زباله های فضایی
همه چیز در ایستگاه بین المللی فضایی خوب پیش می‌رود و فضانوردان در حال انجام کارهای روتین خود هستند، که ناگهان به آن‌ها مخابره می‌شود که یکی از ماهواره‌های روسیه توسط خودشان منهدم گردیده و ذرات حاصل از این انهدام با سرعت زیادی به دور زمین می‌گردد و آن‌ها باید هر چه سریع‌تر مأموریت خود را پایان بدهند و بعد، متلاشی شدن همه چیز و گم شدن فضانوردان و ادامه داستان. این شاید یکی از جذاب‌ترین فیلم‌های ژانر علمی‌تخیلی درمورد فضا باشد که اینبار نه از فضاییان عجیب غریب خبری بود و نه از دنیای نا شناخته‌ای که موج‌هایی به اندازه‌ی صخره داشته باشند، اینبار دستمایه فیلم “گرانش” چیزی نبود جز زباله‌های فضایی و زمان.
اما واقعاً زباله فضایی چیست؟ در تعریف عمومی هر چیز بدون کاربردی که در فضا ریخته باشیم زباله فضایی نام دارد. اما اگر بخواهیم کمی دقیق‌تر بررسی کنیم زباله فضایی درواقع بقایای فعالیت بشر در فضا است، از قطعات سفینه‌ها گرفته تا قسمت‌هایی از سفینه که در مراحل مختلف مأموریت فضایی از آن جدا می‌شوند یا هر چیز دیگری که به عمد یا سهو در مدار زمین رها شده و دیگر هیچ کاربردی ندارد. در صورتی که این زباله‌ها در ارتفاعات پایین‌تر رها شوند در جَو زمین می‌سوزند و از بین می‌روند اما زباله‌های موجود در مدار تا مدت‌ها باقی می‌مانند.
تا پایان سال 1990، چیزی در حدود 2هزار تن از سازه‌های ساخته شده توسط انسان در فضا بوده است، که در حال حاضر اکثر این سازه‌های در ارتفاع‌های کمتر از 5000 کیلومتر قرار دارند. که این آمار در سال 2017 طبق گزارش سازمان فضایی اروپا، حدود 7500 تن گزارش شده است و این نشان از رشد تصاعدی، وسایل و ادوات دست ساز در فضا دارد.
زباله‌های حاصل از قطعات جدا شده از موشک‌ها و باقیمانده ادوات استفاده شده و بدون کاربرد در فضا را زباله‌های نسل اول می‌نامند و زباله‌هایی که حاصل از برخورد این اشیاء با سایر ادوات مانند ماهواره‌ها را زباله‌های نسل دوم می‌نامند.
شمارش و رصد زباله‌های فضایی به‌طور کامل قابل انجام نیست، اما گزارشات حاکی از چیزی در حدود 29 هزار زباله فضایی با اندازه‌ای بیشتر از 10 سانتی‌متر را گزارش است،که زباله‌هایی در این اندازه توسط ما قابل ردیابی هستند ولی تخمینی که درمورد تعداد قطعات کوچکتر زده می‌شود، ما را با اعداد شگفت انگیزی رو به رو می‌کند. 160 میلیون ذره با اندازه در بازه 1 سانتی‌متر. این زباله‌ها اغلب با سرعت ۲۸ هزار کیلومتر در ساعت حرکت می‌کنند و حتی اگر خیلی کوچک باشند باز هم می‌توانند به ماهواره‌ها و سفینه‌های فضایی آسیب بزنند. ایستگاه فضایی بین‌المللی در سال ۲۰۱۴، پنج‌بار مجبور شده برای جلوگیری از برخورد با زباله‌های فضایی به مانورهای تغییر مسیر متوسل شود. گاهی سرعت این زباله‌ها تا دو برابر سرعت معمول یعنی ۵۶ هزار کیلومتر در ساعت می‌رسد که این سرعت به معنی قدرت بسیار بالای این زباله‌ها (برابر با انفجار یک نارنجک) در ایجاد آسیب و صدمه جدی در بدنه ماهواره‌ها و ایستگاه فضایی است. البته ماهواره‌ها هم بی‌دفاع نیستن، آن‌ها توسط سپر واپیل محافظت می‌شوند. این سپر با توزیع انرژی در اطراف ماهواره موجب می‌شود که ذراتی که به سمت ماهواره می‌آیند به قطعات جدا از هم تبدیل شوند و به نوعی انرژی ذره اولیه را پخش می‌کند. البته سپر وایپل بیشتر برای ذراتی می‌تواند موثر واقع شوند که سرعتشان کمتر از 18 کیلیومتر برثانیه باشد. یکی دیگر از نواقص این سپر این است که می‌تواند اثر منفی بر روی عملکرد صفحات خورشیدی ماهواره بگذارد.
شاید داستان فیلم گرانش برای فضانوردانی که به ایستگاه بین المللی رفته‌اند، زیاد عجیب و بیگانه نباشد، چون‌که در سال‌های اخیر و با رشد تصاعدی زباله‌های فضایی، ایستگاه بین المللی مجبور به انجام مانورهایی شده است تا زباله‌ها با آن برخورد نکنند. براساس دستورالعمل‌های ناسا، اگر احتمال برخورد زباله‌های فضایی با ایستگاه فضایی بین‌المللی یا سفینه‌ای بیش از یک در ۱۰۰ هزار باشد و این مانور در اهداف مأموریت تغییر اساسی ایجاد نکند، سفینه باید مانورهای تغییر مسیر انجام دهد. اما اگر احتمال برخورد بیش از یک در ۱۰ هزار باشد مانور باید انجام شود مگر آنکه برای فضانوردان خطرناک باشد. این مانورها معمولاً جزئی هستند و یک تا چند ساعت قبل از زمان برخورد احتمالی انجام می‌شوند.
اما همیشه هم اینقدر خوش‌شانس نبوده‌ایم، تاکنون موارد زیادی از برخورد زباله‌های فضایی با ماهواره‌های فعال گزارش شده است که حتی تعدادی از آن‌ها موجب شده است که کامل آن ماهواره از کار بیوفتد. در سال ۱۹۹۶، یک ماهواره فرانسوی به‌علت برخورد با قطعات به‌جا مانده از یک موشک فرانسوی که ده سال پیش از آن منفجر شده بود آسیب دید.
در سال ۲۰۰۹ یک ماهواره از رده خارج روسیه با ماهواره تجاری ایریدیوم آمریکا برخورد و آن را منهدم کرد. این برخورد دو هزار قطعه دیگر در فضای اطراف کره زمین رها کرد.
اما شاید یکی از مخاطره انگیز ترین برخوردهایی که تاکنون انجام گرفته است، برخورد یکی از قطعات ماهواره منهدم شده چینی بود که در سال 2013 به ماهواره بلیتس روسیه برخورد کرد و این ماهواره را از کار انداخت، ماهواره چینی در سال 2007 توسط موشکی منهدم شده بود و 3000 قطعه در فضا ایجاد کرده بود.
اما این پایان قصه زباله‌های فضایی نیست، برخی از زباله‌های فضایی، دوست دارند دوباره به خانه خود برگردند و وارد جو زمین می‌شوند، اکثر این قطعات در جَو می‌سوزند اما هر از چند گاهی زباله‌های فضایی به زمین برخورد می‌کنند. اما جای نگرانی نیست، احتمال اینکه کسی با برخورد زباله‌های فضایی بمیرد، یک در صد میلیارد تخمین زده شده است. متداول‌ترین نوع زباله‌هایی که ممکن است ما ببینیم ورقه‌های فلزی ذوب شده‌ای است که توانسته‌اند از جَو فرار کنند، اما در این بین برخی اوقات قطعات بزرگ‌تری هم به زمین می‌رسند.
مانند این قطعه ماژول که در عربستان سعودی پیدا شد
و یا عجیب‌تر ازآن مانند کابین سوخت سکوی پرتاب دلتا 2 که در تگزاس به زمین برخورد کرد.
در حال حاضر شرکت‌های خصوصی و بخش‌های دولتی زیادی در حال تحقیق و بررسی پیرامون زباله‌های فضایی و نحوه‌ی کاهش آن‌ها هستند و هر از چندگاهی ایده‌های جالبی مطرح می‌شود که هر کدام در عین کار آمد بودن، دارای نواقصی نیز هستند، اما همانطور که سازمان فضایی اروپا اعلام کرده است، جمع‌آوری و از بین بردن این زباله‌ها، یکی از مهم‌ترین مسائل فضا است، زیرا با توجه به افزایش روز افزون فعالیت‌های فضایی شرکت‌های پرتاب کننده و سایر کاوش‌های فضایی، زباله‌های فضایی نیز افزایش پیدا می‌کنند که این خود می‌تواند در دراز مدت اشکالات فراوانی را ایجاد کند.
شاید یکی از ساده‌ترین ایده‌ها این باشد که در فضا توری قرار دهیم تا زباله‌ها به دام بیفتند و آن‌ها را جمع کنیم و بعداً آن‌ها را به نحوی از بین ببریم که البته این ایده هنوز آنقدر به واقعیت نزدیک نشده است اما محققان سازمان فضایی اروپا، روی ایده این‌چنینی مشغول تحقیق می‌باشند و زمان تقریبی اجرای پروژه را 2021 اعلام کرده‌اند.
ایده دیگری که مطرح شده است فرستادن یک ماهواره است که در مدار زمین گردش کند و زباله‌های داخل مسیر را به نوعی داخل بازوی خود بگیرد، چیزی مثل بلعیدن. که البته ممکن است این ایده به صورت محدود جواب‌گو باشد، اما باید دید آیا برخورد زباله‌ها با این ماهواره، خودش را از کار می اندازد یا خیر و آیا گرفتن زباله‌ها به این آسانی هست؟
اما شاید جذاب‌ترین ایده این باشد که بتوانیم از زباله‌های فضایی به‌عنوان سوخت استفاده کنیم. کاری که سال‌هاست در نظر داریم با زباله‌های زمینی انجام دهیم، اما اینبار شاید ماهیت این زباله‌ها به کمک ما بیاید. برای این‌کار ابتدا باید به ایده قبلی برگردیم، یعنی ماهواره‌ای که زباله‌های موجود در مدار حرکتیش را می‌بلعد. با داشتن این ماهواره شاید فقط کافی باشد بعد از بلع زباله‌ها، آن‌ها را هضم کنیم، البته هضمشان به این سادگی نیست. محققان مکانیسم این ماهواره را این‌گونه شرح می‌دهند که ابتدا زباله‌ها را تا حدی گرم می‌کنند تا یونیزه شوند و بتوانند توسط میدان مغناطیسی حرکت کنند، بعد از آن آن‌ها را به داخل تور فلزی خود می‌کشد و درون یک آسیاب ساییده و پودر می‌شوند و در درون سیستم نیروی پیشران ریخته می‌شود تا یون‌های مثبت و منفی از یک‌دیگر جدا شوند. سپس یون‌های مثبت از درون یک میدان الکتریکی قوی عبور می‌کنند که با تولید رانش، آن‌ها را از فضاپیما خارج می‌کند. با استفاده از این شیوه به‌طور مستمر نوعی نیروی رانشی ایجاد می‌شود که فضاپیمای زباله‌خوار می‌تواند از آن برای مانور دادن در مدار زمین و گردآوری زباله‌های بیشتر بهره بگیرد. البته این راه‌حل نواقصی هم دارد. از جمله این که نیروی رانش تولید شده به جنس زباله‌ها، میزان یونیزه شدن آن‌ها و چگالی زباله‌های جمع آوری شده بستگی دارد. با این حال این ایده یکی از جذاب‌ترین طراحی‌ها برای مقابله با زباله‌های فضایی می‌باشد.
البته محققان تاکنون راهکارهایی را نیز امتحان کرده‌اند که چندان موفق نبوده است، یکی از این برنامه‌ها، فرستادن ماهواره جمع کننده زباله توسط سازمان فضایی ژاپن بود که تنها در مرحله آزمایشات اولیه متوقف شد، بعد از آن و در سال 2016 دانشمندان سازمان فضایی ژاپن دستگاهی را به ایستگاه فضایی بین المللی فرستادن تا بتوانند با استفاده ازآن فضای اطراف مدار گردش را تمیز کنند که این پروژه نیست با شکست روبه‌رو شد و دستگاه به زمین برگردانده شد و به‌طور کلی پروژه پایان یافت.
راهکار دیگری که امتحان شد، استفاده از لیزر برای دور کردن زباله‌های فضایی از مدار گردش ماهواره بود، که آن هم نتوانست آنچنان مفید واقع شود و در حال حاضر، محققان سعی بر رفع کردن نواقص آن دارند.
به گفته ناسا بیشتر پروژه‌های مطرح در این زمینه، آنچنان مؤثر نیستند و نسبت به هزینه‌ای که برای انجام آن‌ها صرف می‌شود نمی‌توانند، موثر باشند.
قطعاً این پایان چالش ما با زباله‌های فضایی نیست و شاید بهتر باشد، قبل از اینکه با سرعت به سفرهایمان به فضا بپردازیم، این مشکل را رفع کنیم. باید منتظر ماند و دید سازمان‌های فضایی و سایر مؤسسات چه راهکاری را برای مقابله با زباله‌های فضایی می‌اندیشند. فقط باید امیدوار بود با فضا بیشتر از زمین مهربان باشیم.
نگارنده:
پیمان نوروزی، امیرعلی حریری
منابع: