نقش سازمانهای بینالمللی در کنترل و کاهش پسماندهای فضایی
۱- ماهوارههای از کار افتاده: ماهوارههایی که عمر مفید آنها به پایان رسیده و دیگر قابل استفاده نیستند.
۲- قطعات ماهوارهبرها: اجزای ماهوارهبرها که پس از پرتاب در مدار زمین رها شدهاند.
۳- ابزارهای آزمایشگاهی: تجهیزاتی که برای تحقیقات در فضا استفاده شده و پس از پایان ماموریت در فضا باقی ماندهاند.
۴- خرده فلزات و سایر اشیا: شامل قطعات کوچک مانند پیچ و مهرهها که ممکن است در اثر تعمیرات فضایی و یا بقایای ناشی از فروپاشی دستسازههای بشر در فضا تحت تاثیر برخورد دیگر پسماندها و اجرام فضایی ایجاد شوند.
دستهبندی پسماندهای فضایی
زبالههای فضایی به سه دسته اصلی تقسیم میشوند: زبالههای بزرگتر از ۱۰ سانتیمتر، زبالههای بین ۱ تا ۱۰ سانتیمتر و زبالههای کوچکتر از ۱ سانتیمتر. اندازه زبالهها تاثیر مستقیم بر خطراتی که ایجاد میکنند، دارد و هرچه زباله بزرگتر باشد قدرت خسارت آن نیز بیشتر است؛ به عنوان مثال، برخورد با زبالههای بزرگتر از ۱ سانتیمتر میتواند ماهوارههای عملیاتی را غیرفعال کند یا باعث شکست یک ماهواره یا بدنه ماهوارهبر شود.
۱- پسماندهای بزرگ: این دسته شامل اشیا بزرگتر از ۱۰ سانتیمتر است، مانند ماهوارههای از کار افتاده یا قطعات بزرگ ماهوارهبرها. تعداد این پسماندها حدود ۲۰ هزار قطعه تخمین زده میشود.
۲- پسماندهای کوچک: این دسته شامل اشیا کوچکتر از ۱۰ سانتیمتر و بزرگتر از یک سانتیمتر میباشد که تعداد آنها به بیش از ۱۰۰ میلیون قطعه میرسد.
طبق گزارشات آژانس فضایی اروپا (ESA)، حدود ۱۳۰ میلیون قطعه زباله فضایی کوچکتر از یک سانتیمتر در مدارهای مختلف وجود دارد. این زبالهها معمولا خطرناکتر هستند؛ زیرا سرعت بالایی بین ۷ تا ۸ کیلومتر در ثانیه دارند که میتواند به ماهوارهها و سفینههای فضایی آسیب جدی وارد کند.
۳- پسماندهای خطرناک: برخی از پسماندها امکان دارد حاوی مواد خطرناک یا رادیواکتیو باشند که نیاز به مدیریت خاص دارند و باید تحت نظارت بیشتری قرار گیرند.
۴- پسماندهای تاریخی: این دسته شامل اشیا تاریخی باقی مانده در فضا هستند، مانند ابزارهایی که توسط فضانوردان در ماموریتهای گذشته جا گذاشته شدهاند.
کوروش رکنی، متخصص نجوم و اکتشافات فضایی، میگوید: «مبحث پسماندهای فضایی از زمان آغاز عصر فضا و پرتاب اولین ماهوارهها به فضا مطرح شد. این موضوع بهطور خاص از سال ۱۹۵۷ و با پرتاب ماهواره اسپوتنیک-۱ (Sputnik 1) توسط اتحاد جماهیر شوروی آغاز شد که شروعی برای تولید زبالههای فضایی به شمار میرود. با افزایش تعداد پرتابهای فضایی و فعالیتها، زبالههای فضایی شامل اشیا رها شده، ترکیدگیها و بارهای غیرقابل استفاده به تعداد قابل توجهی در مدارهای مختلف زمین رها شدند.»
خطرات ناشی از زبالههای فضایی به تدریج نمایان شده است؛ برای مثال، در سال ۱۹۹۱، دستکش یکی از فضانوردان شاتل فضایی آتلانتیس (Atlantis) به دلیل برخورد با یک تکه کوچک زباله پاره شد که اهمیت این حادثه را افزایش داد.
با افزایش مقدار زباله، ماموریتهای فضایی کنونی و آینده با خطرات بیشتری مواجه شدند. زبالههای فضایی میتوانند به ماهوارهها و فضاپیماها آسیب برسانند و حتی باعث حوادث جدی شوند.
با شروع عصر فضا، دانش و فناوری مهندسان در مورد خطرات زبالههای فضایی محدود بود. این عدم آگاهی باعث ماندن زبالهها در فضا شد که اکنون به چالشی بزرگ تبدیل شده است؛ به همین دلیل، نیاز به توسعه راهحلهایی برای مدیریت و کاهش این زبالهها احساس میشود.
این چالش نه تنها امنیت ماموریتهای کنونی را تحت تاثیر قرار میدهد، بلکه میتواند آینده اکتشاف فضا را نیز تهدید کند. از سال ۱۹۵۷ تاکنون، حدود ۶۷۴۰ پرتاب ماهوارهبر و راهاندازی حدود ۱۹۵۹۰ ماهواره در مدار زمین صورت گرفته که از این تعداد، حدود ۱۳۲۳۰ ماهواره هنوز در فضا هستند و تقریبا ۱۰۲۰۰ مورد از آنها همچنان خدمات ارائه میدهند و فعال هستند.
آمارها نشان میدهند که حدود ۳۶۸۶۰ جسم فضایی به طور منظم توسط شبکههای نظارت بر اجسام فضایی ردیابی میشوند؛ همچنین، برآورد میشود که بیش از ۶۵۰ رویداد ناشی از انفجارها، تصادفات یا سایر حوادث، منجر به ایجاد قطعاتی از زبالههای فضایی شده است. مجموع جرم تمامی اجسام فضایی در مدار زمین بیش از ۱۳ هزار تن تخمین زده میشود.
نمودار بالا افزایش تعداد پسماندهای فضایی بر حسب زمان و نوع آن که عمدتا محموله فضایی هستند براساس رنگ نشان میدهد.
این نمودار نمایانگر افزایش تعداد پسماندهای فضایی در مدارات مختلف بر حسب زمان که بیشترین پسماند در مدار نزدیک به زمین (LEO) است.
خطرات پسماندهای فضایی
کوروش رکنی، یکی از بزرگترین خطرات ناشی از پسماندهای فضایی را آسیب به تجهیزات فضایی میداند و ادامه میدهد: «برخورد یک قطعه زباله فضایی با یک ماهواره یا ایستگاه فضایی، میتواند منجر به خسارات جدی یا حتی از کار افتادن کامل آنها شود.»
در ۱۰فوریه۲۰۰۹ یک تصادف شدید میان دو ماهواره، یعنی ایریدیوم ۳۳ (Iridium-33) و کاسموس ۲۲۵۱ (2251 COSMOS) رخ داد که منجر به ایجاد بیش از ۲۵ هزار قطعه جدید زباله فضایی شد. این تصادف یکی از جدیترین موارد تجزیه تصادفی ثبت شده که به ازای این حادثه، ایستگاه فضایی بینالمللی به طور مرتب مجبور به تغییر مسیر برای جلوگیری از برخورد با زبالههای فضایی میشود.
زبالههای فضایی نه تنها تهدیدی برای تجهیزات فضایی هستند بلکه خطراتی نیز برای فضانوردان و حتی مردم روی زمین به وجود میآورند. اگر قطعهای از زباله فضایی با سرعت بالا به زمین بیفتد، میتواند باعث خسارت مالی و حتی مرگ انسانها شود. تا کنون هیچ مرگ انسانی بر اثر برخورد زبالههای فضایی گزارش نشده است، اما در سال ۲۰۱۱، قطعهای از زباله فضایی به خانهای در ساحل عاج برخورد کرد و خسارات مالی زیادی به بار آورد.
افزایش تعداد زبالههای فضایی میتواند چالشهای جدی برای انجام ماموریتهای جدید ایجاد کند. این شرایط موجود به احتمال زیاد هزینهها و خطرات مربوط به سفرهای فضایی را افزایش میدهد و توسعه فناوریهای جدید در این حوزه را محدود میکند؛ همچنین، وجود زبالههای فضایی میتواند محیط فضایی را آلوده کرده و بر فعالیتهای آینده تاثیر منفی بگذارد.
کورش رکنی اظهار میکند: «زبالهها میتوانند در مدار پایین زمین یا مدار زمینثابت (GEO) قرار داشته باشند. زبالههای موجود در مدار پایین زمین معمولا با سرعتی حدود ۲۸ هزار کیلومتر در ساعت حرکت میکنند؛ در حالی که زبالههای موجود در مدار زمینثابت با سرعتی حدود ۱۱ هزار کیلومتر در ساعت در حال حرکت هستند؛ این سرعت بالا به همراه اندازه بزرگ زبالهها منجر به آزاد شدن انرژی قابل توجهی هنگام برخورد میشود.»
وزن زبالههای فضایی تاثیر زیادی بر انرژی برخورد آنها دارد؛ به عنوان مثال، یک تکه زباله به اندازه بزرگتر از ۱۰ سانتیمتر که یک کیلوگرم وزن داشته و با سرعت ۲۸ هزار کیلومتر در ساعت حرکت کند، میتواند انرژی برخوردی معادل ۳.۹۲۰.۰۰۰ ژول را آزاد کند. این مقدار انرژی میتواند به راحتی منجر به تخریب کامل ماهوارهها یا ایستگاههای فضایی شود.
زبالههای کوچکتر با وجود وزن کم خود، میتواند به دلیل سرعت بالا به سامانههای حساس آسیبهای جدی وارد کند. قطعات بزرگتر از ۱۰ سانتیمتر میتوانند باعث تخریب کامل ماهوارهها شوند؛ در حالی که زبالههای کوچکتر احتمال دارد به سامانههای الکترونیکی و حسگرها آسیب برساند؛ این وضعیت نشاندهنده اهمیت مدیریت و کاهش زبالههای فضایی برای تضمین ایمنی فعالیتهای فضایی و حفظ محیط فضایی است.
نقش آفرینی سازمانهای بین المللی در کنترل و کاهش پسماندهای فضایی
سازمانهای بینالمللی نقش مهمی در کنترل و کاهش زبالههای فضایی ایفا میکنند که شامل تدوین قوانین، راهنماها و پروژههای همکاری بینالمللی برای مدیریت بهتر زبالههای فضایی و کاهش خطرات ناشی از آنها است. به ویژه، سازمان ملل و مجمع بینالمللی فضا (COPOS) اقداماتی در زمینه راهنماییهای کاهش زبالههای فضایی اتخاذ کردهاند و بحثهایی درباره بازیابی و بازگردانی زبالههای فضایی در چارچوب توافقنامه نجات ۱۹۶۸ انجام دادهاند.
سازمان ملل به عنوان نهاد اصلی هماهنگی فعالیتهای فضایی، تعدادی معاهده و راهنما برای مدیریت زبالههای فضایی توسعه داد؛ از جمله این معاهدهها میتوان به معاهده اصول حاکم بر فعالیتهای دولتها در اکتشافات و استفاده از فضا، کنوانسیون بینالمللی مسئولیت برای خسارات ناشی از اجسام فضایی و کنوانسیون ثبت اشیا پرتاب شده به فضا اشاره کرد؛ این معاهدهها موضوعاتی چون عدم تصاحب فضا توسط یک کشور خاص و آزادی اکتشاف را نیز پوشش میدهند.
اگرچه پیمانها و توافقات بینالمللی تا حدودی به مسائل مربوط به زبالههای فضایی پرداختهاند، اما هنوز تعریف دقیقی از زبالههای فضایی وجود ندارد و نیاز به راهحلهای عملی برای کاهش آن وجود دارد.
کورش رکنی بیان میکند: «کمیته استفاده صلحآمیز از فضای ماورای جو (کوپوس) به عنوان نهاد تصمیمگیری در عرصه فضایی تحتنظر سازمان ملل نیز در زمینه مدیریت پسماندهای فضایی فعالیتهایی را انجام داد. این کمیته با برگزاری جلسات و کارگروهها، چالشها و راهحلهای کاهش زبالههای فضایی را بررسی کرده و یکی از اقدامات مهم آن، تدوین دستورالعملهای کاهش زبالههای فضایی که در سال ۲۰۰۲ منتشر شد.»
وی ادامه میدهد: «کد اروپایی کاهش زبالههای فضایی در سال ۲۰۰۴ و دیگر دستورات پیشین به منظور افزایش آگاهی و همکاری بینالمللی در این زمینه ایجاد شدهاند؛ با این حال، چالشهایی وجود دارد، از جمله عدم وجود یک چارچوب قانونی جامع برای مدیریت زبالههای فضایی که باعث شده دولتها تمایلی به اجرای برنامههای جبران خسارت نداشته باشند؛ همچنین، نیاز به همکاری بینالمللی برای توسعه فناوریهای جدید جهت حذف زبالههای فضایی احساس میشود.»
راهنمای عمل کاهش زبالههای فضایی
راهنمای عمل کاهش زبالههای فضایی در سال ۲۰۰۲ توسط کمیته بینالمللی استفاده صلحآمیز از فضای ماورای جو منتشر شد؛ این راهنما به کشورها و سازمانهای فضایی توصیه میکند تا اقدامات لازم را برای کاهش تولید زبالههای فضایی در طراحی، ساخت و بهرهبرداری از فضاپیماها و ماهوارهها انجام دهند؛ هدف اصلی این راهنما جلوگیری از افزایش زبالههای فضایی و محافظت از محیط فضایی برای نسلهای آینده است.
این راهنما شامل اصول و توصیههایی برای طراحی و مدیریت ماموریتهای فضایی میباشد، از جمله این توصیهها که طراحی ماهوارهها به گونهای باشد تا پس از پایان عمر مفیدشان بتوانند به طور ایمن به زمین بازگردانده شوند؛ همچنین، استفاده از موادی که در هنگام برخورد به قطعات کوچکتری تقسیم میشوند، به عنوان یک راهحل دیگر پیشنهاد شده تا به کاهش احتمال ایجاد زبالههای جدید کمک کند.
شناسایی و ردیابی زبالههای فضایی به عنوان یک اقدام ضروری برای برنامهریزی برای جمعآوری یا حذف زبالهها مطرح میشود. افزایش زبالههای فضایی میتواند به بروز مشکلات جدی در آینده منجر شود؛ بنابراین توصیههای موجود در این زمینه باید بهطور جدی اجرا شوند.
پروژههای کاهش پسماندهای فضایی
در سالهای اخیر، چندین پروژه و رویداد مهم به منظور کاهش و کنترل پسماندهای فضایی توسط سازمانهای مختلف بینالمللی و خصوصی ارائه شد؛ این پروژهها به دنبال توسعه فناوریها و روشهای جدید برای مدیریت زبالههای فضایی و کاهش خطرات ناشی از آنها هستند؛ در ادامه به برخی از این پروژهها و وضعیت اجرایی آنها پرداخته میشود.
۱. پروژه ریمو دبریز
پروژه ریمو دبریز (Remove Debris) یکی از پروژههای پیشگام در زمینه پاکسازی زبالههای فضایی میباشد که به وسیله دانشگاه سوری (University of Surrey) انگلستان و با حمایت آژانسهای فضایی اروپا و دیگر نهادها اجرا شد.
هدف این پروژه آزمایش فناوریهای مختلف برای جمعآوری زبالههای فضایی در مدار زمین است. این پروژه موفق به نمایش موفقیتآمیز فناوریهای مختلف برای حذف فعال زبالههای فضایی شد و به جمعآوری حدود ۴۰ هزار قطعه زباله فضایی در مدار زمین میپردازد.
پروژه ریمو دبریز شامل ابزارهایی مانند توری برای به دام انداختن زبالهها، نیزهای برای هدفگیری اشیا بزرگتر و بادبانهای خورشیدی برای کاهش سرعت زبالهها به منظور تسهیل ورود به جو زمین میباشد؛ این ماموریت در سال ۲۰۱۸ با موفقیت انجام شد و نتایج آن به توسعه فناوریهای آینده کمک خواهد کرد.
۲. پروژه ADR
پروژه ADR (سرواژه Active Debris Removal) که توسط آژانس فضایی اروپا هدایت میشود، به دنبال توسعه فضاپیماهایی برای جمعآوری فعال زبالههای فضایی میباشد و شامل تحقیقاتی در زمینه شناسایی، ردیابی و حذف این زبالهها میشود.
آژانس فضایی اروپا با همکاری شرکای صنعتی، فضاپیماهایی را طراحی میکند که میتوانند قطعات بزرگ زباله فضایی را شناسایی کرده و آنها را به دام بیندازند یا به مدارهای پایینی منتقل کنند تا در نهایت بسوزند؛ این پروژه هنوز در مراحل تحقیق و طراحی قرار دارد و نشاندهنده تعهد ESA به مدیریت زبالههای فضایی است.
۳. ماهواره کلین اسپیس وان
پروژه ماهواره کلین اسپیس وان (Clean Space One) که توسط دانشگاه EPFL سوئیس توسعه یافته با هدف جمعآوری پسماندهای فضایی طراحی شد؛ این پروژه قرار است با استفاده از سامانههای نوآورانه، زبالهها را به دام بیندازد و سپس آنها را به جو زمین هدایت کند تا بسوزند.
پروژه ماهواره کلین اسپیس وان بر روی فناوریهایی مانند میکروپیشرانهها و بادبانهای خورشیدی تمرکز دارد تا بتواند به طور موثری زبالهها را مدیریت کند؛ این پروژه نیز در مراحل تحقیقاتی قرار دارد و انتظار میرود پس از تکمیل، به عنوان یک راهکار عملی برای کاهش پسماندهای فضایی مورد استفاده قرار گیرد.
۴. روشهای نوآورانه
علاوه بر پروژههای فوق، محققان چینی نیز ایدههایی برای کنترل پسماندهای فضایی ارائه دادهاند که شامل گرم کردن زبالهها برای یونیزه کردن آنها و استفاده از میدان مغناطیسی برای جابهجایی آنها میباشد؛ این روش میتواند در جمعآوری زبالههای کوچکتر به کار رود و به عنوان سوخت قابل استفاده در فضاپیماها به کار گرفته شود.