زباله های فضایی: آیا در مسیر پایداری واقعی هستیم؟ (Op-ed)

دیوید زامورا رئیس انجمن داده های فضایی است. او این مقاله را در Expert Voices: Op-Ed & Insights در Space.com ارائه کرد.

تجاری سازی فضا به خوبی در حال انجام است، و در نتیجه، مدار زمین بیش از پیش متراکم می شود. طبق گزارش آژانس فضایی اروپا (ESA) تعداد فعلی ماهواره‌های فعال در مدار حدود 16000 ماهواره است و انتظار می‌رود این تعداد تا سال 2035 به 60000 برسد. در حالی که همیشه آن طور که شایسته است به رسمیت شناخته نمی شود، فضا به سرعت به یک لایه زیرساختی حیاتی تبدیل شده است، که زیربنای تقریبا تمام سیستم هایی است که زندگی مدرن را آنگونه که ما می شناسیم، زیربنا می دهد. بنابراین، حفظ یک چشم انداز عملیاتی ایمن و تمیز بسیار مهم است.

با این حال، این امر به طور فزاینده ای چالش برانگیز می شود، به ویژه با توجه به اینکه، در کنار افزایش سریع ترافیک فضایی، بیش از 1.2 میلیون قطعه زباله بیش از 1 سانتی متر (0.4 اینچ) سانتی متر در مدار زمین وجود دارد که هر یک می تواند به ماهواره ها و فضاپیماها آسیب برساند و به طور بالقوه پیامدهای فاجعه باری را به همراه داشته باشد. با افزایش تعداد ماهواره های فعال و اجسام زباله در فضا، محیط فضا تحت فشار فزاینده ای قرار دارد. ایجاد تعادل بین توسعه و پایداری

فضا زمانی تنها قلمرو دولت‌های ملی بود، اما دیگر اینطور نیست. با پیشرفت تکنولوژی، هزینه های پرتاب کاهش یافته و ماهواره ها کارآمدتر، کوچکتر و ارزان تر شده اند. این تغییرات فضا را دموکراتیزه کرده و منجر به افزایش عظیم ترافیک فضایی شده است، به ویژه صورت فلکی در مدار پایین زمین (LEO) که شامل هزاران ماهواره است.

برنامه هایی برای گسترش بیشتر این صورت های فلکی در حال انجام است و انتظار می رود صورت های فلکی جدید و حتی بزرگتر نیز در سال های آینده راه اندازی شوند. علاوه بر این، ما همچنین احتمالا طی چند سال آینده شاهد اولین مراکز داده مبتنی بر فضا خواهیم بود، که ممکن است به خوبی نشان‌دهنده شروع انتقال عمده مراکز داده از زمین به فضا باشد، که به ازدحام در حال حاضر احساس می‌شود.

برای اطمینان از اینکه فضا همچنان نیازهای فعلی و آینده ما را برآورده می کند، این گسترش مستمر باید به روشی پایدار اتفاق بیفتد. حفظ یک منظره ایمن و تمیز بیش از هر زمان دیگری مهم است، و کاهش تاثیر زباله های فضایی برای این تلاش بسیار مهم است. حفظ محیط امن

کاهش تاثیر زباله شامل یک رویکرد چند جانبه است. چه عمدی و چه غیرعمدی، ایجاد زباله های فضایی جدید توسط ماموریت های فضایی آینده باید تا حد امکان به حداقل برسد. این امر در مراحل پرتاب، بهره برداری و پایان عمر اعمال می شود و ماهواره ها و سایر فضاپیماها باید با در نظر گرفتن این موضوع طراحی شوند. علاوه بر این، ماهواره‌هایی که دیگر فعال نیستند، نباید برای مدت طولانی در مدار بمانند، زیرا این تنها شانس حوادث برخورد را افزایش می‌دهد که می‌تواند زباله‌های جدیدی ایجاد کند.

قانون استاندارد 25 سال بوده است، اما اکنون توصیه هایی وجود دارد که این قانون باید به پنج سال کاهش یابد.

همچنین جلوگیری از برخورد در مدار بین ماهواره های فعال و سایر اجرام بسیار مهم است. این تنها از طریق سیستم های آگاهی موقعیت فضایی (SSA) و هماهنگی ترافیک فضایی (STC) قابل دستیابی است. SSA اجسام موجود در فضا (اعم از ماهواره ها و زباله ها) را نقشه برداری و مشخص می کند، مکان، مسیر و سرعت آنها را تعیین می کند، در حالی که STC به طور فعال ترافیک فضایی شناسایی شده از طریق SSA را برای جلوگیری از برخورد مدیریت می کند.

هنگامی که یک اتصال محتمل است، ارائه دهندگان خدمات SSA/STC به اپراتورهای درگیر هشدار می دهند، سپس آنها تصمیم می گیرند که آیا مانور جلوگیری از برخورد را انجام دهند یا خیر.

افزایش عمر عملیاتی ماهواره ها یکی دیگر از جنبه های مهم کاهش زباله است زیرا نیاز به پرتاب های جدید را کاهش می دهد و در نتیجه احتمال ایجاد زباله های بیشتر را کاهش می دهد. نوآوری هایی مانند سیستم های نیروی محرکه الکتریکی که امکان مانور بیشتر و مدت زمان ماموریت طولانی تر را فراهم می کند، بخشی از راه حل هستند، همانطور که سرویس، نگهداری و سوخت گیری در مدار است.

در حالی که این استراتژی‌ها بر جلوگیری از ایجاد زباله‌های جدید تمرکز می‌کنند، ما همچنین به روش‌های مؤثری برای از بین بردن تکه‌های زباله موجود نیاز داریم. این بخش به سرعت در حال رشد است که سرمایه گذاری زیادی را جذب می کند. فناوری حذف زباله در حال توسعه طیف وسیعی از جذب فیزیکی و خارج کردن مدار بسته تا تخریب با سیستم‌های فرسایش لیزری و پلاسما مبتنی بر زمین و فضایی، و همچنین مفهوم نوظهور زباله‌های معدنی برای استخراج فلزات و گازها برای پردازش در مدار به اقتصاد فضای دایره‌ای را شامل می‌شود.

نحوه واکنش ذینفعان

سازمان ملل امنیت فضا و پایداری فضا را به عنوان اولویت های فوری می بیند. معاهدات و موافقت نامه های آن بر حفظ استفاده مسالمت آمیز، ایمن و پایدار از فضای بیرونی، جلوگیری از برخورد، مدیریت زباله های فضایی و اطمینان از عملیات مسئولانه تمرکز دارد. دولت ها، آژانس های فضایی و سازمان های بین المللی نیز تمرکز خود را بر پایداری فضا تقویت می کنند.

ESA استراتژی Zero Debris خود را راه اندازی کرده است که هدف آن دستیابی به یک محیط مداری خنثی از زباله تا سال 2030 است. به عنوان بخشی از این رویکرد، ESA الزامات و استانداردهای کاهش زباله خود را به روز کرده است که بر نحوه طراحی، ساخت، پرواز و دفع ماموریت هایش نظارت می کند. همچنین الزاماتی را برای هر شرکت یا موسسه ای که با ESA در مأموریت های خود کار می کند، تعیین می کند.

در بریتانیا، آژانس فضایی بریتانیا نیز از طریق برنامه حذف زباله‌های فعال (ADR) و از طریق توسعه استانداردهای پایداری فضایی با مشارکت صنعت، نقش فعالی در ایمنی و پایداری فضا ایفا می‌کند. همچنین در حال توسعه یک استراتژی پایداری فضایی برای اطمینان از یک رویکرد هماهنگ برای اقدامات پایدار در فضا است.

در طرف دیگر برکه، استراتژی پایداری فضایی ناسا پنج چالش کلیدی را که در سطح ملی و همچنین در جامعه فضایی گسترده‌تر احساس می‌شود، شناسایی می‌کند. اینها شامل فقدان یک چارچوب واحد برای پایداری فضایی است که توسط جامعه فضایی پذیرفته شده باشد و این واقعیت که پایداری فضا ممکن است در تنش با سایر منافع ماموریت باشد. این استراتژی شش هدف را تعریف می‌کند که هدف آن رسیدگی به هر یک از چالش‌ها در کنار اهداف مربوطه برای هدایت دست‌آوردهای ناسا به اهداف است.

ایالات متحده همچنین در حال ایجاد طرح ملی کاهش زباله مداری است که در سال 2022 با قانون پایداری مداری (ORBITS) منتشر شد. این قانون که به مجلس سنا معرفی شده اما هنوز به تصویب نرسیده است، به دنبال ایجاد برنامه ای برای اصلاح فعال زباله های مداری و همچنین مستلزم توسعه روش های استاندارد زباله های مداری است.

دفتر تجارت فضایی همچنین TraCSS (سیستم هماهنگی ترافیک برای فضا) را برای ارائه داده ها و خدمات اولیه SSA به اپراتورهای فضایی غیرنظامی و خصوصی در حمایت از ایمنی پروازهای فضایی توسعه داده است، اگرچه سیستم در حال حاضر در حالت بتا است.

سازمان استاندارد بین المللی (ISO) همچنین در حال کار بر روی استانداردی برای STC (هماهنگی ترافیک فضایی) است تا فعالیت های SSA استاندارد شود. این استاندارد با عنوان سیستم‌های فضایی - هماهنگی ترافیک فضایی (STC) به سمت انتشار نهایی حرکت می‌کند و تمرکز اصلی آن بر ایجاد پروتکل‌های پایه، فرمت‌های تبادل داده و الزامات عملیاتی برای ایمنی فضا، ارزیابی اتصال در مدار و اجتناب از برخورد است.

تصویری هنرمند از یک رویداد تخم ریزی زباله در مدار زمین که می تواند باعث ایجاد یک آبشار فاجعه آمیز به نام سندرم کسلر شود یا به آن کمک کند. (اعتبار تصویر: ESA) فراتر از امروز

در حالی که این استراتژی‌ها مطمئنا صنعت را در مسیر درست حرکت می‌دهند، نیاز واقعی به اقدام سریع وجود دارد. موفقیت نه تنها به سرعت، بلکه به تلاش پایدار و مشترک و همچنین مشارکت همه کاربران فضا متکی خواهد بود. تصمیمات اتخاذ شده و اقدامات انجام شده در دهه آینده محیط فضایی را برای نسل های آینده شکل خواهد داد.

در مورد اینکه آیا پایداری به یک اصل اصلی تبدیل می شود نه یک تفکر بعدی، باید دید. با این حال، دلیلی برای خوش بین بودن وجود دارد.