يتجمع الحطام الفضائي في "كويكبات" ويمكن أن يهدد الأرض. كيفية التعامل معها؟

ما هو الحطام الفضائي؟

يشير الحطام الفضائي إلى جميع الأجسام الاصطناعية وملحقاتها

الأجزاء الموجودة في الفضاء والتي تكون معيبة بالفعل ليست كذلكولن تتمكن أبدًا مرة أخرى من خدمة أي أغراض مفيدة، ولكنها تشكل عاملاً خطيرًا يؤثر على أداء المركبات الفضائية، وخاصة تلك المأهولة.

في بعض الحالات ، كبيرة أو تحتوي علىعلى متن الطائرة ، المواد الخطرة (النووية ، السامة ، إلخ) ، يمكن أن تشكل أجسام الحطام الفضائي خطراً مباشراً على الأرض - مع خروجها من المدار غير المنضبط ، والاحتراق غير الكامل عند المرور عبر طبقات كثيفة من الغلاف الجوي للأرض وسقوط الحطام على المستوطنات والمنشآت الصناعية واتصالات النقل.

مشكلة تلوث الفضاء القريب من الأرضنشأ "الحطام الفضائي" كمفهوم نظري بحت بشكل أساسي مباشرة بعد إطلاق أول أقمار صناعية للأرض في أواخر الخمسينيات.

وحصلت على صفة رسمية على المستوى الدولي بعد تقرير الأمين العام للأمم المتحدة بعنوان "تأثير الأنشطة الفضائية على البيئة" في 10 ديسمبر 1993. 

مما تتكون؟

حاليا، في المنطقة المنخفضة القريبة من الأرضمدارات منخفضة (LEO) حتى ارتفاعات حوالي 2000 كيلومتر، هناك، وفقًا لتقديرات مختلفة، حوالي 220 ألف (300 ألف وفقًا لمكتب الأمم المتحدة لشؤون الفضاء الخارجي، أكتوبر 2009) جسم من صنع الإنسان يصل إجمالي كتلته إلى 5000 طن.

على أساس التقديرات الإحصائية ، استنتج أن العدد الإجمالي لهذه الأجسام التي يزيد قطرها عن 1 سم غير مؤكد إلى حد ما ويمكن أن يصل إلى 60-100 ألف.

ولم يكن هناك سوى جزء صغير منهم (حوالي 10%)تم اكتشافها وتتبعها وفهرستها باستخدام الرادار الأرضي والوسائل البصرية. على سبيل المثال، اعتبارًا من عام 2013، احتوى كتالوج القيادة الإستراتيجية الأمريكية على 16600 جسم (معظمها أكبر من 10 سم)، تم إنشاء معظمها من قبل الاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة والصين.

كتالوج روسي ، GIATs ASPOS OKP (TsNIIMash) ،احتوت على 15.8 ألف جسم من الحطام الفضائي في أغسطس 2014 ، وفي المجموع كان هناك أكثر من 17.1 ألف جسم (بما في ذلك الأقمار الصناعية العاملة) في مدارات قريبة من الأرض ، أي تصادم مع أي منها سيؤدي إلى تدمير كامل للمركبة الفضائية.

حوالي 6٪ من الكائنات المراقبة نشطة ؛حوالي 22٪ من الأجسام توقفت عن العمل ؛ 17٪ تم إنفاقها في المراحل العليا والمعززات لمركبات الإطلاق ، وحوالي 55٪ عبارة عن نفايات وعناصر تكنولوجية مرتبطة بعمليات الإطلاق وحطام من الانفجارات والتشظي

وتقع معظم هذه الأجسام في مدارات عالية الميل وتتقاطع مستوياتها، فيبلغ متوسط ​​السرعة النسبية لمرورها المتبادل حوالي 10 كم/ثانية.

بسبب الاحتياطي الهائل للطاقة الحركيةقد يؤدي تصادم أي من هذه الأجسام مع مركبة فضائية نشطة إلى إتلافها أو حتى تعطيلها. مثال على ذلك هو الاصطدام الأول للأقمار الصناعية: Kosmos-2251 و Iridium 33 ، والذي حدث في 10 فبراير 2009 ؛ نتيجة لذلك ، انهار كلا القمرين الصناعيين تمامًا ، مما شكل أكثر من 600 حطام.

أكثر المناطق تلوثًا هي تلك الموجودة في المدارات حول الأرض ، والتي تستخدم غالبًا لتشغيل المركبات الفضائية. هذه هي المدار الأرضي المنخفض ، المدار الثابت بالنسبة للأرض (GSO) والمدارات المتزامنة مع الشمس (SSO).

نموذج حاسوبي لتوزيع الأجسام الفضائية في الفضاء القريب من الأرض وفقًا لوصف ناسا ، 95٪ منها عبارة عن حطام

لماذا الحطام الفضائي خطير؟

الأجسام الكبيرة تقع على مستوى منخفضفي المدارات القريبة من الأرض ، تبطئ تدريجياً وبعد مرور بعض الوقت تدخل الغلاف الجوي. تصل بعض شظاياها إلى سطح الكوكب. تسقط الأجسام الصغيرة من الحطام الفضائي في الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي بشكل شبه يومي ، وأجسام أكبر - عدة مرات في الشهر. وفقًا لنيكولاس جونسون (ناسا) ، تصل شظايا الأقمار الصناعية أو الصواريخ إلى السطح كل عام تقريبًا.

• سقوط الكائن WT1190F

في 13 نوفمبر 2015، أحدشظايا صاروخ شارك سابقًا في البرنامج القمري. دخلت قطعة بحجم 1-2 متر وكثافتها 0.1 جم/سم مكعب الغلاف الجوي في منطقة المحيط الهندي على بعد حوالي 60 كم من ساحل سريلانكا.

وفقا لبعض الآراء ، كان هذا هو الأولحالة مسجلة لحطام فضائي يعود إلى الأرض من مدار إهليلجي مرتفع ، يبلغ ذروته حوالي ضعف المسافة من القمر إلى الأرض. دخل الكائن WT1190F الغلاف الجوي للأرض في 13 نوفمبر ، حيث احترق بأمان.

• كويكب القمامة

وفقا للعلماء، فإن جرم سماوي يتحرك نحو الأرض،من أصل أرضي. لاحظ علماء من وكالة الفضاء الوطنية الأمريكية أن جرم سماوي من أصل اصطناعي سيقترب من الأرض على مسافة تعادل 10% من المسافة بين الأرض والقمر. أصبح هذا معروفًا في أوائل فبراير 2021. 

وكالة الطيران الوطنية الأمريكيةتعرفت على "الكويكب" باعتباره جزءًا من مركبة الإطلاق Centaur التابعة لمهمة Surveyor 2، وأصبح الحطام الفضائي قمرًا صناعيًا لكوكبنا، محاصرًا بالجاذبية. وجد العلماء، بعد إجراء النمذجة، أن شظية الصاروخ ستغادر قريبا مدار الأرض، مما يجعل نهجا وثيقا للغاية.

تجدر الإشارة إلى أن الكويكب الاصطناعي ظل يطير في الفضاء لفترة طويلة ، منذ إطلاق Surveyor 2 في عام 1966. لم يكتشف العلماء بعد ما إذا كان هذا هو الحال بالفعل.

طرق تنظيف وتدمير الحطام الفضائي

تدابير عملية فعالة للتدميرالحطام الفضائي في مدارات تزيد عن 600 كيلومتر (حيث لا يؤثر تأثير الكبح على الغلاف الجوي) لم يتم تطويره بعد على المستوى الحالي للتطور التكنولوجي للبشرية.

كما تم النظر في مشاريع الأقمار الصناعية،تبخير الحطام باستخدام شعاع ليزر قوي أو تغيير مداره باستخدام حزم أيونية، مما يؤدي إلى إبطاء دخول الحطام إلى الغلاف الجوي مع احتراق جزئي أو كامل فيه، أو في حالة الأجهزة الموجودة في المدار الثابت بالنسبة للأرض، دفنه المدار، أو الليزر الأرضي (مكنسة الليزر)، أو جهاز يجمع النفايات لمزيد من المعالجة.

في الوقت نفسه ، إلحاح مهمة ضمانإن سلامة الرحلات الفضائية في ظروف التلوث التكنولوجي للفضاء القريب من الأرض (OKP) وتقليل الخطر على الأجسام على الأرض في حالة الدخول غير المنضبط للأجسام الفضائية إلى الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي وسقوطها على الأرض آخذ في الازدياد بسرعة.

يتطور التعاون الدولي لحل مشكلة "الحطام الفضائي" في المجالات التالية ذات الأولوية:

• الرصد البيئي لـ OKP ، بما في ذلك منطقة المدار الثابت بالنسبة للأرض (GSO): مراقبة "الحطام الفضائي" والحفاظ على قائمة بأجسام "الحطام الفضائي".
• النمذجة الرياضية للفضاءdebris "وإنشاء أنظمة معلومات دولية للتنبؤ بحطام NCP وخطرها على الرحلات الفضائية ، فضلاً عن دعم المعلومات لأحداث نهج خطير لـ SOs ودخولها غير المنضبط إلى الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي.
• تطوير أساليب ووسائل حماية المركبات الفضائية من تأثير الجزيئات عالية السرعة "للحطام الفضائي".
• تطوير وتنفيذ التدابير الرامية إلى الحد من تلوث منطقة النفايات.

البحث عن الحطام الفضائي وتعقبه

هناك العديد من أدوات رصد المدارات القريبة من الأرض من أجل البحث عن الأجسام الموجودة فيها. يمكن تقسيمها إلى رادارية وبصرية.

يمكن أيضًا اكتشاف الأجسام المداريةوظيفة إضافية للأدوات العالمية لاستكشاف الفضاء أو أنظمة الدفاع. هناك عدد من الأدوات المتخصصة.

أنشأ الاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة أدوات قوية لتتبع الفضاء. وهناك أيضًا عدد من الأدوات المتخصصة في أوروبا وبلدان أخرى.

يوجد عدد من البرامج الوطنية لتتبع الأجسام القريبة من الأرض وتخفيف الحطام الفضائي. وأنشئت لجنة التنسيق المشتركة بين الوكالات والمعنية بالحطام الفضائي لتنسيق أنشطتها.

• محرك اليود

قد يساعد ابتكار صغير ولكنه مفيد في تطهير السماء من الحطام الفضائي: فهو يسمح للأقمار الصناعية الصغيرة بالتدمير الذاتي بتكلفة زهيدة وسهولة في نهاية مهمتها.

تستخدم التكنولوجيا وقودًا جديدًا - اليود - فيمحرك كهربائي يتحكم في ارتفاع القمر الصناعي فوق الأرض. اليود أرخص ويستخدم تقنيات أبسط من الوقود التقليدي. على عكس العديد من أنواع وقود الصواريخ التقليدية ، فإن اليود غير سام ويظل صلبًا في درجة حرارة الغرفة وضغطها. هذا يجعل العمل على الأرض أسهل وأرخص.

عند تسخينه ، يتحول إلى غاز دون أن يمرخلال المرحلة السائلة ، مما يجعلها مثالية لنظام دفع بسيط. بالإضافة إلى ذلك ، فهو أكثر كثافة من الوقود التقليدي ، لذا فهو يشغل مساحة أقل على متن القمر الصناعي.

• جامع قمامة سفينة الفضاء

اقترح علماء روس تطهير المدار الأرضي المنخفض للأرض باستخدام مركبة فضائية. هناك وحدات خاصة مع محركات على متنها.

سيتم إرفاق هذه الوحدات بالكائناتالحطام الفضائي ونقله بعيدا. أما بالنسبة للمدار الثابت بالنسبة للأرض، فإن الطريقة المفضلة لإخلاءه هي سحب مركبة فضائية، كما يقول العلماء.

وتتمثل مهمتها في نقل أجسام الحطام الفضائي إلى "مدار التدمير" (بارتفاع 600 كم ، حيث يتم تدمير الأجسام تدريجيًا بسبب الضغط على الغلاف الجوي).

المركبة الفضائية الجمعية المقترحةفريق لتنظيف المدارات القريبة من الأرض، يبلغ طوله 11.5 مترًا، وقطره 3 أمتار، ووزنه يزيد قليلاً عن 4 أطنان. يمكن لمثل هذا المجمع أن يحمل من 8 إلى 12 وحدة مع وجود محركات على متنه.

لتحريك مراحل سفينة الركاب، ستكون هناك حاجة من 50 إلى 70 كجم من الوقود، لنقل مرحلة Zenit-2 التي تزن 9 أطنان - حوالي 350. سيكون الوزن الإجمالي لمثل هذا المجمع في البداية من 8 إلى 12 طن.

يمكن للمسرعات الحديثة استنتاج ذلك بسهولةالبضائع إلى أي مدار يصل إلى 1000 كم. بعد نفاد الوحدات من المجمع ، سينضم إلى المرحلة الأخيرة من المعزز ، وينتقل معه إلى الغلاف الجوي العلوي ويحترق.

• شركة يابانية ناشئة لتنظيف القمامة

تخطط الشركة اليابانية الناشئة لإطلاق أجهزة يمكنها العثور على الحطام الفضائي والقضاء عليه اعتبارًا من مارس 2021 إذا سارت الأمور على ما يرام ، فسيرسلون مهمة كاملة.

أرسلت الشركة اليابانية الناشئة Astroscale مركبتها الفضائية ELSA-d إلى قاعدة بايكونور الفضائية في كازاخستان. وهناك، سيقوم المهندسون بدمجه مع صاروخ سويوز، المقرر إطلاقه في مارس 2021.

وأشارت الشركة إلى أن هذه هي الرحلة الأكثر أهمية بالنسبة لـلهم ، لأن هذا هو العرض الأول لتقنية الشركة للحد من الحطام ، وهي قضية حاسمة في استدامة الأنشطة الفضائية.

سيعرض الجهاز الصغير الحجم التقنيات الرئيسية: الاستهداف، والذي سيساعد في تحديد موقع الحطام باستخدام مستشعر استهداف يعتمد على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

سيتم استخدام هذه البيانات من قبل ما يسمى بالقمر الصناعي "الخدمة" ، والذي يمكنه اعتراض قطعة من الحطام الفضائي.

قراءة المزيد

انظر إلى صورة 8 تريليون بكسل للمريخ

طور العلماء بديلًا لنظرية النسبية. ما هو جوهر "نظرية كل شيء"؟

الإجهاض والعلم: ماذا سيحدث للأطفال الذين سينجبون