نگراني ناسا از رشد زباله‌هاي فضايي با افزايش تعداد ماهواره‌ها
در حال حاضر، نزديك به چهار هزار فضاپيماي سالم و دست‌نخورده در مدار نزديك زمين زندگي مي‌كنند كه از اين بين تنها ۱۸۰۰ فروند در حال فعاليت هستند. با اين حال، بسياري از شركت‌ها قصد دارند كه اين رقم را به نحو قابل توجهي افزايش دهند. گردانندگان ماهواره مشتاقند كه هزاران ماهواره را با توانايي ارسال اتصال اينترنت به زمين و ايجاد پوشش جهاني به فضا پرتاب كنند. اسپيس‌ايكس درخواست پرتاب نزديك به ۱۲ هزار ماهواره‌ي ارسال‌كننده‌ي اينترنت را براي كميسيون ارتباطات فدرال (FCC) ارسال كرده است؛ بدين صورت كه در گام نخست، يك صورت فلكي اوليه متشكل از ۴۴۲۵ ماهواره و به دنبال آن صورت فلكي بعدي با ۷۵۱۸ ماهواره به فضا پرتاب شود. در همين حال، شركت وان‌وب نيز تاييديه‌ي پرتاب حداكثر ۷۲۰ ماهواره را از كميسيون ارتباطات فدرال دريافت كرده و به‌تازگي براي كسب مجوز پرتاب ۱۲۶۰ ماهواره‌ي ديگر درخواست داده است.
اگر تمام اين صورت‌هاي فلكي ماهواره‌اي تقريبا در يك زمان با موفقيت پرتاب شوند، تعداد ماهواره‌هاي فعال در مدار چهار برابر خواهد شد و خطر بروز فاجعه‌ي ناشي از برخورد ماهواره‌ها به يكديگر افزايش خواهد يافت. ناسا در پي آن بود كه از تاثير بالقوه‌ي چنين محيط فضايي متراكمي آگاه شود و به همين دليل در مطالعه‌اي تازه، به پيش‌بيني سناريوهاي احتمالي درباره‌ي استقرار صورت‌هاي فلكي عظيم متشكل از هزاران ماهواره در مدار نزديك زمين پرداخت تا نوع تاثيري را كه آن‌ها بر جاي خواهند گذاشت، مشخص كند. دانشمندان ناسا براساس پژوهش خود استدلال مي‌كنند كه تقريبا تمام اين ماهواره‌ها (۹۹ درصد) بايد به محض اتمام ماموريتشان در فضا از مدار خارج شوند. با درپيش گرفتن اين رويكرد، از تعداد برخوردهاي ناشي از افزايش ماهواره‌ها در چند سده‌ي آينده جلوگيري خواهد شد.
جِر چي ليو، پژوهشگر ارشد بقاياي مداري در ناسا و سرپرست اين مطالعه‌ي تازه به خبرگزاري ورج مي‌گويد:
با توجه به تعداد ماهواره‌هاي تشكيل‌دهنده‌ي صورت‌هاي فلكي عظيم، [اين شركت‌ها] بايد به زمينه‌هاي خاصي توجه كنند تا اطمينان حاصل شود كه محيط فضايي نزديك زمين را با بقاياي مداري قابل ملاحظه آلوده نمي‌كنند.
صنعت هوافضا به‌طور مشخص نگران برخوردهاي فضايي است؛ زيرا اين حوادث مي‌توانند موجب ايجاد تعداد بي‌شماري از بقاياي كوچكي شوند كه با سرعت هزاران كيلومتر بر ساعت در فضا حركت مي‌كنند. اين قطعات متلاشي‌شده مي‌توانند ديگر ماهواره‌هاي در مدار را در معرض تهديد قرار دهند و منجر به وقوع تصادم‌ها و خسارت‌هاي بعدي شوند. بسياري نگرانند كه اين برخوردها مي‌توانند اثر آبشاري را ايجاد كنند؛ بدين مفهوم كه با افزايش ترافيك فضايي، تصادم‌ها بيشتر و بيشتر اتفاق بيفتند تا جايي كه مدار نزديك زمين به محيطي به‌شدت شلوغ و خطرناك براي فعاليت ماهواره‌ها تبديل شود؛ آينده‌اي فرضي كه ناسا به آن، سندروم كسلر مي‌گويد. خوشبختانه، برخوردهاي فضايي تا به امروز به ندرت اتفاق افتاده‌اند. با اين حال، در سال ۲۰۰۹ يك ماهواره‌ي ازكارافتاده‌ي روسي با يك فضاپيماي ارتباطي آمريكايي برخورد كرد كه در نتيجه‌ي آن، هزاران قطعه زباله‌ي فضايي ايجاد شد.
ليو و تيم او به‌منظور مطالعه خطرات، تعداد ماهواره‌هايي را كه در طول چند سال آينده در فضا مستقر خواهند شد و همچنين ميزان فضايي را كه اشغال خواهند كرد، برآورد كردند. تيم ناسا فرض را بر اين گرفت كه تا چند سال آينده احتمالا بين ۶۷۰۰ تا ۸۳۰۰ فضاپيماي بيشتر به فضا افزوده خواهد شد. آن‌ها همچنين وزن هر فضاپيما را تقريبا بين ۱۵۰ تا ۳۰۰ كيلوگرم و زمان فعاليت آن‌ها را در مدار نزديك به ۵ سال حساب كردند. ليو مي‌گويد:
ما تلاش كرديم تا از اطلاعات موجود در دامنه‌ي عمومي شركت‌هايي استفاده كنيم كه استقرار صورت‌هاي فلكي بزرگ را با چنين اندازه‌هايي پيشنهاد مي‌دهند.
آينده‌ي فرضي يادشده در نهايت منجر به مطرح شدن توصيه‌ي ۹۹ درصد شد. براين اساس، به ازاي هر ۱۰۰ ماهواره، ۹۹ فروند بايد به محض اتمام ماموريت كه به‌طور معمول ۵ سال به طول مي‌انجامد، از مدار خارج شوند. خارج شدن ماهواره‌ها از مدار، مستلزم پايين آوردن ارتفاع آن‌ها به اندازه‌اي است كه بلافاصله تحت تاثير گرانش زمين قرار بگيرند و در حين سقوط به داخل جو زمين بسوزند. اگر اين اين اتفاق به وقوع نپيوندد، جمعيت فضاپيماها در مدار نزديك زمين در طول سال‌هاي آينده به نحو قابل توجهي افزايش خواهد يافت.
يكي از ماهواره‌هاي آزمايشي اسپيس‌ايكس براي ارسال اينترنت كه در ماه فوريه پرتاب شد.
به گفته‌ي ناسا، به ازاي هر ۱۰۰ ماهواره، ۹۹ فروند بايد به محض اتمام ماموريت از مدار خارج شوند
هرچه اجسام بيشتري در فضا باشند، احتمال برخوردهاي برنامه‌ريزي‌نشده‌ي فضاپيماها افزايش پيدا خواهد كرد. به‌عنوان مثال، تيم ناسا اين احتمال را مطالعه كردند كه اگر تنها ۹۰ درصد از اين صورت‌هاي فلكي بزرگ به‌موقع از مدار خارج شوند، چه اتفاقي خواهد افتاد. در آن وضعيت، تعداد برخوردها تا ۲۰۰ سال آينده نزديك به ۲۶۰ مورد خواهد بود. اما اگر ۹۹ درصد از ماهواره‌ها به‌موقع از مدار خارج شوند، در همان بازه‌ي زماني تنها ۳۴ برخورد اتفاق خواهد افتاد. اين مقدار اندكي بيشتر از خطر فعلي است.
ليو اذعان مي‌كند كه ۹۹ درصد، رقم واقعا بالايي به‌شمار مي‌رود و پايبندي به آن آسان نيست؛ اما ايمن نگاه داشتن مدار نزديك زمين براي فضاپيماها امري ضروري است. وي مي‌گويد:
اگر به هدف ۹۹ درصد دست پيدا نكنيم، تعداد اجسام فضايي به نحو قابل توجهي افزايش خواهد يافت.
علاوه‌بر مطالعه تازه‌ي ناسا، مطالعات مشابه ديگر به همين نتيجه رسيده‌اند. دانشمندان در آژانس فضايي اروپا سال گذشته توصيه كردند كه صورت‌هاي فلكي بزرگ بايد با نرخ ۹۵ درصد از بين بروند.
علاوه‌بر ضرورت از مدار خارج كردن ماهواره‌ها، مطالعه‌ي ناسا چندين توصيه‌ي ديگر را براي گردانندگان ماهواره فهرست كرده است. به‌عنوان مثال، اين فضاپيماها بايد به‌صورت مضاعف مقاوم‌سازي شوند تا تاب تحمل برخورد با هر نوع بقاياي موجود در فضا به‌خصوص ريزشهاب‌واره‌ها را داشته باشند. در آن صورت، اگر سنگي كوچك به يكي از اين ماهواره‌ها برخورد كند، فضاپيما آسيب چندان بدي نخواهد ديد و قادر به خروج به‌موقع از مدار خواهد بود. اين ماهواره‌ها همچنين نبايد به‌آساني منفجر شوند. براساس اظهارات ليو، از زماني كه انسان ارسال فضاپيما به مدار را آغاز كرده، نزديك به ۲۰۰ حادثه‌ي انفجاري در فضا به وقوع پيوسته است و در اثر آن‌ها، بقايايي ايجاد شده‌اند كه مي‌توانند ديگر فضاپيماها را در معرض خطر قرار دهند. ليو توصيه مي‌كند كه ماهواره‌هاي تشكيل‌دهنده‌ي صورت‌هاي فلكي عظيم بايد به‌گونه‌اي ساخته شوند كه احتمال انفجار آن‌ها كمتر از يك در هزار باشد.
اين توصيه‌ها، زمان و هزينه‌ي لازم براي ساخت اين فضاپيماها و راه‌انداختن شبكه‌هاي ماهواره‌اي را افزايش مي‌دهند. اما پايبندي به اين مقررات، قابل استفاده ماندن فضاي نزديك زمين را براي آينده‌ي قابل پيش‌بيني تضمين خواهد كرد. هنگامي كه كميسيون ارتباطات فدرال مجوز اسپيس‌ايكس براي ماهواره‌هاي اينترنتي‌اش را تاييد كرد؛ اظهار داشت كه اين شركت با وجود ارائه‌ي جزئيات و تحليل‌ها در پرونده‌اش، ملزم به فراهم كردن «توضيحات به‌روزرساني‌شده از برنامه‌هاي كاهش بقاياي مداري براي سامانه‌اش خواهد بود». اسپيس‌ايكس در پاسخ اعلام كرد كه ماهواره‌هايش را ظرف مدت ۵ تا ۷ سال از مدار خارج مي‌كند. در همين حال، وان‌وب نيز با افتخار اعلام كرد كه برنامه‌هايش براي از مدار خارج كردن ماهواره‌ها به‌شدت قابل اعتماد هستند و آن‌ها را ظرف مدت پنج سال از مدار خارج خواهد كرد.
تصوير رندر از يكي از ماهواره‌هاي وان‌وب
ارزان‌ترين راه‌حل براي دفع ماهواره‌ها، اتكا به پيش‌رانش و بزرگتر كردن مخزن سوخت آن‌ها است
براي اطمينان از اينكه اين ماهواره‌ها سريع‌تر از مدار خارج مي‌شوند، گزينه‌هاي همراه ديگري نيز وجود دارد. براي مثال مي‌توان اين ماهواره‌ها را به «ابزار از مدار خارج‌كن» نظير يك بالون يا بادبان مجهز كرد. اين ابزارها مساحت سطح ماهواره را افزايش و به آن امكان مي‌دهند تا به‌وسيله‌ي ذرات بيشتر در اتمسفر بالاتر بمباران و در نهايت به سمت پايين كشيده شود. با اين حال، اگر ماهواره‌ها بيش از حد بالا و از اتمسفر به دور باشند، انجام چنين كاري احتمالا دشوار خواهد بود. علاوه‌بر اين، افزودن چنين ابزارهايي مي‌تواند هزينه‌بر باشد. جاناتان گوف، مديركل و مديرعامل استارتاپ Altius Space Machines به ورج مي‌گويد:
ارزان‌ترين راه‌حل اين است كه به پيش‌رانش ماهواره‌ها و بزرگتر كردن مخزن سوخت آن‌ها اتكا كنيم.
با اين حال، چه اتفاقي مي‌افتد اگر يك فضايپما از كاربيافتد و قادر به انتقال خود به ارتفاع پايين‌تر نباشد؟ به گفته‌ي گوف، اين همان‌جايي است كه نقشه‌ي ب از راه مي‌رسد. وي مي‌گويد: «شما نقشه‌ي الف خود را تا حد ممكن قابل اعتماد مي‌كنيد؛ اما يك نقشه‌ي ب نيز در اختيار داريد». به همين دليل، تعداد زيادي از مهندسان نظير گوف به‌منظور پاكسازي فضا از فضاپيماهاي ازكارافتاده و خارج كردن آن‌ها از مدار روش‌هاي جايگزين را پيشنهاد داده‌اند. برخي از پيشنهادها شامل استفاده از فضاپيماهايي با نيزه، تور يا ليزر است كه بتوانند به پايين كشيدن ماهواره‌هاي ازكارافتاده كمك كنند.
با اين حال، برنامه‌هايي نيز براي ساخت فضاپيماهايي وجود دارند كه مي‌توانند يا با هدف انجام تعميرات يا تسهيل سقوط به سمت زمين به ماهواره‌ها برسند و آن‌ها را به دام بياندازند. اين همان نوع فضاپيمايي محسوب مي‌شود كه گوف در شركت خود در حال كار روي آن است. وي پيشنهاد مي‌دهد كه اين شركت‌ها نوعي تجهيزات قلاب به ماهواره‌هايشان اضافه كنند تا فضاپيماي سرويس‌دهنده‌ي آتي به نحو راحت‌تري بتواند به آن‌ها متصل شود. در آن صورت، ماهواره‌هاي سرويس‌دهنده‌ي آتي حتي مي‌توانند به جاي دفع ماهواره‌هاي ازكارافتاده، به تعمير يا سوخت‌رساني مجدد به آن‌ها بپردازند. در نتيجه، گردانندگان ماهواره ديگر نيازي به جايگزيني ماهواره‌ها با نمونه‌هاي بعدي نخواهند داشت. گوف مي‌گويد:
شما به كاميون‌هاي يدك‌كش نياز داريد؛ اما ما مايليم كه به خدمات يدك‌كشي تبديل شويم كه مي‌گويد بسيار خب، بگذاريد ببينيم كه آيا مي‌توانيم خودروي شما را مجددا راه‌اندازي كنيم يا نه. بنابراين، مي‌توانيد از ارائه‌دهنده‌ي خدمات از مدار خارج‌كنِ همراه روي گردانيد و به سمت تعمير يا ارتقاي ماهواره‌ها با هدف افزايش عمر آن‌ها برويد.
براي عملياتي شدن كامل اين ماهواره‌ها در مدار هنوز راه درازي در پيش داريم. وان‌وب نخستين پرتاب خود براي انتهاي امسال يا اوايل سال آينده برنامه‌ريزي كرده و اسپيس‌ايكس نيز به‌منظور حفظ مجوز كميسيون ارتباطات فدرال خود، موظف به پرتاب چندين هزار ماهواره تا پيش از سال ۲۰۲۴ است. اما در نهايت، ليو اميدوار است كه شركت‌ها با اين صورت‌هاي فلكي عظيم خود در مسيري ايمن به پيش بروند. وي مي‌گويد:
آن‌ها از همان ابتدا با جامعه‌ي بقاياي مداري وارد گفتگو شدند و درك درستي از زمينه‌هاي مهمي دارند كه به آن توجه داشته باشند.
به گفته‌ي گوف، اگر ما بخواهيم ماموريت‌هاي بلندپروازانه‌تري در مدار نزديك زمين انجام دهيم، نظير پرتاب ايستگاه‌هاي فضايي خصوصي، اشكال برخوردهايي فضايي، مسئله‌اي به‌شدت مهم خواهد بود كه بايد درانديشه متخصصين گرفته شود. وي مي‌گويد:
من مي‌خواهم شاهد اين آينده باشم؛ اما اگر ما محيط مدار نزديك زمين را نابود كنيم يا دست‌كم وضعيت آن را به‌نحو قابل توجهي بدتر كنيم، اين آينده اتفاق نخواهد افتاد.
هم انديشي ها