پسماندهای فضایی-قسمت اول

از سال 1957 زمانی که اتحاد جماهیر شوروی موفق شد ماهواره اسپوتنیک1 را در مدار قرار دهد، آلودگی فضا به دست بشر آغاز شد. این آلودگی، عمدتاً مربوط به قطعات رها شده در فضا، انفجارات خواسته یا ناخواسته و محموله‌های غیرقابل استفاده است. سطح فناوری پرتاب ماهواره‌ها در آغاز عصر فضا و عدم شناخت دقیق مهندسان و متخصصان نسبت به مخاطرات پسماندهای فضایی، باعث شد كه در سال‌های اوج این فعالیت‌ها حجم قابل توجه‌ای پسماند در مدارهای گوناگون زمین رها شود. چند سالی كه از عصر فضا گذشت كم‌كم خطرات ناشی از پسماندهای فضایی، خود را به اشكال مخاطره‌آمیزی نشان دادند. در بررسی محموله‌هایی كه به زمین باز ‌می‌گشتند، نشانه‌هایی از برخوردهای كوچك و بزرگی دیده می‌شد كه پاره‌ای از آنها بسیار خطرناك به نظر می‌رسیدند. پس از آغاز راهپیمایی‌های فضایی، خطرات ناشی از برخورد پسماندهای بسیار كوچكی كه می‌توانست به راحتی پوشش نازك و حساس لباس فضانوردان را پاره كند، معضل دیگری بود كه آژانس‌های فضایی را به تحقیق و تفكر بیشتری وا‌داشت. این موضوع در سال 1991، زمانی كه دستكش یكی از فضانوردان شاتل فضایی آتلانتیس هنگام پیاده‌نوردی فضایی و در اثر برخورد پسماند بسیار كوچكی پاره شد، اهمیت ویژه‌ای یافت.

ماهیت پسماندهای فضایی

فضای اطراف زمین را اجرام سماوی و غیرسماوی، پلاسما، امواج الکترومغناطیسی و یون‌ها در بر‌گرفته است. ملموس‌ترین و فیزیكی‌ترین پدیده‌ای كه در اطراف زمین مشاهده می‌شود، مدارگردها هستند. در تعریف، مدارگردها اجسامی هستند با وزن، ابعاد و شكل ظاهری متفاوت كه با تبعیت از قوانین سه‌گانه كپلری به دور اجرام عظیم سماوی می‌چرخند.

مدارگردهای اطراف زمین را می‌توان به دو گروه مدارگردهای سماوی مانند ماه، سنگ‌های آسمانی و غبارهای بین‌سیاره‌ای و مدارگردهای دست ساز مانند ماهواره‌ها، ایستگاه‌ها و پسماندهای فضایی تقسیم كرد. مدارگردهای غیر سماوی را می‌توان در دو گروه اجرام قابل استفاده نظیر ماهواره‌ها و اجرام غیرقابل استفاده نظیر مراحل پایانی راکت‌های حامل و یا ماهواره‌های از کار افتاده تقسیم‌بندی نمود. پسماندهای فضایی به این گروه از مدارگردهای ساخته دست بشر که غیر قابل استفاده بوده و یا عمر مفیدشان به پایان رسیده باشد، گفته می‌شوند. تخمین زده می‌شود که در حال حاضر حدود 330 میلیون قطعه پسماند با ابعاد مختلف از قطر یک میلیمتر تا ماهواره‌های از کار افتاده چند صد کیلوگرمی در مدارهای مختلف زمین سرگردان باشند.

اکثر پسماندهای فضایی در دو منطقه عمده اطراف زمین انباشته شده‌اند. منطقه لئو یا محدوده کم‌ارتفاع مداری، اولین منطقه آلوده فضا شمرده می‌شود. این منطقه كه از ارتفاع 200 کیلومتری سطح زمین آغاز شده و تا حدود 2000 کیلومتری ادامه پیدا می‌کند میزبان بیشترین تعداد  ماهواره‌های هواشناسی و نظامی است. منطقه دوم، ناحیه کم ضخامت مدار زمین‌آهنگ یا ژئو در ارتفاع حدود 36000 کیلومتری زمین است که تقریبا تمامی ماهواره‌های مخابراتی و تلویزیونی در این ناحیه واقع شده‌اند.

شناخت این دو منطقه احتیاج به روش‌های متفاوتی دارد. برای مثال، مطالعه اثر بازدارندگی جو و یا ناهمگونی شتاب جاذبه زمین که در مدارهای لئو بسیار حیاتی است، در مدارهای ژئو اهمیت چندانی ندارد؛ اما در مقابل، مطالعه اثر جاذبه خورشید و ماه برای مدارگردهای منطقه ژئو مهم است.

اهمیت موضوع پسماندهای فضایی

مهم‌ترین دلیل مطالعه پسماندهای فضایی، خطراتی است كه وجود این پسماندها برای ماموریت‌های فضایی به وجود می‌آورند. سرعت مورد نیاز برای قرار دادن جسمی در مدار زمین‌آهنگ به ارتفاع 36000 كیلومتر از سطح زمین، حدود 3 كیلومتر بر ثانیه است. این سرعت با كاهش ارتفاع افزایش می‌یابد تا جایی‌که سرعت لازم برای تزریق مدارگردی در مدار 200 کیلومتری از سطح زمین به حدود 8 كیلومتر بر ثانیه می‌رسد.

برخورد حتی کوچک‌ترین شئ با سرعت‌های اشاره شده می‌تواند برای پروازهای سرنشین‌دار یا بی‌سرنشین تهدیدی جدی به‌حساب آید. به عبارتی، خطر اصلی پسماندهای فضایی مربوط به انرژی جنبشی بسیار زیاد آنها است که در اثر یک تصادم، رها شده و باعث ایجاد خسارت زیادی خواهد شد. برخورد ریزترین پسماند با سطح نازك و به شدت حساس لباس فضانوردانی كه برای انجام مأموریت‌های فضایی، مجبور به راه‌پیمایی در اطراف سفینه خود می‌شوند، می‌تواند خطرات عمده‌ای برای آنها در‌بر‌داشته باشد. پسماندی به قطر فقط نیم میلیمتر قادر به سوراخ كردن لباس فضایی و خراشیدن پوست بدن فضانوردان خواهد شد. پسماندهای بزرگ‌تر، حتماً خطرات بیشتری برای آنها خواهد داشت.

وضعیت ماهواره‌ها، علی‌رغم داشتن پوشش‌های مقاوم‌تر، بهتر نیست. برخورد یک پسماند فضایی کوچک با یک ماهواره و یا ایستگاه فضایی فعال می‌تواند باعث از کار افتادن آنها شود و حتی در صورت بزرگ‌تر بودن پسماند، سبب متلاشی شدن ماهواره نیز خواهد شد. به عنوان مثال اگر پسماندی با قطر حدود 1 سانتی‌متر با سرعتی معادل 8 كیلومتر بر ثانیه، كه برای مدارهای كم‌ارتفاع سرعت محتملی است، به ماهواره‌ای برخورد كند، انرژی‌ای معادل یك نارنجك دستی آزاد خواهد كرد. متاسفانه چنین پسماندهای بسیار كوچكی قابل مشاهده، رهگیری و فهرست‌برداری نیستند و به‌طبع، نمی‌توان مسیر آنها را حدس زد و از آنها دوری نمود. روی همین اصل گسترش تحقیقات برای بهبود طراحی، فرایند ساخت و استفاده از مواد جدید و ترکیبی در دستور کار تمامی دفاتر طراحی فضایی قرار دارد.

موضوع برخورد و تصادم با پسماندها خطرپذیری اقتصادی استفاده از فضا را به شدت افزایش داده و ادامه تحقیقات فضایی و سفرهای اکتشافی را با بن‌بست مواجه خواهد کرد. به همین دلیل برای آژانس‌های فضایی و صاحبان ماهواره‌های تجاری، علمی و نظامی بسیار مهم است که اطلاعات دقیق و جامعی از جمعیت، مشخصات و موقعیت پسماندها داشته باشند.

ادامه دارد...