استيقظ سبعة رواد فضاء كانوا على متن محطة الفضاء الدولية على أخبار غير مرحب بها في صباح يوم 15 نوفمبر 2021. كانت وكالة الفضاء الأمريكية ناسا قلقة. كانت المحطة تقترب مباشرة من منطقة خطرة فجأة مليئة بالقمامة. قد يؤدي الاصطدام إلى إتلاف المركبة الفضائية. وقد يهدد ذلك سلامة كل شخص بالداخل. ناسا حذرت رواد الفضاء للاحتماء.
أغلق رواد الفضاء البوابات بين أقسام محطة الفضاء الدولية وصعدوا إلى سفن الهروب. ثم انتظروا. لحسن الحظ ، عبروا المنطقة دون وقوع حادث مؤسف. كل شيء واضح
قريباً ، سيتم الكشف عن مصدر كل هذا الحطام. في وقت سابق من ذلك اليوم ، أطلقت الحكومة الروسية صاروخًا لتفجير قمر صناعي كبير. القمر الصناعي لم يعمل منذ الثمانينيات. كان هذا الإطلاق يختبر تقنية صاروخية جديدة.
أثناء قيام الصاروخ بعمله ، أدى الانفجار إلى خلق "حقل حطام". وأغرق القمر الصناعي المحطم مساحة بنحو 1500 قطعة قمامة كبيرة بما يكفي لرؤيتها وتعقبها بواسطة التلسكوب. أنتجت أيضًا مئات الآلاف من القطع الصغيرة. حتى قطعة صغيرة يمكن أن أحدثت ثقبًا في الجزء الخارجي من محطة الفضاء الدولية. وقد يستمر التهديد من هذا القمر الصناعي الواحد لسنوات ، إن لم يكن لعقود.
لنتعرف على الأقمار الصناعية
تتسابق خردة الفضاء حول الكوكب بسرعة تصل إلى 8 كيلومترات (5 أميال) في الثانية. يمكن أن تصل سرعة الاصطدام إلى 15 كيلومترًا في الثانية ، أو أسرع بعشر مرات من الرصاصة. يقدر علماء ناسا أن قطعة بحجم الرخام يمكن أن تصطدم بجسم آخر بنفس قوة كرة البولينج التي تسير بسرعة 483 كيلومترًا (300 ميل) في الساعة.
تمر محطة الفضاء الدولية من نفس البقعة كل 93 دقيقة أثناء دورانها حول الكوكب. في ذلك اليوم في منتصف شهر تشرين الثاني (نوفمبر) ، خشي كل من كان على متنها من حدوث تأثير. لكن هذه لم تكن المرة الأولى أو الأخيرة التي تهدد فيها خردة فضائية مهمة ما. دفع الانفجار وكالة ناسا إلى إلغاء رحلة سير في الفضاء كانت مقررة في 30 نوفمبر. اضطرت محطة الفضاء الصينية ، التي كان على متنها ثلاثة رواد فضاء ، إلى تغيير مسارها بسبب القمر الصناعي الروسي. قبل ثلاثة أيام فقط من الانفجار ، غيرت محطة الفضاء الدولية مدارها لتجنب الاصطدام بالخردة الفضائية التي خلفها قمر صناعي قديم معطل. وفي 3 كانون الأول (ديسمبر) ، غيرت محطة الفضاء الدولية مسارها مرة أخرى لتجنب القطع من قمر صناعي معطل مختلف.
نفايات الفضاء تشكل خطرا متزايدا. في الواقع ، فإن هذه القمامة "هي الآن الشغل الشاغل للأشخاص الذين يدرسون إدارة حركة المرور في الفضاء" ، كما يقول بات سيتسر. إنه عالم فلك بجامعة ميشيغان في آن أربور. يستخدم التلسكوبات وأجهزة الكمبيوتر لدراسة الحطام المداري.
يقول دون بولاكو:"لقد خلقنا هذا الخطر بأنفسنا". ويضيف ، لحسن الحظ ، "هناك أشياء يمكننا القيام بها لمنعها من أن تكون مجازفة". يدير بولاكو ، الفلكي بجامعة وارويك في إنجلترا ، المركز الجديد للتوعية بالمجال الفضائي. يركز العلماء هناك على البيئة في الفضاء الخارجي الأقرب إلى الأرض. ويحذر من أن مشكلة الحطام تهدد مستقبل حركة المرور في الفضاء.
يقول:"إذا لم تتعامل معها ، فسوف تلحق بالركب عاجلاً أم آجلاً". "لا يمكنك تجاهله إلى الأبد."
تتبع سلة المهملات
تقدر وكالة الفضاء الأوروبية ، أو ESA ، أن حوالي 36500 قطعة من الحطام أكبر من 10 سم (4 بوصات) تدور الآن حول الأرض. يوجد حوالي مليون قطعة يتراوح قطرها بين 1 و 10 سم. أكثر من 300 مليون قطعة لا تزال أصغر حجمًا بالقرب من الفضاء أيضًا. يستخدم العلماء الرادار لتتبع القطع الأكبر. الأصغر؟ إنها أصغر من أن تقيس بدقة.
أطلق السوفييت أول قمر صناعي إلى الفضاء - سبوتنيك الأول - في 4 أكتوبر 1957. ومنذ ذلك الحين ، أرسلت الحكومات والجيوش والشركات في جميع أنحاء العالم عشرات الآلاف من الآخرين. في عام 2020 وحده ، دخل أكثر من 1200 قمر صناعي جديد إلى الفضاء - أكثر من أي عام سابق. من بين أكثر من 12000 قمر صناعي تم إرسالها إلى الفضاء ، تقدر وكالة الفضاء الأوروبية أن حوالي 7630 لا يزالون في المدار. فقط حوالي 4800 لا تزال تعمل.
ينمو الحطام الفضائي منذ عقود. يتواجد معظمها فيما يسميه العلماء المدار الأرضي المنخفض ، أو المدار الأرضي المنخفض. هذا يعني أنه يدور حول 1000 كيلومتر (620 ميل) فوق سطح الأرض. تقع محطة الفضاء الدولية أيضًا في مدار أرضي منخفض.
يشمل الحطام الفضائي أجسامًا كبيرة ، مثل قطع الصواريخ المستخدمة في رفع الأقمار الصناعية إلى الفضاء. ويشمل أيضًا أشياء مثل مخاريط الأنف وأغطية الحمولة من تلك الصواريخ. ثم هناك أقمار صناعية لا تعمل بعد الآن - أو تعطلت من البداية.
أحدهما هو Envisat ، وهو قمر صناعي ESA أطلق في عام 2002. لقد مات بعد 10 سنوات من مهمته في مراقبة مناخ الأرض. من المحتمل أن تظل جثثها تشكل تهديدًا لمدة 100 عام قادمة على الأقل.
"إنه حادث سيارة كبير في السماء في انتظار حدوثه ،" يقلق بولاكو.
نتج عن بعض التحطمات الكبيرة الكثير من الحطام الفضائي المعروف. في عام 2007 ، أطلقت الصين صاروخًا لتفجير أحد أقمارها الصناعية القديمة الخاصة بالطقس. نتج عن الانفجار أكثر من 3500 قطعة من الحطام الكبير ، بالإضافة إلى سحب ضخمة من القطع الصغيرة. في عام 2009 ، اصطدم قمر صناعي روسي معطل بقمر اتصالات مملوك لشركة أمريكية. أنتج هذا الانهيار أيضًا سحبًا كبيرة من الحطام.
تدير وزارة الدفاع الأمريكية شبكة مراقبة الفضاء. ويستخدم الرادار والتلسكوبات الأخرى لتتبع قطع أكبر من الحطام. تتعقب هذه الشبكة الآن أكثر من 25000 قطعة كبيرة ، وفقًا لوكالة ناسا. عندما تكون فرصة اصطدام إحدى هذه الأجزاء بمحطة الفضاء الدولية أكبر من 1 من كل 10000 ، فإن المحطة الفضائية ستبتعد عن الطريق. بدأت الشركات الخاصة أيضًا في تتبع الحطام في السنوات الأخيرة.
يمكن أن تكون مهملات الفضاء متنوعة تمامًا
في عام 1965 ، فقد رائد الفضاء إد وايت قفازًا أثناء سيره في الفضاء. فقد رواد فضاء آخرون مفكات البراغي وأدوات أخرى. قطع البطاريات المتفجرة أو خزانات الوقود - بعضها لا يزال بداخلها وقود - تطن في المدار. وكذلك بقع الطلاء المقشر والصواميل والمسامير. مع السرعة التي يتحركون بها ، كلها خطيرة.
لا يمكن للعلماء رؤية قطع من الحطام صغيرة مثل البراغي والصواميل وبقع الطلاء. وبدلاً من ذلك ، يقومون بدراسة الخدوش والخدوش التي تخلفها هذه الآثار على الأقمار الصناعية الموجودة. خلال عملية تفتيش في مايو 2021 ، اكتشف رواد الفضاء أن ذراعًا آليًا لمحطة الفضاء الدولية قد تضرر بسبب الحطام الفضائي. لا يزال الذراع يعمل ، لكن به ثقب يبلغ قطره 0.5 سم (0.2 بوصة).
قدم تلسكوب هابل الفضائي ثروة من البيانات من مواجهات مماثلة مع الحطام. قام رواد الفضاء بزيارة التلسكوب وإصلاحه عدة مرات في العقود الثلاثة الماضية. في كل مرة وجدوا مئات الحفر الصغيرة في الألواح الشمسية. وقد خلفها الاصطدام بقطع صغيرة من الحطام. ظل العلماء يسجلون نمط ووقوع هذه التأثيرات. ستساعد هذه البيانات العلماء في بناء نماذج كمبيوتر لا تتنبأ فقط بعدد القطع الصغيرة المتبقية في المدار ، ولكن أيضًا مكانها.
تؤكد الدراسات التي أجريت على الحطام الفضائي أن التهديد يتزايد ، كما يقول سيتسر ، في ميتشيغان. "إنها مشكلة حقيقية." لكنه قلق من أن الناس لا يتعلمون الدروس الصحيحة. بعد حدث عام 2007 الذي فجرت فيه الصين قمرا صناعيا وخلقت حقل حطام عملاق ، اعتقد أن الناس سيعملون بجد لحل مشكلة نفايات الفضاء. "كنت أعتقد أن الجميع سوف يقتنع".
لكنهم لم يفعلوا. لذلك تستمر المشكلة في النمو.
أطلقت الشركة الخاصة سبيس إكس "أبراج" من عشرات الأقمار الصناعية. تستخدم الشركة هذا المشروع ، المسمى Starlink ، لإنشاء نظام إنترنت عالمي. بالفعل ، حوالي 40 في المائة من الأقمار الصناعية النشطة في الفضاء تنتمي إلى SpaceX. تخطط الشركة لإطلاق آلاف أخرى. وهم ليسوا وحدهم. أعلنت OneWeb ، وهي شركة اتصالات ، عن خطط لإطلاق كوكبة خاصة بها من 300000 قمر صناعي.
عندما تعلم شركة أن قمرها الصناعي سيطير في نطاق كيلومتر واحد (0.6 ميل) من آخر - أو بالقرب من قطعة فضائي غير مهمة - يمكنها إعادة توجيه قمرها الصناعي قليلاً. في أغسطس ، أفاد باحثون في المملكة المتحدة أن أقمار سبيس إكس لينك قد شاركت في حوالي نصف جميع تحركات تجنب الاصطدام في المدار الأرضي المنخفض. في المستقبل القريب ، يتوقعون أن ترتفع هذه الحصة إلى تسعة من كل 10.
يقول بالاكو ، نظرًا لارتفاع عدد الأقمار الصناعية في السماء ، فإن خطر الاصطدام بالحطام سينتهي أيضًا. يقول:"إنه أمر تراكمي". "كلما قل ما نفعله حيال ذلك ، ازداد الأمر سوءًا."
احذر من التسلسلات
يشعر علماء الفلك بالقلق من أنه مع نمو فضلات الفضاء ، ستتداخل هذه الشظايا أيضًا مع ملاحظات التلسكوب. تقول كوني ووكر:"إذا اكتفيت من هذه الاصطدامات ، يمكنك تفتيح سماء الليل". إنها عالمة فلك في مختبر NOIR التابع لمؤسسة العلوم الوطنية ، في توكسون ، أريزونا.
وهي قلقة من أن الحطام الفضائي والأقمار الصناعية يمكن أن تحد من الدراسة العلمية للفضاء. يمكن أن تعكس هذه القمامة الكثير من الضوء لدرجة أنها تخفي ضوء النجوم البعيدة. في الوقت الحالي ، يحاول العلماء تحديد كيفية تأثير الحطام الفضائي والفيضان المستقبلي للأبراج الساتلية على ملاحظات التلسكوب. بالنسبة إلى المراصد الحساسة ، يقول والكر ، "نحتاج إلى سماء صافية جدًا وليست شديدة التلوث".
هناك خطر آخر أقل وضوحًا وهو الخطر الذي يسميه الخبراء "متلازمة كيسلر". في عام 1978 ، نظر عالم الفلك في ناسا دونالد كيسلر في البيانات الخاصة بالحطام الفضائي وقدم تنبؤًا مشؤومًا. في النهاية ، كما قال ، سوف يراكم المدار الأرضي المنخفض الكثير من خردة الفضاء بحيث يمكن أن يطلق سلسلة. وتوقع أن تتسبب الشظايا الناتجة عن اصطدام واحد في حدوث تصادمات أخرى. الحطام من تلك الاصطدامات يمكن أن يسبب المزيد. و اكثر و اكثر أصبح هذا معروفًا باسم متلازمة كيسلر ، أو تأثير كيسلر.
يقول سيتسر:"لم نصل إلى هناك بعد". ولكن ما لم تأخذ الشركات الخاصة والعمليات العسكرية والحكومات التي ترتاد الفضاء المشكلة على محمل الجد ، كما يقول ، فإن مثل هذه السلسلة يمكن أن تحدث. "حتى لو لم نضف شيئًا آخر ، فإن المزيد من الاصطدامات للأشياء الموجودة في المدار ستخلق المزيد من الحطام."
إلى المدار المقبرة!
يشعر بعض الخبراء بالقلق من أن الناس لن يأخذوا المشكلة على محمل الجد حتى وقوع المأساة.
تلاحظ مؤرخة العلوم ليزا روث راند أن "معظم الناس لم يواجهوا مشكلة مع مشكلة القمر الصناعي". تعمل في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا. "إذا فقدنا قمرًا صناعيًا يستخدمه الدفاع ، أو إذا سقط شيء من الفضاء ، فهذا عندما يشعر الناس بالرعب. هذا عندما تكون خردة الفضاء مشكلة.
ومع ذلك ، لا تخطئ ، كما تقول ، الحطام الفضائي يمثل بالفعل خطرًا بيئيًا. وهي ليست أول من أشار إلى ذلك. حذر علماء ناسا من مخاطر تلويث الفضاء القريب من الأرض منذ الستينيات.
هناك أيضًا شركات وعلماء يعملون على أفكار لإزالة الفوضى. لكنهم سيحتاجون إلى استراتيجيات مختلفة اعتمادًا على أي جزء من الفضاء يقومون بتنظيفه ، كما يقول ووكر ، عالم الفلك التابع لمؤسسة العلوم الوطنية في توكسون.
تشرح قائلة:"كلما صعدت إلى أعلى ، كلما استغرق الأمر وقتًا أطول" حتى يخرج القمر الصناعي من مداره. يمكن إعادة توجيه القطع الكبيرة في المدار الأرضي المنخفض باتجاه الكوكب لتحترق في الغلاف الجوي.
صممت شركة Astroscale اليابانية مركبة فضائية يمكنها مغناطيسيًا "انتزاع" النفايات الفضائية وسحبها إلى مدار منخفض ، حيث ستسقط منه بعد ذلك وتحترق في الغلاف الجوي. أطلقت الشركة زوجًا من الأقمار الصناعية إلى الفضاء لاختبار التكنولوجيا في مارس 2020.
يقول توم مكارثي:"عندما يتعلق الأمر بالحطام المداري ، هناك مجموعة متنوعة من الأساليب حول كيفية التعامل مع هذه الأشياء". إنه خبير في الروبوتات في Motiv Space Systems في باسادينا ، كاليفورنيا. يعمل مكارثي على تطوير مركبة فضائية يمكنها إصلاح وإعادة تدوير الأقمار الصناعية القديمة. ويقول إن مثل هذه التكنولوجيا يمكن أن تساعد في إطالة العمر التشغيلي لتلك الأقمار الصناعية.
قد تتطلب نفايات الفضاء البعيدة استراتيجية مختلفة. يمكن إرسال القطع الكبيرة في مدار ثابت بالنسبة للأرض - حوالي 36000 كيلومتر (22000 ميل) - إلى "مدار مقبرة". سيتم دفعها 300 كيلومتر (190 ميل) إضافية بعيدًا عن الأرض ، حيث ستبقى ، بعيدًا عن المكان الذي يمكن أن تحدث فيه أي ضرر كبير.
يقول مكارثي:"يمكن لقمر صناعي أن يرسو أو يتصل بقمر صناعي ثابت بالنسبة إلى الأرض ثم ينتقل به إلى مدار التخلص منه ويطلقه". قد يكون هذا يحدث بالفعل. في أواخر كانون الثاني (يناير) 2022 ، أبلغت شركة تسمى Exoanalytic Solutions ، والتي تراقب بيئة الفضاء ، عن ملاحظة مثيرة للفضول. طار قمر صناعي صيني بالقرب من قمر صناعي كبير ميت وسحبه بعيدًا إلى مدار مقبرة.
يقول خبراء آخرون إن خطط إزالة الأقمار الصناعية من المدار يجب أن تكون مدمجة في تصميم المركبة. هذا شيء تفعله Astroscale. طورت الشركة محطة إرساء مغناطيسية لتثبيتها على القمر الصناعي قبل الإطلاق. في وقت لاحق ، عندما تحتاج إلى إصلاح أو إزالة ، يمكن إرسال مركبة أخرى لاستلامها.
توصي لجنة دولية تضم أعضاء من وكالات الفضاء حول العالم بأن تتمتع جميع الأقمار الصناعية الجديدة بالقدرة على الخروج من مدارها في غضون 25 عامًا. بعض الأقمار الصناعية قريبة بما يكفي للقيام بذلك بشكل طبيعي. البعض الآخر ليس كذلك. وفقًا لتقرير وكالة الفضاء الأوروبية الصادر في يوليو 2019 ، يمكن لأقل من واحد من كل أربعة أن ينزل نفسه من المدار ، من بين تلك التي تكون مرتفعة جدًا بحيث لا تتمكن من الخروج من المدار بمفردها.
يقول بولاكو إن مصممي الأقمار الصناعية بحاجة إلى معالجة قضية الحطام الفضائي قبل الإقلاع بوقت كاف. لكن في الوقت الحالي ، كما يقول ، لا يرى مشغلو الأقمار الصناعية المشكلة. يقول:"من مصلحة الجميع تنظيف هذه الأشياء". "إذا لم يكن الأمر كذلك ، فستصبح كل مشكلتنا".
