متلازمة كيسلر: نحن نحبس أنفسنا ببطء تحت مظلة من النفايات الفضائية

في سبتمبر من عام 2019، تم إطلاق قمرين صناعيين على ارتفاع 200 ميل تقريبًا فوق سطح الكوكب التكبير تجاه بعضها البعض وبسرعة مذهلة تبلغ 32 ألف ميل في الساعة. كان أحدهما هو القمر الصناعي Aeolus لمراقبة الأرض التابع لوكالة الفضاء الأوروبية والآخر كان واحدًا منه أقمار Starlink التابعة لشركة SpaceXومع تحركهما نحو نفس المنطقة من الفضاء، قدر العلماء احتمال اصطدامهما بنسبة 1 في 1000.

وشاهدت القوات الجوية الأمريكية القمرين الصناعيين يتجهان نحو بعضهما البعض وحذرت المنظمتين، ولكن بسبب ما وصفته شركة سبيس إكس بـ”الخلل” في أنظمة الاتصالات الخاصة بها، رفضت اتخاذ أي إجراء. لو اصطدم القمران الصناعيان، لكان قد تم طمسهما تمامًا، وكان من الممكن أن يؤدي الاصطدام إلى إلقاء ملايين القطع الصغيرة والكبيرة من الحطام في الفضاء. تخيل المشهد الافتتاحي من

الفلم جاذبية، والآن قم بتضخيم ذلك بمقدار أمر من حيث الحجم.

ولحسن الحظ بالنسبة لنا جميعا، تمكنت وكالة الفضاء الأوروبية من مناورة قمرها الصناعي لتجنب الاصطدام، ويواصل كلا القمرين الصناعيين الآن بأمان في مدارهما. ومع ذلك، توضح هذه المكالمة الوثيقة ما يمكن أن يحدث عندما تصبح المساحة ممتلئة جدًا. عندما تطير آلاف أو حتى ملايين الأجسام حول كوكبنا بسرعات هائلة، يكون احتمال الاصطدامات مرتفعًا.

لقد بحثنا في عواقب كل هذا الحطام الفضائي العائم في الفضاء، وحصلنا على السبق الصحفي الداخلي من دونالد كيسلر، كبير العلماء السابقين في وكالة ناسا لأبحاث الحطام المداري وأحد أبرز الخبراء في العالم في مجال الفضاء. حطام.

فخ الخردة

عندما ينكسر القمر الصناعي، لا يصعد أحد عمومًا إلى الفضاء لإصلاحه. عندما يتخلص الصاروخ من إحدى مراحله، تُترك المرحلة لتطفو أينما يتم قذفه. وعندما يصطدم جسمان في المدار ببعضهما البعض، يمكن أن ينتجا حرفيًا ملايين الجزيئات الصغيرة التي تطير إلى الفضاء وينتهي بها الأمر في مدار حول الأرض.

وتعرف كل هذه المواد المهملة مجتمعة باسم الحطام الفضائي. إنها النفايات التي تركناها في الفضاء المحيط بكوكبنا، وهي تنمو كل عام.

في أواخر السبعينيات، عندما كانت الأبحاث حول الحطام الفضائي قد بدأت للتو، اقترح كيسلر احتمالًا مخيفًا: أنه في يوم من الأيام، قد يكون هناك الكثير من الحطام الفضائي. مخلفات في مدار أرضي منخفض، حيث تتوالى الاصطدامات حتى يصبح من الصعب أو المستحيل إطلاق الأقمار الصناعية دون أن تصطدم بها حطام. لقد أصبحنا سجناء على كوكبنا، ولن نلوم أحدًا سوى أنفسنا.

لقد حدثت تصادمات من قبل ومن المرجح أن تحدث مرة أخرى

إذا بدت المخاوف بشأن الحطام أو احتمال اصطدام الأقمار الصناعية SpaceX و ESA مبالغ فيه بالنسبة لك، تجدر الإشارة إلى أن الأقمار الصناعية قد اصطدمت في الماضي بأشياء فظيعة عواقب.

في عام 2009، اصطدم قمرين صناعيين بسرعة مذهلة تبلغ 11700 متر في الثانية (26000 ميل في الساعة)، ليس فقط تدمير كلا الجسمين ولكن أيضًا تلطيخ حقل هائل من الحطام عبر مداريهما وخارجهما. كان أحد الأقمار الصناعية جزءًا من كوكبة إيريديوم لأقمار الاتصالات، وكان الآخر هو القمر الصناعي كوزموس التابع لقوة الفضاء الروسية المعطل. لقد تم التخلص من القمر الصناعي كوزموس وترك في مداره في وقت لم يكن فيه سوى عدد قليل من الناس يأخذون خطر الحطام على محمل الجد.

وقد أيقظ هذا الحادث الناس على خطورة التهديد الذي يشكله الحطام. لم يقتصر الأمر على تدمير الأقمار الصناعية الباهظة الثمن فحسب، بل أدى الاصطدام إلى جعل المشكلة أسوأ بكثير: فقد قدرت وكالة ناسا حجم الحدث خلق 1000 قطعة من الحطام أكبر من 10 سم ويمكن أن يستمر في تهديد الأقمار الصناعية الأخرى لآلاف السنين.

يهدد الحطام كلا من محطة الفضاء الدولية وتلسكوب هابل الفضائي

هناك مسألتان رئيسيتان يجب مراعاتهما عندما يتعلق الأمر بالاكتظاظ في الفضاء. الأول هو كيف يمكن أن يؤثر الحطام الفضائي على المركبات الموجودة بالفعل في مدار حول الأرض، مثل محطة الفضاء الدولية (ISS). تقع محطة الفضاء الدولية في مدار أرضي منخفض جدًا، على ارتفاع متوسط ​​يبلغ 330 كيلومترًا (205 ميلًا)، مما يضعها وسط مجموعة كبيرة من الحطام الفضائي. إن محطة الفضاء الدولية معرضة بشكل خاص لتأثيرات الحطام لأنها كبيرة جدًا، لذلك كان لا بد من تصميمها لتحمل تأثيرات الحطام الذي يصل حجمه إلى 1 سم.

ومن أجل التعامل مع تهديد الحطام الآخر، تراقب محطة الفضاء الدولية التأثيرات المحتملة وتبتعد عن الطريق. "كانت المحطة الفضائية أول من بدأ بإجراء مناورات لتجنب أي شيء يقترب منها" وأوضح كيسلر: «لكن المشكلة في تلك المناورات هي أنك لا تستطيع التنبؤ بأنه سيكون هناك الاصطدام. دقة التتبع دقيقة بما يكفي للقول بأن شيئًا ما سوف يمر بالقرب منك بشكل غير مريح، وأن هناك احتمال حدوث تصادم. لذلك سيقومون بمناورات في ظل هذه الظروف”.

وفي حالة محطة الفضاء الدولية، من المهم أن نكون حذرين للغاية لأنها كبيرة جدًا ولأن حياة البشر معرضة للخطر. هناك أيضًا جميع الأجسام الأخرى الموجودة في المدار الأرضي المنخفض التي يجب وضعها في الاعتبار، مثل تلسكوب هابل الذي يدور على ارتفاع حوالي 545 كيلومترًا (340 ميلًا) والمهام الأخرى المأهولة وغير المأهولة. وهذا لا يشمل حتى جميع الأقمار الصناعية التي تقع في مدار متزامن مع الأرض، حيث توجد مشكلة الحطام أيضًا.

هل يمكن أن يصبح الحطام سيئًا للغاية بحيث يمنع إطلاق الأقمار الصناعية تمامًا؟

المسألة الثانية التي يجب مراعاتها هي كيفية تأثير الحطام على عمليات الإطلاق المستقبلية. فيما يتعلق بالسفر إلى الكواكب البعيدة، عندما تترك الأرض خلفك، فإنك تسافر عبر حقل الحطام لفترة قصيرة من الوقت بحيث تقل احتمالية التسبب في مشكلة. تنشأ المشكلة عندما تنظر إلى الأجسام التي تبقى بشكل دائم داخل حقول الحطام، مثل الأقمار الصناعية والبعثات الفضائية المأهولة أو غير المأهولة.

يوضح كيسلر: "يمكنك عبور الشارع بشكل أكثر أمانًا من العيش في وسطه".

في الوقت الحالي، يتم التفكير في هذا السؤال في الغالب من الناحية الاقتصادية. وبشكل أساسي، مع تفاقم الحطام، سيصبح إطلاق الأقمار الصناعية أكثر تكلفة. لكن ما سيحدث بعد ذلك لا يزال مجهولاً بسبب قلة البحث في هذا الموضوع.

قال كيسلر: "لم يتوصل أحد على الإطلاق إلى إجابة عن مدى سوء البيئة لدرجة أنه لا يمكن إطلاق الأقمار الصناعية]؟". من المهم الإجابة على هذا السؤال قبل أن نتمكن من التأكد من النقطة التي سيمنعنا فيها الحطام الفضائي من إطلاق الأجسام إلى المدار بالكامل.

لإصلاح المشكلة، نحتاج إلى اتخاذ إجراءات صارمة الآن

إذا أردنا حل هذه المشكلة، فلا يمكننا أن نعبر أصابعنا ونأمل في الأفضل. ويقول كيسلر إنه لمعالجة قضية الحطام بشكل حقيقي، "يجب أن يكون هناك إجراء أكثر عدوانية".

والمسألة الأكثر إلحاحا هي مسألة التشريع. هناك مبادئ توجيهية متفق عليها بشأن تخفيف الحطام، مثل المبدأ التوجيهي الذي يقضي بإطلاق أي شيء إلى المدار تحتاج إلى أقل من 2000 كيلومتر (1240 ميلاً) إلى الدخول مرة أخرى إلى الغلاف الجوي لتحترق خلال 25 عامًا من مهمتها انتهاء. وهذا يضع مسؤولية إزالة العناصر على عاتق الشركة أو الوكالة التي تطلقها.

لكن في الوضع الحالي، هذه مبادئ توجيهية وليست قوانين. يقترح كيسلر أنه ينبغي علينا تحويل المبادئ التوجيهية المتعلقة بإزالة الحطام إلى قواعد، وفرض عقوبات على المنظمات التي لا تتبعها. وهذا من شأنه أن يشجع الناس على متابعتهم لصالح الجميع.

ومع ذلك، حتى إقناع الجميع باتباع الإرشادات الحالية قد لا يكون كافيًا. وقال كيسلر: "لقد توصلت العديد من الدراسات إلى نفس النتيجة: حتى لو اتبع الجميع القواعد، فلن يكون ذلك كافيا لوقف نمو الحطام". وذلك لأن الاصطدامات لا تزال مستمرة وتنتج المزيد من قطع الحطام الصغيرة.

ولهذا السبب نحتاج إلى الخطوة الثانية: إزالة أكبر 500 قطعة من الحطام من المدار. هذه هي القطع الكبيرة التي يسهل تتبعها نسبيًا والتي نعلم أنها تشكل الخطر الأكبر. وهنا يأتي دور التكنولوجيا الجديدة.

يمكن أن تساعدنا التقنيات الجديدة في تحسين سلوكنا

وأشار كيسلر إلى ورقة بحثية أعدها باحثون في وكالة ناسا جي سي ليو ون.ل. جونسون من عام 2006، والتي نظرت في ما قد يتطلبه الأمر لإزالة الحطام الفضائي. وقال كيسلر: "إذا بدأنا العام المقبل وقمنا بإزالة خمسة أجسام سنويًا على مدار المائة عام القادمة، فإن ذلك من شأنه أن يؤدي إلى استقرار البيئة المدارية".

ومع ذلك، فإن استعادة الأجسام الكبيرة من المدار أمر صعب للغاية. وأوضح كيسلر: "لم يتم تصميم هذه الأشياء ليتم الإمساك بها، والعديد منها يدور. قبل أن تتمكن من الإمساك بالجسم، عليك إيقاف الدوران. وبعضها بحجم الحافلات المدرسية.

أحد الاقتراحات حول كيفية التعامل مع هذه المشكلة هو إنشاء مرفق لخدمة الأقمار الصناعية حيث الأقمار الصناعية يمكن صيانتها وتثبيتها لإطالة عمرها الافتراضي، وبالتالي خلق فترة زمنية أطول قبل أن تصبح كذلك نفاية. ويمكن أيضًا استخدام نفس المنشأة لإسقاط الأجسام من المدار بمجرد عدم الحاجة إليها.

توجد أيضًا أفكار أخرى حول كيفية إزالة الحطام قيد التنفيذ، مثل مشروع القمر الصناعي RemoveDEBRIS وهو اختبار طرق التقاط الحطام بما في ذلك الشباك والحراب والملاحة القائمة على الرؤية. وكالة الفضاء الأوروبية أيضا التحقيق في إزالة الحطام جنبًا إلى جنب مع شركة Astroscale من خلال تجربة إضافة آلية إرساء للأقمار الصناعية قبل إطلاقها لتسهيل التقاطها (لقد تقاعدوا).

قضية دولية تتطلب تعاونا دوليا

مثل التحدي المتمثل في تغير المناخ، فإن مشكلة الحطام الفضائي هي قضية دولية سوف تتطلب تعاونا دوليا لمعالجتها. إذا أردنا الاستمرار في استخدام الفضاء للبحث العلمي وكذلك لتمكين التقنيات مثل الاتصالات ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، سنحتاج إلى إيجاد طريقة للتراجع عن بعض الأضرار التي أحدثناها بالفعل - بالإضافة إلى إيجاد حلول جديدة للمشكلة. مستقبل.

في حين أنه من غير المحتمل أن نصبح عالقين على الأرض ونفقد قدرتنا تمامًا على السفر إلى كواكب أخرى في أي وقت قريب، يمكن لحقل الحطام الموجود حول الكوكب أن يؤثر بشكل مباشر على قدرتنا على الدراسة فضاء. وقال كيسلر: "إن أكثر ما سيؤذينا هو عدم فقدان القدرة على الوصول إلى الكواكب الأخرى، بل فقدان تلسكوب هابل". "يمكن أن تصبح في النهاية مجرد قطعة من الحطام. إن فضولنا العلمي هو المعرض للخطر.

توصيات المحررين

• جسم بحجم سيارة جرفته المياه على الشاطئ قد يكون خردة فضائية
• اضطرت المحطة الفضائية لتفادي الحطام المداري ليلة الاثنين
• فيلم وثائقي من SpaceX عن المهمة التاريخية يصل إلى Netflix
• ناسا تزن المخاطر عندما تتجه النفايات من صاروخ قديم نحو المحطة الفضائية
• نحن ذاهبون إلى الكوكب الأحمر! جميع المهام الماضية والحاضرة والمستقبلية إلى المريخ