زباله های فضایی از سال ۱۹۵۷ تا ۲۰۱۷

۲- چه مقدار زباله فضایی وجود دارد؟

در حالی که در حال حاضر حدود ۲۰۰۰ ماهواره فعال در حال چرخش در اطراف زمین هستند اما ۳۰۰۰ ماهواره مرده یا از کار افتاده نیز جای زیادی از فضا را اشغال می کنند. علاوه بر این حدود ۳۴ هزار قطعه ناخواسته فضایی با اندازه بزرگتر از ۱۰ سانتی متر و میلیون ها قطعه کوچکتر در فضا وجود دارند که اگر به چیز دیگری برخورد کنند، می تواند فاجعه بار باشد.

۳- زباله های فضایی چگونه وارد فضا می شوند؟

همه زباله های فضایی نتیجه پرتاب اجسام از زمین بوده و تا زمانی که دوباره وارد جو نشوند در مدار باقی می مانند. برخی از اجسام و اشیاء در مدار پایین تر از چند ۱۰۰ کیلومتری می توانند به سرعت بازگردند. آنها اغلب پس از چند سال دوباره وارد جو می شوند و در بیشتر موارد برای اینکه دوباره وارد زمین نشوند، سوزانده می شوند. اما بقایا یا ماهواره های باقی مانده در ارتفاعات بالاتر از ۳۶۰۰۰ کیلومتری یعنی جایی که ماهواره های ارتباطی و هواشناسی اغلب در مدارهای ثابت زمین قرار می گیرند، می توانند برای صدها یا حتی هزاران سال به چرخش دور زمین ادامه دهند.

برخی از زباله های فضایی در اثر برخورد یا آزمایشات ضد ماهواره ای در مدار ایجاد می شوند. وقتی دو ماهواره با هم برخورد می کنند، می توانند باعث جدا شدن هزاران قطعه جدید از هم شده و زباله های جدید زیادی ایجاد کنند. هرچند این امر نادر است اما چندین کشور از جمله ایالات متحده آمریکا، چین و هند برای تمرین منفجر کردن ماهواره های خود از موشک استفاده کرده اند که این کار هزاران قطعه جدید از زباله های خطرناک ایجاد می کند.

۴- منابع اصلی اطلاعات در مورد زباله فضایی کدامند؟

منبع اصلی اطلاعات در مورد زباله های فضایی شبکه نظارت فضایی ایالات متحده است که از رادار و سایر فن آوری ها برای ردیابی، ربط دادن و فهرست نویسی اشیاء استفاده می کند.
داده های اضافی با استفاده از رادارهای تحقیقاتی و تلسکوپ ها در چندین کشور از جمله کشورهای عضو ESA جمع آوری می شود. برخی از مشاهدات در کمپین های مشترک مثل  کمیته هماهنگیرباله فضایی بین آژانس ها (IADC) به همدیگر ربط داده می شوند. برای زباله های کوچک، بیشتر اطلاعات از تجزیه و تحلیل تأثیر سطوح قرار گرفته در معرض فضا که توسط شاتل های فضایی ایالات متحده بازگردانده شده است، بدست می آید.

۵- زباله های فضایی چه خطراتی برای اکتشاف فضا ایجاد می کنند؟

خوشبختانه در حال حاضر زباله های فضایی خطر بزرگی برای تلاش های اکتشافی انسان ایجاد نمی کنند. بزرگترین خطری که آنها دارند خطری است که برای ماهواره های دیگر در مدار ایجاد می کنند. این ماهواره ها برای اینکه مطمئن شوند که مورد اصابت زباله فضایی قرار نمی گیرند و به طور بالقوه آسیب نمی بینند یا از بین نمی روند، باید از مسیر این زباله های فضایی خارج شوند.

در کل در تمام ماهواره ها سالانه صدها مانور جلوگیری از برخورد از جمله در ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) که محل زندگی فضانوردان می باشد، انجام می شود. خوشبختانه  برخوردها بندرت اتفاق می افتد. آخرین ماهواره ای که با زباله های فضایی برخورد کرده و از بین رفته است در سال ۲۰۰۹ بوده است. وقتی نوبت به کاوش فراتر از مدار زمین می رسد، هیچ مقدار محدودی از زباله فضایی موجود مشکلی ایجاد نمی کند.

آمار تعداد زباله های فضایی در مدار زمین

  • ۲۰۰۰ ماهواره فعال در مدار زمین
  • ۳۰۰۰ ماهواره مرده در مدار زمین
  • ۳۴۰۰۰ قطعه زباله فضایی بزرگتر از ۱۰ سانتی متر
  • ۱۲۸ میلیون قطعه زباله فضایی بزرگتر از ۱ میلی متر
  • خطر برخورد که به مانورهای جلوگیری از آوار نیاز دارد: ۱ در ۱۰ هزار
  • آمار مانور جلوگیری از آوار توسط ISS از سال ۱۹۹۹ تاکنون: ۲۵ مورد

۶- چگونه می توان زباله های فضایی را تمیز کرد؟

سازمان ملل متحد از همه شرکت ها می خواهد ظرف ۲۵ سال پس از پایان مأموریت، ماهواره های خود را از مدار خارج کنند. اگرچه خیلی ها در اجرای این کار دست به نیرنگ و خدعه می زنند چون ماهواره ها ممکن است خراب شوند و اغلب هم همین اتفاق می افتد. برای مقابله با این مشکل، چندین شرکت در سراسر جهان راه حل های جدیدی از جمله از مدار خارج کردن ماهواره های مرده و به داخل جو کشاندن و سوزاندن آنها را ارائه داده اند. روش های انجام این کار عبارتند از:

  • استفاده از زوبین برای گرفتن ماهواره
  • به گیر انداختن ماهواره ها در یک شبکه توری عظیم
  • استفاده از آهن ربا برای گرفتن ماهواره ها
  • شلیک لیزر برای گرم کردن ماهواره
  • افزایش کشش اتمسفری ماهواره به گونه ای که از مدار خارج شود

با این حال این روش ها فقط برای ماهواره های بزرگی که در مدار زمین هستند مفید خواهند بود. در حقیقت راهی وجود ندارد که ما قطعات کوچک تری از زباله فضایی مانند تکه های رنگ و فلز را جمع آوری کنیم. فقط باید منتظر بمانیم تا آنها به طور طبیعی دوباره وارد جو زمین شوند.

سندرم کسلر
سندرم کسلر

۷- سندرم کسلر چیست؟

سندرم کسلر ایده ای است که توسط دانشمند ناسا به نام دونالد کسلر در سال ۱۹۷۸ پیشنهاد شد. وی گفت اگر زباله فضایی زیادی در مدار وجود داشته باشد، می تواند منجر به یک واکنش زنجیره ای شود که در آن اجسام بیشتر و بیشتر برخورد می کنند و زباله های فضایی جدیدی را تولید می کنند تا حدی که مدار زمین غیر قابل استفاده می شود. این وضعیت بسیار شدید خواهد بود اما برخی از کارشناسان نگران هستند که ممکن است روزی انواع مختلفی از این زباله ها مشکل ساز شود و باید اقدامات لازم برای جلوگیری از وقوع آن انجام شود.

۸- آیا زباله های فضایی در آینده مشکلی ایجاد می کنند؟

بله! چندین شرکت در حال برنامه ریزی برای ایجاد ماهواره های جدید بسیار بزرگی هستند که مگا صورت فلکی (mega constellations) نامیده می شوند و اینترنت را به زمین منتقل می کنند. شرکت های اسپیس ایکس (SpaceX) و آمازون قصد دارند هزاران ماهواره را برای دستیابی به پوشش اینترنت جهانی ماهواره ای پرتاب کنند. در صورت موفقیت، ۵۰ هزار ماهواره اضافی در مدار زمین وجود خواهند داشت. این امر همچنین بدان معنی است که باید مانورهای بیشتری برای جلوگیری از برخورد انجام شود.

در سپتامبر ۲۰۱۹، آژانس فضایی اروپا اولین مانور ماهواره ای خود را برای جلوگیری از برخورد با یک مگا صورت فلکی انجام داد. با اطمینان از اینکه ماهواره ها در مدت زمان معینی از مدار خارج می شوند و دیگر فعال نیستند، می توانیم مشکل زباله فضایی را در آینده کاهش دهیم. مدار زمین به ما امکان مطالعه، ارسال پیام و موارد دیگر را می دهد. مهم است که ما به طور پایدار از آن استفاده کنیم و به نسل آینده نیز اجازه دهیم از مزایای آن بهره مند شوند.

زباله های فضایی باقی مانده روی ماه 

ما نه تنها انواع زباله فضایی را در مدار زمین رها کرده ایم  بلکه اجسام دیگری نیز در سطح ماه وجود دارند. برخی از چیزها در ماه رها شده اند اما برخی دیگر در آنجا به عنوان یادگاری یا کپسول زمان قرار داده شدند.

بوگی ماه
بوگی آپولوی ۱۵ به جا مانده در ماه

برخی از زباله های موجود باقی مانده در ماه:

  • سه بوگی ماه از آپولو ۱۵، ۱۶ و ۱۷
  • ۵۴ ردیاب یا کاوشگر پاک نشده که سقوط کرده یا روی ماه فرود آمده اند
  • ۱۹۰ هزار کیلوگرم مواد و اجناسی که انسان در ماه به جا گذاشته است.

اولین فضاپیماها و کاوشگرهایی که کشورهای مختلف روی ماه به جا گذاشته اند:

  • ۱۹۵۹: Luna 2 (اتحاد جماهیر شوروی)
  • ۱۹۶۹: Ranger 4 (ایالات متحده آمریکا)
  • ۱۹۹۳: Hiten (ژاپن)
  • ۲۰۰۶: SMART-1 (اروپا)
  • ۲۰۰۸: Chandrayaan-1 (هند)
  • ۲۰۰۹: Chang’e-1 (چین)
  • ۲۰۱۹: Beresheet (اسرائیل)

برخی از سایر اشیا عجیب که روی ماه باقی مانده اند:

  • ۱۹۶۹: شاخه زیتون طلایی (آپولو ۱۱)
  • ۱۹۶۹: اثر هنری توسط اندی وارهول (آپولو ۱۲)
  • ۱۹۷۱: سه توپ گلف (آپولو ۱۴)
  • ۱۹۷۱: پر شاهین (آپولو ۱۵)
  • ۱۹۷۲: عکسی از خانواده فضانورد چارلز دوک (آپولو ۱۶)

فضای اطراف سیاره ما پر از زباله است، وقت آن است که آنها را تخلیه کنیم!

هیچ قانون فضایی بین المللی برای پاکسازی زباله های LEO وجود ندارد. اکنون به LEO به عنوان بزرگترین زباله دانی جهان نگاه می شود وبه علت حجم زیاد زباله ها در آن، حذف زباله های فضایی از آن تقریباً هزینه بالایی دارد. بهتر است بدانید نزدیک به ۶۰۰۰ تن مواد در مدار پایینی زمین وجود دارد.

پروژه زباله های فضایی ناسا رسماً در سال ۱۹۷۹ در شعبه علوم فضایی در مرکز فضایی جانسون (JSC) در هوستون تگزاس آغاز شد. این پروژه به دنبال روش هایی برای تولید زباله های فضایی کمتری است و تجهیزاتی را برای ردیابی و از بین بردن زباله های موجود در فضا طراحی می کند.

هیچ کدام از کشورها به تنهایی مسئول تولید زباله های فضایی نیستند بلکه همه کشورهای دارای فناوری فضایی مسئولیت این امر را برعهده دارند. مشکلِ مدیریت زباله های فضایی هم یک چالش بین المللی است و هم فرصتی برای حفظ فضای فضا برای مأموریت های کاوش فضایی در آینده. ما یک مشکل جهانی ایجاد کرده ایم که فقط با کمک کشورهای دیگر قابل حل است.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *