תסמונת קסלר: לאט לאט אנחנו לוכדים את עצמנו תחת מטריה של זבל חלל

בספטמבר 2019 היו שני לוויינים בגובה של כ-200 מייל מעל פני כדור הארץ מתקרבים זה לזו במהירות מסחררת של 32,000 מייל לשעה. האחד היה לוויין התצפית Aeolus Earth של סוכנות החלל האירופית (ESA) והשני היה אחד לווייני Starlink של SpaceX, ויחד עם שניהם במהירות לעבר אותו אזור בחלל, מדענים העריכו הסתברות של 1 ל-1,000 שהם יתנגשו.

חיל האוויר האמריקני ראה את שני הלוויינים הולכים זה לזה והזהיר את שני הארגונים, אך בשל מה ש-SpaceX תיארה כ"באג" במערכות התקשורת שלה, הוא סירב לנקוט בפעולה כלשהי. אם הלוויינים היו מתרסקים, שניהם היו נמחקים לחלוטין - והפגיעה הייתה זורקת מיליוני חתיכות פסולת קטנות וגדולות מסתחררות לחלל. דמיינו את סצנת הפתיחה מ הסרט כוח משיכה, ועכשיו תגביר את זה בסדר גודל.

למרבה המזל של כולנו, ה-ESA הצליחה לתמרן את הלוויין שלה כדי למנוע את ההתנגשות, ושני הלוויינים ממשיכים כעת בבטחה במסלוליהם. השיחה הקרובה הזו מראה מה יכול לקרות כאשר החלל מתמלא מדי. כאשר אלפי או אפילו מיליוני עצמים עפים מסביב לכוכב הלכת שלנו במהירויות אדירות, הפוטנציאל להתנגשויות גבוה.

חקרנו מהן ההשלכות של כל פסולת החלל הזו שמרחפת בחלל, וקיבלנו את הסקופ הפנימי מדונלד קסלר, לשעבר המדען הבכיר של נאס"א לחקר פסולת אורביטלית ואחד המומחים המובילים בעולם לחלל מַפּוֹלֶת.

מלכודת הזבל

כאשר לוויין נשבר, בדרך כלל אף אחד לא עולה לחלל כדי לתקן אותו. כאשר רקטה משליכה את אחד מהשלבים שלה, הבמה נשארת לצוף בכל מקום בו היא נפלטת. וכאשר שני עצמים במסלול פוגעים זה בזה, הם יכולים לייצר מיליוני חלקיקים קטנים שעפים החוצה לחלל ובסופו של דבר מקיפים את כדור הארץ.

כל החומר המושלך הזה ידוע ביחד בשם פסולת חלל. זה הזבל שהשארנו בחלל סביב הפלנטה שלנו, והוא גדל מדי שנה.

בסוף שנות ה-70, כשהמחקר על פסולת חלל רק התחיל, קסלר הציע אפשרות מפחידה: שיום אחד, יכול להיות כל כך הרבה זבל במסלול נמוך של כדור הארץ שהתנגשויות יזרמו עד שקשה או בלתי אפשרי לשגר לוויינים מבלי שהם ייפגעו על ידי מַפּוֹלֶת. בעצם הפכנו לאסירים על הפלנטה שלנו, ולא יהיה לנו אף אחד מלבד עצמנו להאשים.

התנגשויות קרו בעבר וככל הנראה יקרו שוב

אם נשמעו הדאגות לגבי פסולת או לגבי לווייני SpaceX ו-ESA שעלולים להתנגש מפוצץ לך, ראוי לציין שלוויינים התנגשו בעבר, עם נורא השלכות.

ב 2009, שני לוויינים התנגשו במהירות מדהימה של 11,700 מטר לשנייה (26,000 מייל לשעה), לא רק הורס את שני העצמים אלא גם מורחים שדה עצום של פסולת על פני שני מסלוליהם ומעבר להם. אחד הלוויינים היה חלק מקבוצת לווייני התקשורת אירידיום, ואחד היה לווין הקוסמוס של חיל החלל הרוסי שהושבת. לוויין קוסמוס הושלך והושאר במסלול בתקופה שבה מעט אנשים לקחו ברצינות את איום הפסולת.

אירוע זה העיר אנשים לחומרת האיום הנשקף מהפסולת. לא רק שזה יכול להרוס לוויינים יקרים, אלא שההתנגשות החמירה את הבעיה הרבה יותר: נאס"א העריכה שהאירוע יצר 1,000 חתיכות פסולת בגודל של יותר מ-10 סנטימטרים שיכולים להמשיך לאיים על לוויינים אחרים במשך אלפי שנים.

פסולת מאיימת גם על תחנת החלל הבינלאומית וגם על טלסקופ החלל האבל

ישנם שני נושאים עיקריים שיש לקחת בחשבון כשמדובר בצפיפות בחלל. הראשון הוא כיצד פסולת חלל יכולה להשפיע על כלי שיט שכבר נמצאים במסלול סביב כדור הארץ, כמו תחנת החלל הבינלאומית (ISS). ה-ISS יושבת במסלול נמוך מאוד של כדור הארץ, בגובה ממוצע של 330 ק"מ (205 מייל), מה שמציב אותה באמצע של הרבה פסולת חלל. ה-ISS פגיע במיוחד לפגיעות פסולת מכיוון שהיא כל כך גדולה, ולכן היה צריך לעצב אותה כדי לעמוד בפני פגיעות של פסולת בגודל של עד 1 ס"מ.

על מנת להתמודד עם האיום של פסולת אחרת, ה-ISS צופה בהשפעות אפשריות ומתרחק מהדרך. "תחנת החלל הייתה הראשונה שהחלה לעשות תמרונים כדי להימנע מכל דבר שהתקרב אליה", קסלר הסביר, "אבל הבעיה עם התמרונים האלה היא שאתה לא יכול לחזות שתהיה הִתנַגְשׁוּת. דיוק המעקב מדויק מספיק רק כדי לומר שמשהו יעבור קרוב אליך בצורה לא נוחה ושיש סבירות להתנגשות. אז הם יעשו תמרונים בנסיבות האלה".

במקרה של ISS, חשוב להיות זהיר במיוחד מכיוון שהוא כל כך גדול ומכיוון שחיי אדם נמצאים על כף המאזניים. יש גם את כל העצמים האחרים במסלול נמוך של כדור הארץ שכדאי לקחת בחשבון, כמו טלסקופ האבל שמסתובב בסביבות 545 ק"מ (340 מייל) ומשימות אחרות מאוישות ובלתי מאוישות. וזה אפילו לא מזכיר את כל הלוויינים שיושבים במסלול גיאוסינכרוני גבוה יותר, שם יש גם בעיית פסולת.

האם הפסולת יכולה להיות כל כך גרועה שהיא מונעת שיגורי לוויין כליל?

הנושא השני שיש לקחת בחשבון הוא כיצד הפסולת תשפיע על שיגורים עתידיים. במונחים של נסיעה לכוכבי לכת מרוחקים, כאשר אתה משאיר את כדור הארץ מאחוריך אתה נוסע דרך שדה הפסולת לפרק זמן כה קצר עד שפחות סביר שזה יגרום לבעיה. הבעיה מתעוררת כאשר אתה מסתכל על עצמים שנשארים לצמיתות בתוך שדות הפסולת, כמו לוויינים ומשימות חלל מאוישות או בלתי מאוישות.

"אתה יכול לחצות את הרחוב הרבה יותר בטוח מאשר לחיות באמצעו", מסביר קסלר.

נכון לעכשיו, השאלה היא בעיקר במונחים כלכליים. בעיקרו של דבר, ככל שהפסולת מחמירה, ייעשה יותר ויותר יקר לשגר לוויינים. אבל מה יקרה מעבר לזה עדיין לא ידוע בגלל חוסר מחקר בנושא זה.

"אף אחד מעולם לא מצא תשובה ל'עד כמה סביבה גרועה מדי [כדי ששיגור לוויינים יהיה אפשרי]?'", אמר קסלר. חיוני שהשאלה הזו תינתן לפני שנוכל להיות בטוחים באיזו נקודה פסולת חלל תמנע מאיתנו לשגר עצמים למסלול לחלוטין.

כדי לתקן את הבעיה אנו זקוקים לפעולה אגרסיבית כעת

אם אנחנו מתכוונים לתקן את הבעיה הזו, אנחנו לא יכולים פשוט להחזיק אצבעות ולקוות לטוב. כדי לטפל באמת בסוגיית הפסולת, אומר קסלר, "צריכה להיות פעולה אגרסיבית יותר".

הנושא הדחוף ביותר הוא הנושא של חקיקה. ישנן קווים מנחים מוסכמים לגבי הפחתת פסולת, כגון הנחיה לפיה כל דבר ששוגר למסלול של מתחת ל-2000 ק"מ (1240 מייל) צריך להיכנס שוב לאטמוספירה כדי להישרף תוך 25 שנים משימתו סִיוּם. זה מטיל את האחריות להסרת חפצים על החברה או הסוכנות המשיקה אותם.

אבל כפי שזה נראה, אלו הנחיות ולא חוקים. קסלר מציע שעלינו להפוך את ההנחיות לגבי פינוי פסולת לכללים, ולהטיל עונשים על ארגונים שאינם פועלים לפיהם. זה יעודד אנשים לעקוב אחריהם לטובת כולם.

עם זאת, אפילו לגרום לכולם לפעול לפי ההנחיות הנוכחיות עשוי שלא להספיק. "היו לא מעט מחקרים שהגיעו לאותה מסקנה: גם אם כולם ימלאו אחר הכללים, זה לא יספיק כדי לעצור את צמיחת הפסולת", אמר קסלר. הסיבה לכך היא שהתנגשויות עדיין מתרחשות ויוצרות יותר ויותר חתיכות פסולת קטנות.

זו הסיבה שאנחנו צריכים את הצעד השני: להסיר את 500 פיסות הפסולת הגדולות ביותר מהמסלול. אלו הם החלקים הגדולים שקל יחסית לעקוב אחריהם ושידוע לנו שהם מהווים את הסכנה הגדולה ביותר. וכאן נכנסת טכנולוגיה חדשה.

טכנולוגיות חדשות יכולות לעזור לנו לנקות את המעשה שלנו

קסלר הצביע על מאמר של חוקרי נאס"א J.C. Liou ו-N.L. ג'ונסון מ-2006, שבדק מה יידרש כדי לפנות פסולת חלל. "אם נתחיל בשנה הבאה ונסיר חמישה עצמים בשנה במשך 100 השנים הבאות", אמר קסלר, "זה ייצב את סביבת המסלול".

עם זאת, שליפת עצמים גדולים ממסלול היא מאתגרת ביותר. "החפצים האלה לא נועדו להיאחז בהם", הסביר קסלר, "ורבים מהם מסתובבים. לפני שתוכלו לתפוס את החפץ, עליכם לעצור את הסיבוב. וחלקם גדולים כמו אוטובוסי בית ספר".

הצעה אחת כיצד להתמודד עם בעיה זו היא ליצור מתקן שירות לווייני שבו לוויינים ניתן לתחזק ולתקן כדי להאריך את תוחלת החיים שלהם, ובכך ליצור פרק זמן ארוך יותר לפני שהם הופכים פְּסוֹלֶת. אותו מתקן יכול לשמש אפילו להורדת עצמים מהמסלול ברגע שכבר לא היה בהם צורך.

רעיונות אחרים כיצד לפנות פסולת נמצאים גם בעבודות, כגון הסר פרויקט לוויין DEBRIS אשר בודק שיטות ללכידת פסולת כולל רשתות, צלונים וניווט מבוסס ראייה. גם סוכנות החלל האירופית חוקרת פינוי פסולת יחד עם חברת Astroscale על ידי ניסויים בהוספת מנגנון עגינה ללוויינים לפני השיגור כדי להקל עליהם לתפוס אחד שהם בדימוס.

נושא בינלאומי הדורש שיתוף פעולה בינלאומי

כמו האתגר של שינויי האקלים, גם בעיית פסולת החלל היא נושא בינלאומי שעתיד לדרוש שיתוף פעולה בינלאומי כדי לטפל בו. אם ברצוננו להמשיך להשתמש בחלל למחקר מדעי, כמו גם לאפשרות טכנולוגיות כמו תקשורת ו-GPS, נצטרך למצוא דרך לבטל חלק מהנזק שכבר עשינו - כמו גם למצוא פתרונות חדשים עבור עתיד.

אמנם לא סביר שנתקע על כדור הארץ ונאבד לחלוטין את היכולת שלנו לנסוע לכוכבי לכת אחרים בכל עת בקרוב, שדה הפסולת הקיים סביב כדור הארץ עשוי להשפיע ישירות על היכולת שלנו ללמוד מֶרחָב. "מה שיכאב ביותר הוא לא לאבד גישה לכוכבי לכת אחרים, זה לאבד את טלסקופ האבל", אמר קסלר. "בסופו של דבר זה יכול להפוך לסתם חתיכת פסולת. הסקרנות המדעית שלנו נמצאת בסיכון".

המלצות עורכים

• חפץ בגודל מכונית שנשטף על החוף יכול להיות זבל חלל
• תחנת החלל נאלצה להתחמק מפסולת מסלולית ביום שני בלילה
• סרט תיעודי של SpaceX על משימה היסטורית מגיע לנטפליקס
• נאס"א שוקלת את הסיכון כזבל מרקטה ישנה פונה לכיוון תחנת החלל
• אנחנו הולכים לכוכב האדום! כל המשימות העבר, ההווה והעתיד למאדים