زباله های فضایی بین ما و ستارگان ایستاده اند، چگونه باید آنها را از سر راه برداشت؟

با وجود هزاران شی سختی که با سرعت بالا حول زمین می گردند، می توان گفت که مدار پیرامون سیاره محل زندگی مان، فضایی به شدت خطرناک است و متاسفانه نمی شود با یک کامیون در این مدار سیر کرد و اشیاء سرگردان را از آن جمع آوری نمود.

از آن طرف، اشیائی که از آنها صحبت می کنیم هم سنگ ریزه یا شن و ماسه نیستند و در اصل تکه هایی از تمامی زباله های فضایی هستند که از 60 سال پیش (زمان ماهواره اسپاتنیک) تا به امروز در آنجا رها شده اند و از براده های آهن گرفته تا تکه های بزرگ تر فلز را شامل می شوند. هر کدام از این قطعات همچنین سرعتی بالغ بر هزاران کیلومتر بر ساعت دارند.

یک قدم ابتدایی برای اپراتورهای فضایی این است که ذرات یاد شده را دنبال نمایند و وسایل مدنظرشان را به درستی در فضا هدایت کنند تا از ایجاد زباله های فضایی جلوگیری نمایند؛ حال فرقی ندارد که آن وسیله ماهواره بدون سرنشین باشد یا راکت همراه با انسان یا حتی ایستگاه فضایی بین المللی.

هر کدام از این زباله های فضایی سرعتی بالغ بر هزاران کیلومتر بر ساعت دارند

در آینده اما ممکن است لازم شود که برخی ارتفاعات به صورت فعال پاکسازی شوند تا از بروز فجایع احتمالی جلوگیری به عمل بیاید.

Bill Ailor، یکی از محققان شرکت Aerospace در این باره می گوید: «فرستادن ماهواره و مانند آن به فضا کار بسیار ساده ایست اما سخت ترین کار خارج کردنش از فضاست.»

این اشیاء که با سرعتی بالا در حال حرکت هستند و برخی از آنها بالغ بر 18 هزار مایل بر ساعت سرعت دارند می توانند برای صدها سال به دور زمین بگردند. در عین حال، حجم زباله های فضایی در مدار زمین پایین هم طی یک دهه اخیر رشد بالایی را تجربه کرده است.

در ژانویه سال 2007 میلادی، دولت چین طی یک آزمایش موشکی یک ماهواره هواشناسی قدیمی را نابود کرد و در نتیجه آن حدود 2500 تکه زباله را به وجود آورد. کمی بعد یعنی در فوریه سال 2009 میلادی، یک ماهواره روسی با وزن بیش از 860 کیلوگرم با یک ماهواره 540 کیلوگرمی که به شرکت ارتباطی ایریدیوم تعلق داشت برخورد نمود. در جریان آن حادثه که در 780 کیلومتری از صربستان رخ داد، حجم زیادی زباله و ذرات ریز تولید شد که هنوز هم در آنجا هستند و زمین را تهدید می کنند.

با گذشت زمان، رفته رفته بر حجم این زباله های فضایی در اطراف زمین اضافه شد و همزمان پرتاب ماهواره و سوانح گاه و بی گاه آنها نیز ادامه یافت و حالا محققان نگرانند که این توده از زباله ها به بروز مشکلات جدی برای انسان منتهی شود.

انباشت شتاب زده این زباله ها در محیط پیرامون زمین احتمال بروز اثر «برخورد آبشاری» را بالا می برد که تحت عنوان سندروم کسلر از آن یاد می شود.

انباشت شتاب زده این زباله ها در محیط پیرامون زمین احتمال بروز اثر «برخورد آبشاری» را بالا می برد

این اثر که نامش از روی اسم دونالد کسلر، متخصص فیزیک نجومی ناسا اقتباس شده زمانی رخ می دهد که زباله های در حال حرکت در فضا با یکدیگر برخورد نموده و موجب زایش زباله های بیشتری شوند و این روند همچنان ادامه پیدا کند. عاقبت اما مدار پایین زمین به لحاظ تجاری شبه برانگیز می شود.

لذا همزمان با کم رنگ شدن فعالیت های فضایی تحت حمایت دولت و واگذاری این فعالیت ها به بخش خصوصی، کسب و کار تازه ای هم برای دنبال کردن زباله های فضایی ایجاد شده. حالا شرکت هایی وجود دارند که به دنبال راه هایی برای پاکیزه کردن آن محیط از زباله های یاد شده هستند.

اگر در این باره مطالعه کرده باشید حتما می دانید که پرتاب ماهواره به فضا صرفا برای رهگیری و به دام انداختن زباله های فضایی به شدت هزینه بر است. لذا می توان گفت که برای جلوگیری از وخیم تر شدن اوضاع دو قانون کلی وجود دارد: نخست اینکه از ایجاد زباله های بیشتری جلوگیری شود و دیگر اینکه هزینه ها در نظر گرفته شوند. بسیاری ترجیحشان این است که با سوزاندن زباله های فضایی اتمسفر زمین را هم به بخشی از راهکار تبدیل نمایند.

در ادامه این بخش به ارائه راهکارهایی برای حذف زباله های فضایی می پردازیم:

برین کرفت

Brane Craft در واقع کوچک ترین فضاپیمایی که تاکنون ساخته شده. ابعاد آن 0.9 در 0.9 متر است و وزنش هم از صد گرم فراتر نمی رود. این فضاپیما در اصل زاییده ذهن Siegfried Janson (یکی از محققان ارشد شرکت Aerospace) است. در مورد این شرکت هم باید بگوییم که یک پیمانکار تحقیقات فضایی است و در El Segundo کالیفرنیا فعالیت می کند.

اما طرز کار برین کرفت هم به این صورت است که بدور یک شی می گردد و نیروی کشش کافی را به آن وارد می کند تا از چرخش آن کم کند و سپس آن را به اتمسر زمین می فرستد. اگر فضاپیما سوخت کافی در اختیار داشته باشد آنگاه برای شکار زباله دوم وارد عمل می شود.

ماه گذشته برنامه ای به نام مفاهیم ابتکاری پیشرفته ناسا، یک کمک هزینه 500 هزار دلاری دیگر را به این شرکت اعطا کرد تا به تحقیقات خود در رابطه با برین کرفت ادامه دهد.

این فضاپیما از Kapton ساخته خواهد شد، نوعی فیلم پیشرفته که به صورت گسترده در وسایل فضایی مورد استفاده قرار می گیرد. جالب است بدانید ضخامت بدنه این وسیله نیز کمتر از نصف قطر موی انسان است تا آنطور که جیسون گفته هدف نهایی در طراحی آن که همانا حذف یکی از بعدهاست محقق شود.

برین کرفت بدور زباله می گردد تا از چرخش آن کم کرده و سپس آن را به اتمسر زمین می فرستد

این فضاپیما همچنین تعدادی پیل خورشیدی بسیار کوچک مجهز شده و یک سوم از کل حجم آن به سوخت اختصاص یافته است.

جیسون می گوید: «آنچه باعث ترس محققان شده، افزایش قابل توجه حجم ذرات و زباله های فضایی است چراکه 20 یا 30 سال دیگر از حالا، این زباله ها می توانند به مشکلی بسیار بزرگ بدل شوند.»

جنسون ابراز امیدواری کرده که در ادامه فضاپیمای طراحی شده بتواند تا 40 شی در حال حرکت با سرعتی سریع تر گلوله را در فضا بگیرد و همچنان مشکلی به لحاظ عملکردی برایش رخ ندهد. گفتی است این وسیله کوچک و ظریف باید به قدری محکم باشد که بتواند در برابر اثرات تشعشات فضایی نیز مقاومت نماید.

پاکبان مداری

Ad Astra Rocket شرکتی است که ساخت نوعی راکت پلاسما را آغاز کرده که هدفش آسانتر و سریع تر نمودن سفرهای فضایی است و هزینه تولید آن به مراتب پایین تر از نمونه های احتراق شیمیایی موجود است.

این محصول در اصل نوعی قایق یدک کش خورشیدی-برقی است که راکت های یکبار مصرف را با خود حمل می کند و انرژی اش را از یک موتور پلاسما می گیرد تا بتواند به راحتی در نزدیک حجم انبوه ذرات و زباله های فضایی مانور بدهد.

چند سیستم هیدرولیک کوچک هم به یک دستگاه سرویس رسان درون قایق متصل شده اند که آن را به سمت زباله های فضایی پرتاب می کنند. این دستگاه بعد از اتصال به اشیاء یا آنها را بر فراز اقیانوس آرام جنوبی می آورد تا به صورت کنترل شده بسوزاند یا اینکه آنها را در یک مدار بالاتر قرار می دهد.

پاکبان مداری در اصل نوعی قایق یدک کش خورشیدی-برقی است که راکت های یکبار مصرف را با خود حمل می کند

فرانکلین چانگ دیاز فیزیکدان و مدیرعامل این شرکت (که پیشتر هم از فرماندهان شاتل فضایی ناسا بوده است) در همین رابطه می گوید: «کاری که ما انجام می دهیم توسعه نوعی سیستم محرکه است که به شما امکان می دهد این کار را برای چندین مرتبه انجام دهید. این در واقع همان وجه تمایز اوربیتال سوییپر از سایر روش های حذف زباله های فضایی است. موتور پلاسما به شما امکان می دهد تنها در یک ماموریت چندین عملیات پاکسازی را انجام دهید.»

ناگفته نماند که راکت پلاسما نقشی کلیدی در حذف این زباله ها و البته تحقق دیگر ایده های این شرکت در اکتشافات فضایی دارد. Astra در نظر دارد یک برنامه تست یک ساعته را در ماه ژوئن در دفتر تگزاس خود انجام دهد و در سال 2018 نیز آن را به صورت کامل و در یک ماموریت صد ساعته انجام دهد.

JAXA KITE

آژانس اکتشافات فضایی ژاپن در حال تحقیق برای توسعه یک افسار فضایی (space tether) است که به نوعی یک کابل الکتریکی بلند به حساب می آید که می تواند اشیا را از مدار دور کند. این سیستم که با نام مستعار KITE شناخته می شود، در اولین ماه میلادی در سال ۲۰۱۷ مورد آزمایش قرار گرفت و البته شکست خورد.

سیستم JAXA KITE از یک کابل طویل برای ایجاد میدان مغناطیسی و جذب زباله های فضایی بهره می برد

این کابل که طول آن به ۷۰۱ متر می رسد، به گونه ای طراحی شده تا یک میدان مغناطیسی ایجاد نموده و زباله های فضایی را جذب کند. سپس آنها را به خارج از مدار سوق داده و وارد اتومسفر یا جو می کند تا در نهایت تخریب شوند. اینجا می توانید نحوه کارکرد سیستم مورد بحث را تماشا کنید:

پاکبان فضایی Sling-Sat

همانطور که گفته شد به دلیل هزینه های بسیار بالای سوخت، از ماهواره ها برای پاکسازی فضا استفاده نمی شود. از همین رو محققان دانشگاه تگزاس A&M با در نظر گرفتن مشکل مذکور، پاکبان فضایی را پیشنهاد داده اند که قادر است از خود زباله های فضایی به عنوان منبع انرژی استفاده کند.

فضاپیمای Sling-Sat از قانون عمل و عکس العمل برای حرکت خود به سوی زباله های فضایی بهره می برد

فضاپیمای مذکور می تواند زباله های فضایی را به خود جذب کرده و سپس با بهره گیری از قانون عمل و عکس العمل، زباله را به سمتی پرتاب کند که نیروی لازم برای حرکت به سوی هدف بعدی اش را تأمین کند. این فضاپیما با بهره گیری از نگه دارنده هایی که در انتهای دو بازوی متحرکش قرار دارد، می تواند زباله ها را در بهترین زمان و مناسب ترین مسیر رها کند.