در ارتفاع بالا، جایی که ماهوارهها با سرعت خیرهکننده به دور زمین میچرخند، یک حلقه شلوغ از قطعات فلزی رهاشده با سرعتی بیش از ۱۵ هزار مایل در ساعت حرکت میکند. بسیاری آن را زباله فضایی مینامند و دانشمندان از آن با عنوان پسماند مداری یاد میکنند. این حجم از آلودگی فضایی هر سال با سرعت چشمگیری رو به افزایش است.
این اجسام شامل ماهوارههای ازکارافتاده، قطعات جداشده از مأموریتهای گذشته و خردههای ریز ناشی از انفجارها و برخوردها هستند. هیچکدام از اینها هم ساکن نیستند و هر قطعه، حتی به اندازه یک دانه برنج، میتواند تبدیل به یک تهدید جدی شود.
سامانههای GPS، ماهوارههای هواشناسی، شبکههای اینترنت ماهوارهای و حتی فضانوردان مستقر در ایستگاه فضایی بینالمللی، همگی برای ادامه کار به مدارهای امن و پاک نیاز دارند. طبق گفته متخصصان، برخورد یک خرده کوچک فضایی میتواند یک ماهواره میلیارددلاری را از کار بیندازد.
افزایش خطر زبالههای فضایی
پروفسور هائو چن از مؤسسه فناوری استیونز که روی طراحی سامانههای فضایی تحقیق میکند، توضیح میدهد که وضعیت زبالههای فضایی تا چه حد مخاطرهآمیز شده است.
«اگر یک جسم پنجمیلیمتری به صفحه خورشیدی یا آرایه خورشیدی یک ماهواره برخورد کند، میتواند آن را نابود کند.»
او ادامه میدهد که بیش از ۱۰۰ میلیون جسم کوچکتر از یک سانتیمتر در مدار وجود دارد. همین موضوع باعث میشود ماهوارهها برای جلوگیری از برخورد، مجبور به مانورهای متعدد شوند، که این کار مصرف سوخت و هزینه زیادی در پی دارد.
فضانوردان ایستگاه فضایی نیز در معرض خطر قرار دارند، زیرا هنگام خروج از ایستگاه، حتی یک ذره کوچک سرگردان میتواند برای آنها تهدیدآمیز باشد.
در حال حاضر هیچ قانون بینالمللی الزامآوری وجود ندارد که کشورها یا شرکتها را مجبور به پاکسازی مدار کند. خبری از سیستم «آلاینده پرداخت میکند» نیست و همین، به گفته چن، یک «آشفتگی کیهانی» به وجود آورده است.
راهکارهای پاکسازی زبالههای فضایی
چن و تیم تحقیقاتی او سه رویکرد اصلی برای حذف زبالههای فضایی بررسی کردهاند. هر روش بر پایه یک وسیله خاص به نام خودروی پالایشگر مداری عمل میکند که وظیفهاش گرفتن قطعات زباله و انتقال آنها به مدارهای امن یا استفاده مجدد از مواد است.
۱. ورود کنترلنشده دوباره به جو
در این روش، وسیله سرویسدهنده زباله را به ارتفاعی حدود ۲۲۰ مایل میکشاند تا نیروی گرانش و مقاومت جو بقیه کار را انجام دهند. زباله در مدار پایینتر قرار میگیرد و در نهایت وارد جو شده و یا میسوزد یا در نقطهای روی زمین فرود میآید.
چن توضیح میدهد: «این اجسام یا میسوزند یا در جایی روی زمین فرود میآیند، اما نمیدانیم دقیقاً کجا، زیرا این موضوع به مقاومت جو بستگی دارد.»
این روش ارزانترین راه است، چون وسیله پاکسازی مجبور نیست برای هر قطعه مسیر زیادی طی کند.
۲. ورود کنترلشده به جو
در این سناریو، خودروی فضایی قطعات زباله را تا ارتفاع حدود ۳۰ مایل پایین میآورد و سپس دوباره به مدار بازمیگردد تا زباله بعدی را جمعآوری کند.
چن میگوید: «این روش هزینهبرتر است، چون انرژی و سوخت بیشتری برای پایین آوردن قطعه و بازگشت به مدار لازم است.»
۳. بازیافت زبالهها در مدار
در نگاه اول، انتقال زبالهها به یک مرکز بازیافت مداری روش گرانی به نظر میرسد. اما حقیقت این است که بازیافت فلزاتی مانند آلومینیوم در فضا میتواند صرفهجویی عظیمی در زمان، انرژی و هزینه ایجاد کند.
چن میگوید: «ارسال هر کیلوگرم بار از زمین به فضا تقریباً ۱۵۰۰ دلار هزینه دارد. بازیافت در مدار باعث میشود به جای حمل مواد جدید، از مواد موجود دوباره استفاده شود.»
چطور شرکتها را به پاکسازی مدار تشویق کنیم؟
حذف زبالههای فضایی یک کار خیرخواهانه نیست. هزینه مأموریتها و تجهیزات باید تأمین شود. از همین رو تیم چن از نظریه بازیها و نظریه چانهزنی نش استفاده کرد تا یک مدل عادلانه برای تقسیم هزینهها و منافع طراحی کند.
در این مدل، نقش دو گروه اصلی بررسی شد:
- پاککنندگان مدار: آنها هزینه مأموریتها و فناوری را میپردازند و بدون انگیزه مالی، چیزی عایدشان نمیشود.
- اپراتورهای ماهواره: آنها از مدار پاک سود میبرند، بدون اینکه خودشان کاری برای پاکسازی انجام دهند.
تیم چن پیشنهاد میدهد که یک صندوق تشویقی ایجاد شود و اپراتورهای ماهواره با پرداخت حقالسهم، شرکتهای پاکسازی را حمایت کنند.
«پول باید از کسانی بیاید که از محیط امن و پاک سود میبرند.» چن میگوید.
نتیجه پژوهش نشان میدهد که پاکسازی زبالههای فضایی میتواند یک «سود مشترک» ایجاد کند و این سود باید بهطور بهینه بین اپراتورها و پاککنندگان تقسیم شود.
نیاز فوری به یک برنامه جهانی برای پاکسازی فضا
هر سال تعداد بیشتری ماهواره به فضا پرتاب میشود و قطعات بیشتری از مأموریتها در مدار رها میگردند. اگر این روند ادامه پیدا کند، خطر برخوردها و خرابیها به شکل تصاعدی افزایش خواهد یافت.
از نگاه چن، آینده صنعت فضا در گرو ایجاد انگیزههای اقتصادی، رویکردهای ایمن و راهکارهای پایدار است. او تأکید میکند که صنعت فضا تنها زمانی میتواند سودآور باقی بماند که امنیت و پایداری مدارها تضمین شود.
آسمان شاید بیانتها به نظر برسد، اما مدارهای قابل استفاده زمین محدود هستند. پیام واضح است: اگر میخواهیم آیندهای امن برای پژوهش، اکتشاف و فناوری فضایی داشته باشیم، پاکسازی مدار باید از همین حالا آغاز شود.
این پژوهش در نشریه Aerospace Research Central منتشر شده است.
