يعد تنظيف الفضاء القريب أكثر صعوبة مما تراه العين
تشكل مشكلة تلوث الفضاء مصدر قلق للمجتمع الفضائي بأكمله. أثارت مثل هذه التطورات الافتراضية في المدار الأرضي المنخفض ، مثل متلازمة كيسلر ، التي تتنبأ بتشكيل حطام فضائي خارج نطاق السيطرة ، حتى وسائل الإعلام الشعبية. من الواضح أن هناك حاجة لإجراء بحث أساسي لفهم الخطر المحفوف حتى بقطعة صغيرة ، ولحساب المبلغ الذي نرغب في دفعه لتنظيف الفضاء الخارجي.
اليوم ، يدرك السياسيون والعلماء والفنيون وعامة الناس بشدة انتشار الحطام الفضائي. بفضل العمل الأساسي لـ JK. Liouville و Nicholas Johnson ، المنشور في عام 2006 ، نحن نفهم أن معدل الحطام من المرجح أن يستمر في الارتفاع في المستقبل ، حتى لو توقفت جميع عمليات الإطلاق. سبب هذا النمو المستدام هو الاصطدامات التي من المتوقع أن تحدث بين الأقمار الصناعية ومراحل الصواريخ الموجودة بالفعل في المدار. هذا مصدر قلق كبير للعديد من مشغلي الأقمار الصناعية ، الذين يضطرون إلى اتخاذ التدابير المناسبة لحماية أصولهم.
يعتقد بعض الخبراء أن هذه الحوادث ستكون مجرد بداية لسلسلة من الاصطدامات التي ستجعل من المستحيل تقريبًا الوصول إلى مدار أرضي منخفض. هذه الظاهرة ، التي تم وصفها لأول مرة بالتفصيل من قبل مستشار ناسا دونالد كيسلر ، يشار إليها عادة باسم متلازمة كيسلر. لكن من المرجح أن يكون الواقع مختلفًا تمامًا عن التنبؤات أو الأحداث المماثلة التي تظهر في الفيلم الروائي "Gravity". في الواقع ، أشارت النتائج المقدمة إلى لجنة التنسيق المشتركة بين الوكالات والمعنية بالحطام الفضائي (IADC) في المؤتمر الأوروبي السادس حول هذا الموضوع إلى زيادة متوقعة في الحطام بنسبة 30 في المائة فقط على مدى 200 عام مع عمليات الإطلاق المستمرة.
ستستمر التصادمات في الحدوث ، لكن الواقع سيكون بعيدًا عن السيناريو الكارثي الذي يخشاه البعض. يمكن تقليل النمو في كمية الحطام الفضائي إلى مستوى متواضع جدًا. يهدف اقتراح اليادك إلى نشر المبادئ التوجيهية لتخفيف الحطام الفضائي على نطاق واسع والالتزام الصارم بها ، لا سيما فيما يتعلق بتحييد مصادر الطاقة ، والتي ينبغي تطويرها بالكامل بحلول نهاية الرحلة والتخلص منها بعد انتهاء الرحلة. ومع ذلك ، من وجهة نظر اليادك ، فإن الزيادة المتوقعة في كمية النفايات ، على الرغم من الجهود المستمرة ، لا تزال تتطلب إدخال تدابير إضافية لمكافحة عوامل الخطر الحالية.
لا تقدم؟
ولوحظ اهتمام كبير باستصلاح البيئة الفضائية بعد تسع سنوات من نشر أعمال ليوفيل وجونسون. على وجه الخصوص ، تم اتخاذ خطوات في جميع أنحاء العالم لتطوير طرق لإزالة الأجسام من مدار أرضي منخفض. وكالة الفضاء الأوروبية ، على سبيل المثال ، أعلنت مؤخرًا عزمها على تأمين الدعم الحكومي لإطلاق مركبة فضائية أوروبية في العقد المقبل.أجرت الوكالة العديد من الدراسات لتحديد طرق منطقية وموثوقة لتحقيق الهدف. كان العنصر الأساسي في التخطيط هو النماذج الحاسوبية لحيز الحطام ، والتي أظهرت أنه يمكن منع نمو الحطام عن طريق إزالة مركبات فضائية معينة أو مراحل الصواريخ. في عمليات المحاكاة الحاسوبية ، يتم تحديد هذه الأجسام على أنها الأكثر عرضة للتصادمات ، لذلك بعد إزالتها من المدار ، يجب أن ينخفض عدد التصادمات بشكل حاد ، مما يمنع ظهور حطام جديد نتيجة تناثر الحطام.
لقد مرت ما يقرب من عشر سنوات على نشر أعمال ليوفيل وجونسون ، ومن المدهش أنه على المستوى الدولي أو الوطني لا توجد مبادئ منهجية تحدد بوضوح التدابير اللازمة للقضاء على عواقب تلوث الفضاء القريب من الأرض. يبدو أن هناك بعض اللامبالاة بشأن تطوير إجراء للتخلص من الحطام ، على الرغم من الدعوات للعمل. ولكن هل هو حقا كذلك؟
في الواقع ، الوضع ليس بهذه البساطة كما يبدو. فيما يتعلق بإجراء إزالة الحطام الفضائي ، هناك بعض الأسئلة الأساسية التي لا تزال بحاجة إلى إجابة. ومما يثير القلق بشكل خاص القضايا المتعلقة بالملكية والمساءلة والشفافية. على سبيل المثال ، يمكن أيضًا استخدام العديد من التقنيات المعروضة لإزالة الحطام لإزالة أو تعطيل مركبة فضائية نشطة. لذلك ، يمكن للمرء أن يتوقع اتهامات بأن هذه التقنيات هي أسلحة. هناك أيضًا أسئلة تتعلق بتكلفة برنامج ثابت للتخلص من القمامة. قدر بعض الفنيين ذلك بعشرات تريليونات الدولارات.
ومع ذلك ، ربما يكمن أهم سبب لعدم وجود مبادئ منهجية مناسبة في حقيقة أننا لا نعرف حتى الآن كيفية تنفيذ الاستصلاح ، والذي نعني به عمليًا تنقية الفضاء الخارجي. لكن هذا لا يعني أننا لا نعرف التقنيات التي نحتاجها.
تم بالفعل تطوير خوارزميات للاستخدام لمرة واحدة عمليًا. تنشأ المشكلة الحقيقية من مهمة تبدو بسيطة: تحديد الحطام "الصحيح" الذي يجب إزالته من المدار. وحتى نتمكن من حل هذه المشكلة ، يبدو أننا لن نتمكن من استعادة الفضاء.
لعب الحطام
لإدراك الطبيعة الإشكالية لحل مثل هذه المهمة التي تبدو بسيطة مثل تحديد القمامة المراد إزالتها ، نستخدم تشبيهًا بلعبة مع مجموعة من 52 ورقة لعب عادية. في هذا القياس ، تمثل كل خريطة كائنًا في الفضاء الخارجي قد نرغب في إزالته لمنع الاصطدام. بعد توزيع البطاقات ، نضع كل بطاقة على حدة مقلوبة على الطاولة. هدفنا الآن هو محاولة تحديد الآس وإزالتها من الجدول ، لأن هذه البطاقات تمثل الأقمار الصناعية أو غيرها من الأجسام الكبيرة من الحطام الفضائي التي قد تصبح مشاركًا في الاصطدام في وقت ما في المستقبل. يمكننا إزالة أي عدد نريده من البطاقات من الجدول ، ولكن عندما نزيل بطاقة واحدة ، يتعين علينا دفع 10 دولارات. بالإضافة إلى ذلك ، عندما نبتعد ، ليس لدينا الحق في النظر إلى الخريطة (إذا تمت إزالة قمر صناعي من المدار ، فلا يمكننا أن نقول على وجه اليقين ما الذي يمكن أن يصبح مشاركًا في التصادم). أخيرًا ، يتعين علينا دفع 100 دولار عن كل آس يبقى على الطاولة ، وهو ما يمثل الخسائر المحتملة الناتجة عن الاصطدامات التي تشمل أقمارنا الصناعية (في الواقع ، يمكن أن تتراوح تكلفة استبدال القمر الصناعي من 100000 دولار إلى 2 مليار دولار).
حسنًا ، كيف يمكننا حل هذه المشكلة؟ على الجانب الآخر ، جميع البطاقات متشابهة ، لذا لا توجد طريقة لمعرفة مكان الأصوص ، والطريقة الوحيدة للتأكد من أننا قد قمنا بمسح جميع الأوراق هي مسح جميع البطاقات من على الطاولة. في مثالنا ، سيكلف هذا بحد أقصى 520 دولارًا.في الفضاء الخارجي ، نواجه نفس المشكلة: لا نعرف بالضبط أي الأجسام قد تكون متورطة في الاصطدامات ، لكن إزالتها كلها مكلفة للغاية ، لذلك علينا الاختيار. لنفترض أننا اتخذنا خيارًا: لإزالة بطاقة واحدة بقيمة 10 دولارات ، ما هو احتمال إزالة الآس؟ حسنًا ، احتمال أن تكون البطاقة آسًا هو أربعة قابلة للقسمة على 52 ، أي تقريبًا 0 أو 08 أو 8 بالمائة. وبالتالي ، فإن احتمال أن البطاقة ليست آسًا هو 92 بالمائة. هذا هو احتمال أن نكون قد أهدرنا 10 دولارات.
ماذا يحدث إذا أخذنا بطاقة ثانية هذه المرة (والتي ستكلفنا 10 دولارات أخرى)؟ يعتمد احتمال أن تكون البطاقة الثانية آسًا على ما إذا كانت البطاقة الأولى آصًا. إذا كانت هذه هي الحالة ، فإن احتمال أن تكون البطاقة الثانية أيضًا عبارة عن آس هو ثلاثة مقسومًا على 51 (لأنه لا يوجد الآن سوى ثلاثة آص في المجموعة ، والتي انخفضت بمقدار بطاقة واحدة). إذا لم تكن البطاقة الأولى آسًا ، فإن احتمال أن تكون البطاقة الثانية عبارة عن آس هو أربعة مقسومًا على 51 (لأنه لا يزال هناك أربعة آص في المجموعة المتناقصة).
يمكننا استخدام هذه الطريقة لتحديد احتمالية إزالة كلتا الأصوص - نقوم ببساطة بضرب الاحتمالات للعثور على الإجابة: 4/52 في 3/51 ، مما يعطينا احتمال 0.0045 أو 0.45 بالمائة بقيمة 20 دولارًا لكل بطاقتين إزالة. ليس مشجعا جدا.
ومع ذلك ، يمكننا أيضًا تحديد احتمال إزالة واحد على الأقل من الآس. بعد سحب بطاقتين ، هناك فرصة بنسبة 15٪ أننا نجحنا في إزالة واحدة على الأقل من ارسالا ساحقا. هذا يبدو واعدًا أكثر ، لكن الاحتمالات ليست جيدة جدًا الآن أيضًا.
اتضح أنه من أجل زيادة فرص سحب واحدة على الأقل من ارسالا ساحقا ، نحتاج إلى إزالة أكثر من تسعة بطاقات (بقيمة 90 دولارًا) أو أكثر من 22 بطاقة (بقيمة 220 دولارًا) إذا أردنا أن نكون متأكدين بنسبة 90 بالمائة أننا قد أزلنا واحدة من ارسالا ساحقا. حتى لو نجحنا ، لا تزال هناك ثلاث أوراق إرسال على الطاولة ، لذلك لا يزال يتعين علينا دفع 520 دولارًا أمريكيًا بالمصادفة ، وهو نفس المبلغ الذي كان علينا دفعه إذا اخترنا الخيار مع الإزالة. جميع البطاقات.
انتهت الألعاب
بالعودة من تشبيهنا إلى بيئة الفضاء الحقيقية ، يبدو أن الوضع أكثر إثارة للقلق. حاليًا ، يتم تعقب ما يقرب من 20000 كائن في المدار باستخدام شبكة الولايات المتحدة لمحطات المراقبة الفضائية ، مع حوالي ستة بالمائة منها عبارة عن أجسام تزن أكثر من طن واحد ، والتي قد تشارك افتراضيًا في تصادم والتي قد نرغب في إزالتها. … في تشبيه البطاقة ، مشكلتنا هي أن "الجزء الخلفي" من جميع البطاقات هو نفسه واحتمال أن يكون أحدهما هو الآس البستوني هو نفسه احتمال أن يكون الآخر هو الآس أيضًا. لا توجد طريقة للتعرف على البطاقات التي تريدها وإزالتها من الجدول. في الواقع ، فرصنا في تجنب الاصطدام أعلى بكثير مما هي عليه في لعبة الورق ، لأنه في المدار يمكننا أن نرى احتمالية تورط بعض الأجسام في الاصطدامات ويمكننا تركيز انتباهنا عليها. على سبيل المثال ، الأجسام الموجودة في مدارات مكتظة بالسكان مثل التزامن الشمسي على ارتفاعات تتراوح بين 600 و 900 كيلومتر من المرجح أن تكون متورطة في الاصطدامات بسبب الازدحام في هذه المنطقة. إذا ركزنا انتباهنا على كائنات مماثلة (وأخرى على مدارات مزدحمة مماثلة) وأخذنا في الاعتبار التنبؤات باحتمالية اصطدامها ، فقد اتضح أنه يجب علينا إزالة حوالي 50 كائنًا لتقليل العدد المتوقع من الاصطدامات الكارثية من خلال وحدة واحدة فقط ، والتي تتبع نتائج البحث التي أجراها أعضاء وكالة الفضاء IADC.
وقد اتضح أنه حتى لو كان بالإمكان إزالة العديد من الأجسام بواسطة مركبة فضائية واحدة (ويبدو أن خمسة أهداف تبدو بديلاً متعدد الاستخدامات) ، يجب القيام برحلات متعددة - غالبًا ما تكون صعبة وطموحة - فقط لمنع اصطدام واحد.
لماذا لا نستطيع التنبؤ بدقة باحتمالية الاصطدام وإزالة تلك الأشياء التي نعرف بالتأكيد أنها ستكون خطيرة؟ هناك العديد من المعلمات التي يمكن أن تؤثر على مسار القمر الصناعي ، بما في ذلك اتجاه القمر الصناعي ، سواء كانت حركة غير منتظمة أو طقس فضائي (والذي يمكن أن يؤثر على السحب الذي تتعرض له الأقمار الصناعية). حتى الأخطاء الصغيرة في القيم الأولية يمكن أن تؤدي إلى اختلافات كبيرة في نتائج حساب موقع القمر الصناعي مقارنة بالواقع ، وبعد فترة قصيرة نسبيًا. في الواقع ، نحن نستخدم نفس الأسلوب الذي يستخدمه المتنبئون: نستخدم النماذج لتوليد احتمالية نتائج محددة ، ولكن ليس حقيقة أن هذه النتائج سيتم الحصول عليها في أي وقت.
وبالتالي ، لدينا تقنيات يمكن استخدامها من حين لآخر لإزالة الحطام الفضائي. هذا هو الموقف الذي اتخذته وكالة الفضاء الأوروبية في مهمتها المخططة e. Deorbit ، ولكن لا تزال هناك مشاكل تحتاج إلى حل من أجل تحديد أنسب الأجسام للإزالة. يجب معالجة هذه المشاكل قبل إتاحة المبادئ التوجيهية والمبادئ المنهجية اللازمة للمهتمين بإعداد برنامج طويل الأمد لإزالة الحطام الفضائي ، وهو أمر ضروري من أجل المعالجة البيئية الفعالة.
تعتبر المبادئ المنهجية من حيث مواقع محددة وأعدادها ومتطلباتها وقيودها ضرورية لزيادة احتمالية أن تكون الجهود المبذولة لإصلاح البيئة فعالة وجديرة بالاهتمام. لتطوير مثل هذه المبادئ المنهجية ، يجب أن نعيد النظر في توقعاتنا غير المعقولة لنتائج إيجابية.
