قوانین جالب راهنمایی و رانندگی در فضا!

کارشناسان سال‌هاست که زنگ خطر را به صدا در آورده‌اند و هشدار می‌دهند که مدار زمین کمی شلوغ شده است؛ بنابراین این سوال مطرح می‌شود که چند ماهواره را می‌توان به صورت ایمن و پیش از اینکه اطراف سیاره ما بیش از حد شلوغ شود در مدار قرار داد؟

کارشناسان به طور دائم در مورد خطرات ناشی از شلوغ شدن بیش از حد مدار زمین هشدار می‌دهند و اکنون این سوال مطرح می‌شود که مدار زمین ظرفیت چه تعداد ماهواره را دارد؟

مدار زمین در حال شبیه شدن به یک بزرگراه بین ایالتی در ساعت شلوغی و هنگام بارش برف شدید است که همه در آن با سرعت بسیار زیاد رانندگی می‌کنند. همین ۱۰ سال پیش، هزاران یا بیشتر ماهواره‌ی عملیاتی به دور سیاره ما می‌چرخیدند و طی ۱۰ سال آینده تعداد آن‌ها به ده‌ها یا حتی صد‌ها هزار ماهواره می‌رسد.

کارشناسان سال‌هاست که زنگ خطر را به صدا در آورده‌اند و هشدار می‌دهند که مدار زمین کمی شلوغ شده است؛ بنابراین این سوال مطرح می‌شود که چند ماهواره را می‌توان به صورت ایمن و پیش از اینکه اطراف سیاره ما بیش از حد شلوغ شود در مدار قرار داد؟

جاناتان مک داول (Jonathan McDowell) اخترفیزیکدان و ستاره‌شناس مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین است که پدیده‌های بسیار پرانرژی در جهان مانند سیاهچاله‌های ساطع کننده جت در مراکز کهکشانی را مطالعه می‌کند. با این حال، در سال‌های اخیر، مک داول به دلیل کار خود در زمینه‌ی کاملا متفاوتی از تحقیقات فضایی شهرت یافته است. مک داول در ماهنامه دیجیتال خود به نام «گزارش فضایی جاناتان» تعداد فزاینده‌ی پرتاب ماهواره‌ها در مدار زمین را دنبال می‌کند.

این پروژه‌ی جاه‌طلبانه برای ارائه یک سابقه تاریخی ساده از عصر فضا آغاز شد، اما به نوعی تبدیل به تاریخچه‌ای از تخریب محیط زیست فضای نزدیک به زمین شد. مک داول به طور مکرر در رسانه‌ها درباره‌ی دیدگاه‌های خود در مورد آینده فضای شلوغ نزدیک به زمین صحبت می‌کند.

او در پاسخ به این سوال که اگر برنامه‌های موجود برای ابرصورت‌های فلکی ماهواره‌ای مانند استارلینک اسپیس‌ایکس، وان‌وب و آمازون اجرا شود چه اتفاقی برای مدار زمین رخ می‌دهد گفت که مدار زمین مشابه یک بزرگراه بین ایالتی خواهد شد، که در ساعت شلوغی و همزمان با یک طوفان برفی همه با سرعت بسیار زیاد در آن رانندگی می‌کنند.

مانور و مانور

اولین نشانه‌هایی که نشان می‌دهد اوضاع کمی بیش از حد متشنج شده است، در واقع همین حالا وجود دارد. هیو لوئیس، همکار بریتانیایی مک داول نیز فرد دیگری است که در این مورد هشدار می‌دهد. لوئیس، استاد فضانوردی در دانشگاه ساوتهمپتون (Southampton) در انگلستان، چند سالی است که به طور منظم اطلاعاتی در صفحه توییتر خود منتشر می‌کند که جزئیات افزایش رویداد‌هایی به نام مقارنه را ارائه می‌دهند. مقارنه شرایطی است که در آن دو جرم در فضا برای مثال ماهواره‌های فعال یا زباله‌های فضایی به طور خطرناکی به یکدیگر نزدیک می‌شوند.

برخی از نمودار‌های او هشیارکننده هستند. لوئیس در پستی که در تاریخ ۱۳ ژانویه در توئیتر منتشر کرد اظهار داشت که تعداد کلی مقارنه‌های پیش‌بینی شده برای سال ۲۰۲۲ میلادی ۱۳۴ درصد بیشتر از تعداد کل آن‌ها در سال ۲۰۲۰ و ۵۸ درصد بیشتر از سال ۲۰۲۱ بوده است و از چهار میلیون مورد فراتر رفته است.

تعداد کلی مقارنه‌های پیش‌بینی شده برای سال ۲۰۲۲ میلادی ۱۳۴ درصد بیشتر از تعداد کل آن‌ها در سال ۲۰۲۰ و ۵۸ درصد بیشتر از سال ۲۰۲۱ بوده است و از چهار میلیون مورد فراتر رفته است. لوئیس گفت که این بدان معنا نیست که در تمامی چهار میلیون مورد، اجرام در فضا نزدیک به برخورد بوده‌اند بلکه تنها مدیریت ترافیک در فضا بسیار پیچیده‌تر از گذشته شده است.

برای مثال ماهواره‌های استارلینک شرکت اسپیس‌ایکس را در نظر بگیرید. بر اساس اطلاعاتی که این شرکت تحت مالکیت ایلان ماسک در دسامبر سال گذشته به کمیسیون ارتباطات فدرال ایالات متحده (FCC) ارائه کرد، سیستم خودکار جلوگیری از برخورد اسپیس‌ایکس در یک بازه زمانی دو ساله از اول دسامبر سال ۲۰۲۰ تا ۳۰ نوامبر سال ۲۰۲۲ میلادی ۲۶ هزار و ۳۷ مانور مداری اجتناب از برخورد انجام داده است.

این بدان معناست که هر ماهواره استارلینک از نزدیک به ۴۰۰۰ ماهواره‌ای که تا به امروز پرتاب شده است، به طور متوسط در این مدت ۱۲ مانور اجتناب از برخورد انجام داده است.

این در حالی است که اندازه‌ی صورت فلکی فعلی اسپیس‌ایکس کمتر از ۱۰ درصد آن چیزی است که این شرکت در نظر دارد در مدار زمین مستقر کند. طی ۱۰ سال آینده، تعداد ماهواره‌های استارلینک در مدار ممکن است به ۴۲ هزار مورد برسد. به این تعداد ۴۰۰۰ ماهواره‌ای که شرکت فضایی وان‌وب می‌خواهد پرتاب کند، ۳۲۰۰ ماهواره دیگر شرکت آمازون و ۱۳ هزار ماهواره‌ی سیستم Guowang چین را نیز اضافه کنید و بدیهی است که مدار قرار است بسیار شلوغ شود.

بر اساس سندی از کمیسیون ارتباطات ایالات متحده، اسپیس‌ایکس ادعا می‌کند که هر یک از ماهواره‌هایش دارای مقدار سوخت کافی برای انجام ۳۵۰ مانور جلوگیری از برخورد در طول عمر پنج ساله‌ی مورد انتظار آن‌ها است. اما با توجه به محاسبات لوئیس، رسیدن به این تعداد زود اتفاق می‌افتد.

به گفته‌ی لوئیس تعداد مانور‌های اجتنابی مورد نیاز به صورت غیرخطی در حال افزایش است. تا سال ۲۰۲۷ یا ۲۰۲۸، صورت فلکی استارلینک ممکن است در طول عمر خود مجموعا یک میلیون مانور جلوگیری از برخورد انجام داده باشد. ما در مورد صد‌ها مانور در روز صحبت می‌کنیم البته اگر این تعداد به هزاران مورد نرسد. به طور خلاصه، کمتر از پنج سال آینده، ماهواره‌های استارلینک ممکن است در مدت زمان کوتاه‌تری نسبت به عمر طراحی شده‌شان به دلیل انجام مانور‌های زیاد سوخت‌شان تمام شود.

با این وجود، لوئیس شرکت اسپیس‌ایکس را به دلیل نگرش خود در مورد ایمنی فضا تحسین می‌کند. این شرکت که تنها پنج سال پیش حتی یک ماهواره در فضا نداشت، اکنون با فاصله‌ی قابل توجهی بزرگترین اپراتور ماهواره در جهان است.

از زمان پرتاب اولین ماهواره استارلینک در سال ۲۰۱۹، اسپیس‌ایکس یک تفکر قوی داشته است. این شرکت می‌گوید سیستم اجتناب از برخورد خودکار هر بار که ماهواره استارلینک با موقعیتی با احتمال برخورد یک در ۱۰۰ هزار مواجه می‌شود، مانور انجام می‌دهد. اسپیس‌ایکس همچنین مسئولیت هر موقعیت نزدیک به برخوردی را بر عهده می‌گیرد و یک مانور انجام می‌دهد، مگر اینکه اپراتور‌های ماهواره‌های دیگر ترجیح دهند خودشان این کار را انجام دهند.

برخورد‌ها

ماهواره‌های عملیاتی تنها بخشی از مشکل هستند. آژانس فضایی اروپا تخمین می‌زند که فضای نزدیک به زمین با حدود ۳۶ هزار و ۵۰۰ قطعه زباله فضایی بزرگتر از چهار اینچ (۱۰ سانتی متر) و حدود یک میلیون شی به اندازه ۰.۴ تا چهار اینچ (یک تا ۱۰ سانتی‌متر) پر شده است و ۱۳۰ میلیون قطعه کوچکتر از ۰.۴ اینچ (یک سانتی متر) نیز در این محیط وجود دارد.

با برخورد اجسام بزرگتر با سرعت زیاد در مدار به یکدیگر بر تعداد این ذرات کوچک اضافه می‌شود. مک داول می‌گوید: شواهد خوبی مبنی بر اینکه تعداد برخورد‌های جزئی به طور قابل توجهی در حال افزایش است، وجود دارد. در حالی که قطعات بزرگ‌تر از ۱۰ سانتی‌متر به‌طور منظم ردیابی می‌شوند، مسیر حرکت قطعات کوچک‌تر عمدتا ناشناخته است و برخورد‌هایی که می‌توانند ایجاد کنند کاملا بدون هشدار قبلی رخ می‌دهد.

با برخورد اجسام بزرگ‌تر با سرعت زیاد در مدار به یکدیگر بر تعداد زباله‌های فضایی کوچک افزوده می‌شود. کارشناسان زباله‌های فضایی بیش از همه نگران رویارویی دو جسم بزرگ برای مثال ماهواره‌های مرده یا مراحل استفاده شده‌ی موشک‌ها هستند. یکی از این رویارویی‌های نزدیک، بین یک موشک چند ۱۰ ساله روسی و یک ماهواره روسی که مدت‌ها قبل از کار افتاده بود، در روز ۲۷ ژانویه اتفاق افتاد.

در حالی که هیچ یک از این اجرام نمی‌توانستند مانور دهند، نگهبانان ترافیک فضایی فقط می‌توانستند به آن نگاه کنند. این دو تنها با فاصله ۲۰ فوت (شش متر) از کنار یکدیگر گذشتند. این حادثه که به عنوان «بدترین سناریو» توصیف می‌شود، می‌توانست هزاران تکه زباله‌ی خطرناک ایجاد کند که قرن‌ها در مدار باقی می‌مانند و همه چیز را در مسیرشان تهدید می‌کند.

ترکیب تعداد روزافزون ماهواره‌های جدید و حجم فزاینده زباله‌های مداری منجر به وضعیت خطرناکی می‌شود که در آینده‌ای نه چندان دور ممکن است برخی از مناطق فضای نزدیک به زمین را به یک منطقه ممنوعه خطرناک تبدیل کند.

چند ماهواره را می‌توانیم به طور ایمن در فضا مستقر کنیم؟

پاسخ به این سوال ساده نیست. لوئیس می‌گوید که برخی از ارتفاعات مداری آسیب پذیرتر از سایر ارتفاعات هستند. برای مثال، ماهواره‌های استارلینک در مداری ۳۴۲ مایلی (۵۵۰ کیلومتری) بالاتر از زمین قرار دارند.

اجسام در این ارتفاع معمولا پس از توقف عملیات، برای مدت طولانی در فضا باقی نمی‌مانند و حتی اگر پیشران‌های آن‌ها در پایان ماموریت از کار بیفتند و ماهواره را به جو زمین بازنگردانند تا سریع در جو بسوزد، مدار این ماهواره‌ها به‌طور طبیعی در عرض چند سال به لطف نیروی کششی اتمسفر آن‌ها را از بین می‌برد. با این حال، این توانایی پاکسازی طبیعی مدار زمین، با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد.

لوئیس می‌گوید: محیط فضا مانند سیستمی است که در آن جریان‌ها به داخل و خارج وجود دارند. ما اشیا را به فضا پرتاب می‌کنیم و جریانی که معمولا به دلیل کشش جوی ایجاد می‌شود، تنها مکانیزمی است که برای حذف طبیعی اجسام از محیط داریم. اما بالاتر از ۱۰۰۰ کیلومتر جو این کار را نمی‌کند.

اکثر اپراتور‌های ابرصورت‌های فلکی متعهد می‌شوند که مطمئن شوند ماهواره آن‌ها سوخت کافی در پایان ماموریت را دارند که خود را در جایی امن از جو زمین پایین بیاورند. اما احتمال نقص فنی هنوز کارشناسان را نگران می‌کند. در سال ۲۰۱۲، آژانس فضایی اروپا، نتوانست ماهواره رصدی ۸.۸ تنی خود به نام Envisat را از مدار ۴۸۰ مایلی (۷۷۲ کیلومتر) بالای زمین خارج کند. این فضاپیما که قرن‌ها به دور سیاره‌ی ما در چرخش خواهد بود، در حال حاضر از خطرناک‌ترین زباله‌های فضایی به شمار می‌رود.

مک داول می‌گوید که بشر احتمالا ظرفیت طبیعی فضای نزدیک به زمین را کشف خواهد کرد. اما به رغم تعهدات اپراتور‌های ابرصورت فلکی، اخترفیزیکدان تردید دارد که در سال‌های آینده همه چیز تحت کنترل باقی بماند.

مک داول گفت: پنج یا ۱۰ سال آینده، ما بین ۲۰ هزار تا ۱۰۰ هزار ماهواره خواهیم داشت و من خوشبین نیستم که در فضایی با تعداد بالای ۱۰۰ هزار ماهواره بتوان با خیال راحت کار کرد.

در آینده چه اتفاقی رخ می‌دهد؟

سوال اینجاست که پس از آن چه اتفاقی می‌افتد؟ آیا صنعت فضایی به سراغ نسخه خودش از تغییرات آب و هوایی می‌رود؟ مک داول می‌گوید: واکنش معمول انسان‌ها به مشکلات زیست‌محیطی، خیلی کم و خیلی دیر است. فکر می‌کنم پس از آن تلاش می‌کنیم در آخرین لحظه کاری انجام دهیم. مک داول آینده‌ای را متصور می‌شود که در این بزرگراه‌های فضایی در نهایت قوانین راهنمایی و رانندگی اجرا می‌شود!

مک داول آینده‌ای را متصور می‌شود که در این بزرگراه‌های فضایی در نهایت قوانین راهنمایی و رانندگی اجرا می‌شود! او گفت: من فکر می‌کنم مقرراتی برای محدود کردن تعداد ماهواره‌هایی که می‌توانید در هر ارتفاع مداری داشته باشید، خواهیم داشت. قوانینی برای جلوگیری از استقرار در مدار‌های بیضوی و وادار کردن همه به قرار گرفتن در مدار‌های دایره‌ای ایجاد می‌شود. ما در حال حاضر شاهد افزایش حمایت از ممنوعیت سلاح‌های ضد ماهواره هستیم.

ممکن است شاهد جریمه‌های واقعی برای رویداد‌های زباله‌ساز باشیم مثلا اگر به اندازه کافی در طراحی موشک بی‌احتیاطی کنید که منجر به برخورد شود، ممکن است به خاطر آن جریمه شوید. این نوع تغییر ممکن است سازندگان مربوطه را متقاعد کند که کمی بیشتر مراقب باشند.

مک داول گفت: طبق معمول، با کمیاب شدن منابع، دولت‌ها کنترل بیشتری بر تخصیص آن منابع خواهند داشت. کارشناسان همچنین از آژانس‌های فضایی می‌خواهند که فناوری خود را برای حذف خطرناک‌ترین قطعات زباله‌های مداری توسعه دهند.