پسماندهای فضایی

خلاصه مقاله:

از سال 1957 زمانی که اتحاد جماهیر شوروی موفق شد ماهواره اسپوتنیک1 را در مدار قرار دهد، آلودگی فضا به دست بشر آغاز شد. این آلودگی، عمدتاً مربوط به قطعات رها شده در فضا، انفجارات خواسته یا ناخواسته و محموله‌های غیرقابل استفاده است. سطح فناوری پرتاب ماهواره‌ها در آغاز عصر فضا و عدم شناخت دقیق مهندسان و متخصصان نسبت به مخاطرات پسماندهای فضایی، باعث شد که در سال‌های اوج این فعالیت‌ها حجم قابل توجه‌ای پسماند در مدارهای گوناگون زمین رها شود. چند سالی که از عصر فضا گذشت کم‌کم خطرات ناشی از پسماندهای فضایی، خود را به اشکال مخاطره‌آمیزی نشان دادند. در بررسی محموله‌هایی که به زمین باز ‌می‌گشتند، نشانه‌هایی از برخوردهای کوچک و بزرگی دیده می‌شد که پاره‌ای از آنها بسیار خطرناک به نظر می‌رسیدند. پس از آغاز راهپیمایی‌های فضایی، خطرات ناشی از برخورد پسماندهای بسیار کوچکی که می‌توانست به راحتی پوشش نازک و حساس لباس فضانوردان را پاره کند، معضل دیگری بود که آژانس‌های فضایی را به تحقیق و تفکر بیشتری وا‌داشت. این موضوع در سال 1991، زمانی که دستکش یکی از فضانوردان شاتل فضایی آتلانتیس هنگام پیاده‌نوردی فضایی و در اثر برخورد پسماند بسیار کوچکی پاره شد، اهمیت ویژه‌ای یافت.

فهرست:   1 ماهیت پسماندهای فضایی   2 اهمیت موضوع پسماندهای فضایی   3 جمعیت و منابع تولید   4 فرسایش و فرو‌افتادن   5 کمیته مشارکت پسماندهای فضایی   6 مشاهده و اندازه‌گیری   7 محیط و پایگاه داده‌ها   8 برخورد و محافظت   9 کاهش جمعیت و تخفیف اثر

---

ماهیت پسماندهای فضایی فضای اطراف زمین را اجرام سماوی و غیرسماوی، پلاسما، امواج الکترومغناطیسی و یون‌ها در بر‌گرفته است. ملموس‌ترین و فیزیکی‌ترین پدیده‌ای که در اطراف زمین مشاهده می‌شود، مدارگردها هستند. در تعریف، مدارگردها اجسامی هستند با وزن، ابعاد و شکل ظاهری متفاوت که با تبعیت از قوانین سه‌گانه کپلری به دور اجرام عظیم سماوی می‌چرخند.   مدارگردهای اطراف زمین را می‌توان به دو گروه مدارگردهای سماوی مانند ماه، سنگ‌های آسمانی و غبارهای بین‌سیاره‌ای و مدارگردهای دست ساز مانند ماهواره‌ها، ایستگاه‌ها و پسماندهای فضایی تقسیم کرد. مدارگردهای غیر سماوی را می‌توان در دو گروه اجرام قابل استفاده نظیر ماهواره‌ها و اجرام غیرقابل استفاده نظیر مراحل پایانی راکت‌های حامل و یا ماهواره‌های از کار افتاده تقسیم‌بندی نمود. پسماندهای فضایی به این گروه از مدارگردهای ساخته دست بشر که غیر قابل استفاده بوده و یا عمر مفیدشان به پایان رسیده باشد، گفته می‌شوند. تخمین زده می‌شود که در حال حاضر حدود 330 میلیون قطعه پسماند با ابعاد مختلف از قطر یک میلیمتر تا ماهواره‌های از کار افتاده چند صد کیلوگرمی در مدارهای مختلف زمین سرگردان باشند.   اکثر پسماندهای فضایی در دو منطقه عمده اطراف زمین انباشته شده‌اند. منطقه لئو یا محدوده کم‌ارتفاع مداری، اولین منطقه آلوده فضا شمرده می‌شود. این منطقه که از ارتفاع 200 کیلومتری سطح زمین آغاز شده و تا حدود 2000 کیلومتری ادامه پیدا می‌کند میزبان بیشترین تعداد  ماهواره‌های هواشناسی و نظامی است. منطقه دوم، ناحیه کم ضخامت مدار زمین‌آهنگ یا ژئو در ارتفاع حدود 36000 کیلومتری زمین است که تقریبا تمامی ماهواره‌های مخابراتی و تلویزیونی در این ناحیه واقع شده‌اند.   شناخت این دو منطقه احتیاج به روش‌های متفاوتی دارد. برای مثال، مطالعه اثر بازدارندگی جو و یا ناهمگونی شتاب جاذبه زمین که در مدارهای لئو بسیار حیاتی است، در مدارهای ژئو اهمیت چندانی ندارد؛ اما در مقابل، مطالعه اثر جاذبه خورشید و ماه برای مدارگردهای منطقه ژئو مهم است.     شکل 1- پراکندگی جمعیت پسماندها در اطراف زمین     اهمیت موضوع پسماندهای فضایی مهم‌ترین دلیل مطالعه پسماندهای فضایی، خطراتی است که وجود این پسماندها برای ماموریت‌های فضایی به وجود می‌آورند. سرعت مورد نیاز برای قرار دادن جسمی در مدار زمین‌آهنگ به ارتفاع 36000 کیلومتر از سطح زمین، حدود 3 کیلومتر بر ثانیه است. این سرعت با کاهش ارتفاع افزایش می‌یابد تا جایی‌که سرعت لازم برای تزریق مدارگردی در مدار 200 کیلومتری از سطح زمین به حدود 8 کیلومتر بر ثانیه می‌رسد.   برخورد حتی کوچک‌ترین شئ با سرعت‌های اشاره شده می‌تواند برای پروازهای سرنشین‌دار یا بی‌سرنشین تهدیدی جدی به‌حساب آید. به عبارتی، خطر اصلی پسماندهای فضایی مربوط به انرژی جنبشی بسیار زیاد آنها است که در اثر یک تصادم، رها شده و باعث ایجاد خسارت زیادی خواهد شد. برخورد ریزترین پسماند با سطح نازک و به شدت حساس لباس فضانوردانی که برای انجام مأموریت‌های فضایی، مجبور به راه‌پیمایی در اطراف سفینه خود می‌شوند، می‌تواند خطرات عمده‌ای برای آنها در‌بر‌داشته باشد. پسماندی به قطر فقط نیم میلیمتر قادر به سوراخ کردن لباس فضایی و خراشیدن پوست بدن فضانوردان خواهد شد. پسماندهای بزرگ‌تر، حتماً خطرات بیشتری برای آنها خواهد داشت.   وضعیت ماهواره‌ها، علی‌رغم داشتن پوشش‌های مقاوم‌تر، بهتر نیست. برخورد یک پسماند فضایی کوچک با یک ماهواره و یا ایستگاه فضایی فعال می‌تواند باعث از کار افتادن آنها شود و حتی در صورت بزرگ‌تر بودن پسماند، سبب متلاشی شدن ماهواره نیز خواهد شد. به عنوان مثال اگر پسماندی با قطر حدود 1 سانتی‌متر با سرعتی معادل 8 کیلومتر بر ثانیه، که برای مدارهای کم‌ارتفاع سرعت محتملی است، به ماهواره‌ای برخورد کند، انرژی‌ای معادل یک نارنجک دستی آزاد خواهد کرد. متاسفانه چنین پسماندهای بسیار کوچکی قابل مشاهده، رهگیری و فهرست‌برداری نیستند و به‌طبع، نمی‌توان مسیر آنها را حدس زد و از آنها دوری نمود. روی همین اصل گسترش تحقیقات برای بهبود طراحی، فرایند ساخت و استفاده از مواد جدید و ترکیبی در دستور کار تمامی دفاتر طراحی فضایی قرار دارد.   شکل 2- این تصویر نمونه‌ای از برخورد پسماندهای فضایی با صفحه خورشیدی تلسکوپ هابل را نشان می‌دهد.     موضوع برخورد و تصادم با پسماندها خطرپذیری اقتصادی استفاده از فضا را به شدت افزایش داده و ادامه تحقیقات فضایی و سفرهای اکتشافی را با بن‌بست مواجه خواهد کرد. به همین دلیل برای آژانس‌های فضایی و صاحبان ماهواره‌های تجاری، علمی و نظامی بسیار مهم است که اطلاعات دقیق و جامعی از جمعیت، مشخصات و موقعیت پسماندها داشته باشند.   جمعیت و منابع تولید از آغاز عصر فضا تا زمان حاضر، میزان پسماندهای فضایی ناشی از فعالیت‌های بشری برای کشف و استفاده تجاری، علمی و نظامی از فضا حدود 9000 قطعه فهرست شده است. پسماندهایی که در حال حاضر و به دلیل محدودیت‌های ابزاری، می‌توان فهرست کرد، پسماندهایی با قطر بیش از 10 سانتیمتر در محدوده کم‌ارتفاع مداری و با قطر بیش از یک متر در محدوده‌های مرتفع نظیر مدارهای زمین‌آهنگ هستند. طبق برآوردهای آماری تعداد کل پسماندها بسیار بیشتر از این رقم است. حدس زده می‌شود که تاکنون حدود 330 میلیون قطعه پسماند با قطری بیش از یک میلیمتر در فضا رها شده باشند. منابع عمده آلوده‌کننده فضا را می‌توان در 6 دسته مهم جا داد که عبارتند از:   اشیای به‌جا مانده از مأموریت‌های فضایی؛ شناخته‌شده‌ترین پسماندها را ماهواره‌های از کار افتاده، اشیای به‌جا مانده از ماموریت‌های فضایی و قطعات پخش شده از تعداد بی‌شماری انفجار تشکیل می‌دهد. اشیای به جا مانده از ماموریت‌های فضایی شامل کابل‌ها، فنرها، پیچها و محافظ‌هایی است که طی انجام مراحلی از ماموریت، مانند جدایش بلوک‌ها و شروع به کار حسگرها، دوربین‌ها و یا موتورها در فضا رها شده‌اند. در ضمن تخمین زده می‌شود که حدود 40% پسماندهایی از این قبیل در اثر انفجارات خواسته و یا ناخواسته در فضا تولید شده باشند.   تصادم‌های فضایی؛ تصادم‌های فضایی نیز اگرچه به ندرت رخ می‌دهند، اما به دلیل عدم کنترل بر آنها، بسیار مهم هستند. اهمیت تصادم بین مدارگردها از دو جنبه قابل بررسی است. اهمیت اول مربوط به دسته‌ای از تصادم‌ها است که حداقل یکی از طرف‌های برخورد، مدارگرد فعالی مانند یک ماهواره باشد. این نوع تصادم‌ها به دلیل صدماتی که می‌تواند منجر به از کار افتادن مدارگردهای فعال و یا شکست مأموریت‌های فضایی شود، مهم هستند. اهمیت دوم تصادم‌های فضایی مربوط به بحث جاری یعنی تولید پسماندهای فضایی است. هنگامی‌که دو مدارگرد با هم برخورد می‌کنند، به احتمال قوی قطعات و یا تکه‌هایی از آنها جدا شده و با توجه به میزان و نوع ضربه ناشی از برخورد، مسیر مستقلی را در پیش می‌گیرند. به این ترتیب هر چند مجموع جرم پسماندها تغییری نمی‌کند اما جمعیت آنها افزایش می‌یابد. با افزایش تعداد پسماندهای فضایی در اطراف زمین، می‌بایست منتظر افزایش تعداد چنین تصادفاتی باشیم. هم‌اکنون روزانه صدها گذر نزدیک بین مدارگردهای فهرست شده اتفاق می‌افتد.   آلیاژ نَک؛ بخش بسیار اندکی از پسماندهای فضایی را قطرات فلز مایعی تشکیل می‌دهد که شامل آلیاژی از دو فلز قلیایی سدیم و پتاسیم است. از این آلیاژ ویژه که نَک نامیده می‌شود، به عنوان مایع خنک‌کننده در رآکتورهای اتمی واقع در مدار استفاده می‌شده است. نشت این آلیاژ فقط در محدوده سال‌های 1980 تا 1988 اتفاق افتاد و قطرات نشت‌شده قطری بین 100 میکرومتر تا 5 سانتیمتر داشته‌اند.   خاکستر موتورهای سوخت جامد؛ قسمت دیگری از پسماندهای فضایی به دلیل عملکرد موتورهای سوخت جامد تولید شده‌اند. معمولا برای بهبود عملکرد این‌گونه موتورها، کاهش ناپایداری اکسیداسیون و افزایش نیروی پیشران، در هنگام تولید سوخت حدود 18% ذرات ریز اکسیدآلومینیوم نیز به مخلوط سوخت اضافه می‌شود. هنگامی‌که موتورهای سوخت جامد روشن است، این مواد به شکل خاکستر و به قطر 50 میکرومتر تا 3 سانتیمتر از دهانه موتور خارج شده و در مدار باقی می‌مانند.   ذرات بسیار ریز؛ افزون بر غبار ریز ذرات آلومینیوم، دو گونه پسماندهای فضایی ریزتری نیز وجود دارند. گونه اول، اجکتا نام دارد که در اثر برخورد پسماندهای کوچک با سطح سایر اجرام مداری به وجود می‌آید. گونه دوم، شامل ذرات و غبار رنگ یا سایر پوشش‌های مدارگردها نظیر عایق‌های حرارتی است که در اثر خوردگی و یا مجاورت با اکسیژن و تابش مستقیم خورشید، از سطح اصلی کنده شده و در فضا رها می‌شوند.   سیم‌های مسی وست فورد نیدلز؛ آخرین گروه پسماندها، خوشه‌ای از سیم‌های مسی کوتاه و بلند است که در مدار 3600 کیلومتری زمین در حال حرکت هستند. این خوشه حاصل دو آزمایش در قالب پروژه‌ای تحت عنوان "وست فورد نیدلز" مربوط به اوایل دهه 1960 است که به منظور استفاده از فضا برای امور مخابراتی شکل گرفته بود. هدف از پروژه این بود که با ایجاد یک حلقه مسی در اطراف زمین، سطح مناسبی برای بازتاب امواج الکترومغناطیس به وجود آید. طی این عملیات، تعداد 480 میلیون دوقطبی مسی در دو مرحله در مدار زمین قرار گرفتند.   اهمیت هر یک از موارد فوق، به درصد آلودگی آنها مربوط می‌شود. روشن است که کنترل و مطالعه روی منابع آلوده‌کننده‌ای که درصد کمی از آلودگی کلی را به خود اختصاص می‌دهند، در اولویت نخواهد بود. نمودار (1) سهم جمعیت هر گروه از منابع آلوده کننده فضا را به تفکیک نشان می‌دهد. ملاحظه می‌شود که مدارگردهای فعال و مفیدی که هم‌اکنون مشغول ارایه خدمت هستند، فقط حدود 6% از کل جمعیت مدارگردهای دست‌ساز را به خود اختصاص می‌دهند. نمودار (2) نیز سهم جرم مدارگردهای مختلف را از آغاز عصر فضا تا به امروز نشان می‌دهد. ملاحظه می‌شود که پسماندهای ناشی از فروپاشی هرچند سهم عمده‌ای از جمعیت پسماندهای فضایی را شامل می‌شوند اما سهم اندکی از جرم آنها را دربر می‌گیرند.     نمودار 1- سهم جمعیت مدارگردهای دست‌ساز     نمودار2- نمودار تفکیکی تغییر جرم مدارگردها بر حسب سال       فرسایش و فرو‌افتادن فرسایش و فرو‌افتادن پسماندهای فضایی که عمدتاً ناشی از اثرات بازدارنده اتمسفر است، روش طبیعی کاهش پسماندها هستند. پسماندی که در مدارهای کم‌ارتفاع به دور زمین می‌چرخد، در اثر اغتشاشات ناشی از اتمسفر به طور مداوم انرژی جنبشی خود را از دست می‌دهد و در نتیجه ارتفاع مداری آن کاهش می‌یابد. چنین پسماندی افزون بر مقابله با نیروی بزرگ بازدارنده اتمسفر، به دلیل سرعت زیادی که دارد، آرام آرام داغ شده و می‌سوزد. اگر پسماند کوچک باشد، در اثر فرسایش کاملا سوخته و قبل از برخورد با سطح زمین از بین می‌رود. ولی اگر پسماند بزرگ باشد، بخش باقی‌مانده آن به زمین برخورد خواهد کرد. موضوع برخورد با زمین از دو جهت قابل تامل است: اول، مکان و زمان برخورد و دوم، پسماندی که به زمین برخورد خواهد کرد. موضوع اول زمانی اهمیت می‌یابد که پسماند در شهرها، مراکز پرجمعیت و یا مجتمع‌های صنعتی حساس و ارزشمندی مانند پالایشگاه‌ها، سدها و یا نیروگاه‌های اتمی سقوط کند و اما اهمیت موضوع دوم زمانی آشکار می‌شود که پسماندهای خطرناکی مانند راکتورهای اتمی سفینه‌های فضایی و یا مخازن مملو از سوخت و مواد شیمیایی خطرناک در لیست فروافتادن قرار می‌گیرند. شکل (3) نمونه‌ای از یک پسماند فضایی فروافتاده را نشان می‌دهد.   سه راه طبیعی برای فرسایش یا فروافتادن پسماندها می‌شناسیم که هر کدام از آنها به گونه‌ای با اثرات بازدارنده جو زمین در ارتباط هستند:   تغییر چگالی جو؛ این موضوع، در مورد پسماندهایی که در جو بسیار رقیق یا اندکی بالاتر از آن به دور زمین می‌چرخند، اهمیت دارد. چگالی اتمسفر در ارتفاع مشخصی از سطح زمین و در طول زمان، همواره ثابت نیست و به شدت به فعالیت‌های دوره‌ای خورشید که بازه‌ای یازده ساله دارد، وابسته است. در اوج فعالیت‌های خورشیدی که تابش اشعه‌های ماوراءبنفش و گاما به شدت افزایش می‌یابد، لایه‌های مختلف اتمسفر زمین به تناسب انرژی بیشتری دریافت کرده و افزایش حجم می‌دهند. این امر باعث می‌شود چگالی اتمسفر در لایه‌های فوقانی به شدت افزایش یابد. افزایش چگالی اتمسفر در لایه‌های فوقانی باعث افزایش میزان فرسایش و نیروی بازدارندگی خواهد شد که این موضوع باعث می‌شود روند فرسایش و سقوط پسماندهای این منطقه در اوج فعالیت‌های خورشیدی شتاب بیشتری گیرد.   مدارهای بیضی شکل بسیار کشیده؛ دومین عامل فرسایش یا فروافتادن پسماندها مربوط است به دسته‌ای از آنها که در مدارهایی با تفاوت فاحش در ارتفاع نقاط اوج و حضیض می‌چرخند و یا به عبارتی دیگر شکل مداری آنها بیضی بسیار کشیده است. اثر نیروهای جاذبه ماه و خورشید مخصوصا در حالت‌های خاصی نظیر مقارنه باعث اختلالات کوچکی در مدارهای این دسته از پسماندها می‌شود. از آنجا‌که در این مدارها نقطه حضیض بسیار نزدیک به محدوده جو غلیظ است، کمترین اختلال در مدار امکان فرو رفتن مدارگرد در جو غلیظ زمین را به شدت افزایش می‌دهد. هر بار که مدارگرد در مسیر خود از لایه‌های غلیظ جو عبور می‌کند، بخشی از انرژی مداری خود را از دست داده و در نتیجه، ارتفاع مدار آن پایین‌تر آمده و فرایند فرسایش یا سقوط، سرعت بیشتری می‌گیرد.   فشار تابشی خورشید؛ آخرین عامل که اهمیت کمتری نیز دارد نیروی ناشی از فشار تابشی خورشید است. اثر این نیرو بر مدارگردهای بزرگ و سنگینی نظیر ماهواره‌ها به قدری اندک است که می‌توان آن را فراموش نمود. اما همین نیروی اندک روی پسماندهایی که نسبت سطح به جرم بزرگی دارند، تاثیر قابل ملاحظه‌ای دارد که نمی‌توان از آن صرفنظر کرد. این منبع انرژی به عنوان روش طبیعی دفع و فرسایش ذرات و غبارهایی نظیر آنچه در مورد خروجی موتورهای سوخت جامد و یا اجکتا گفته شد، بسیار مفید است. فشار تابشی خورشید در دوره‌هایی یازده ساله افزایش می‌یابد و بیشترین حجم رانش پسماندهای ریز به سمت جو غلیظ در آن زمان صورت می‌گیرد.     شکل 3- مخزن سوخت مرحله پایانی موشک "دلتای دو". این مخزن فولادی 200 کیلوگرمی به تاریخ 5 ژانویه 1997 در تگزاس سقوط کرد.     کمیته مشارکت پسماندهای فضایی در حال حاضر، مجمعی بین‌المللی به نام کمیته مشارکت پسماندهای فضایی که با کوتاه واژه آی‌اِی‌دی‌سی شناخته می‌شود، تحت نظر سازمان ملل متحد، رهبری فعالیت‌هایی را که در زمینه پسماندهای فضایی صورت می‌گیرد به عهده دارد. کمیته مشارکت پسماندهای فضایی، مجمعی بین‌المللی از نمایندگان دولت‌های عضو است که وظیفه دارد یکپارچگی و هماهنگی لازم میان فعالیت‌های پراکنده آژانس‌های فضایی، مراکز تحقیقاتی و دانشگاه‌های سراسر جهان در ارتباط با پسماندهای فضایی را ایجاد کند. هدف اصلی و اولیه از تشکیل چنین کمیته‌ای تبادل اطلاعات اعضا در زمینه پسماندهای فضایی است. تبادل اطلاعات فرصت مناسبی به دست می‌دهد تا تحقیقات مشترک و بازبینی مراحل گوناگون فعالیت‌های در دست اقدام با سرعت بیشتر و به نحو بهتری صورت گیرد. اعضای کمیته مشارکت پسماندهای فضایی در حال حاضر عبارتند از: آژانس فضایی ایتالیا، مرکز ملی فضایی بریتانیا، مرکز ملی مطالعات فضایی فرانسه، مرکز ملی فضایی چین، مرکز فضایی آلمان، آژانس فضایی اروپا، سازمان تحقیقات فضایی هند، آژانس ژاپنی شناخت فضا، سازمان فضا و هوانوردی آمریکا، آژانس ملی فضایی اوکراین و در انتها، آژانس فضایی فدرال روسیه.   این کمیته از پنج گروه کاری تشکیل شده است که هر کدام حوزه وسیعی از فعالیتهای علمی و تحقیقاتی را مدیریت و نظارت می‌نمایند.   - گروه مدیریت؛ - کارگروه اندازه‌گیری‌ها؛ - کارگروه محیط و پایگاه داده‌ها؛ - کارگروه محافظت؛ - کارگروه کاهش و تخفیف. مشاهده و اندازه‌گیری اساساً اولین قدم برای مطالعه هر پدیده و موضوعی، مشاهده مستقیم و دریافت اطلاعات از ماهیت و رفتار پدیده است. مشاهده، ثبت و رهگیری پسماندهای فضایی با دو مجموعه ابزار مستقر در زمین و یا شناور در فضا صورت می‌گیرد.   برای اندازه‌گیری پسماندهای فضایی یا باید امواجی را که از آنها دریافت می‌کنیم، تبدیل و مشاهده نماییم و یا نتایج حاصل از وجود آنها در مدار را روی بدنه محموله‌های فضایی آشکار سازیم. پسماندهای فضایی از آنجا که خود منبع تابش نیستند، فقط بخشی از امواج الکترومغناطیسی را که به آنها می‌رسد، بازتاب می‌کنند. امواج الکترومغناطیسی طیف بسیار وسیعی از طول موج‌های بسیار کوچک تا بسیار بزرگ را در بر‌می‌گیرند. این امواج را با توجه به اندازه طول موج به هفت دسته‌ مختلف تقسیم‌بندی می‌کنند که شامل امواج گاما با طول موج‌هایی کوچک‌تر از 9-10 سانتیمتر تا امواج رادیویی با طول موج بزرگ‌تر از 10 سانتیمتر را شامل می‌شوند.   جوّ زمین فقط به محدوده امواج نور مرئی و رادیویی اجازه عبور می‌دهد. به همین دلیل، برای مشاهده اجرام مدارگرد از روی زمین از دو روش رصد نوری و رصد رادیویی استفاده می‌کنند. برخی از مدارگردها نور خورشید را به خوبی بازمی‌تابانند، اما بازتاب خوبی از امواج رادیویی ندارند. در مقابل، مدارگردهایی وجود دارند که در برابر امواج مرئی بسیار تاریک هستند، اما امواج رادیویی را به خوبی بازمی‌تابانند. به همین دلیل است که مراکز علمی و نظامی مراقبت از فضا معمولا از هر دو روش برای کامل کردن و بهبود نتایج رصد استفاده می‌کنند.   رصد پسماندها به دلیل کوچک بودن، سرعت بسیار زیاد و نزدیک بودن آنها به ناظر، کار بسیار پیچیده و دقیقی است که فقط با استفاده از ابزارهای دقیق و پیشرفته رصدی امکان دارد. رصد و رهگیری یک پسماند 10 سانتیمتری که با سرعت 8000 متر بر ثانیه و به فاصله 200 کیلومتری از ناظر، از پنجره دید تلسکوپ‌ها عبور می‌کند، کمتر از رصد سحابی دوردست و کم‌نوری در اعماق آسمان نیست. شکل (4) تصویر پسماندی 5/12 سانتیمتری را از دریچه چشم تلسکوپی با قطر سه متر نشان می‌دهد.     شکل 4- پسماندی به قطر تقریبی 5/12 سانتیمتر را در ارتفاع 775 کیلومتری زمین     محیط و پایگاه داده‌ها هدف اصلی از مشاهده پسماندهای فضایی، افزون بر شناسایی آنها، به دست آوردن اطلاعاتی است تا بتوانیم به این وسیله مسیر و چگونگی حرکت آینده پسماند را پیش‌بینی کنیم. با داشتن هفت متغیر متفاوت می‌توان با دقت مناسبی موقعیت مدارگردی را در زمان به‌خصوصی بعد از زمان ثبت اطلاعات مداری آن محاسبه نمود. این مجموعه متغیرها را المان‌های کپلری می‌نامند. یکی از اهداف رصد مدارگردها استخراج این المان‌ها و به واسطه آنها تصحیح ضرایب بالستیک مدارگرد است.   در حال حاضر، این المان‌ها در فرمت‌های گوناگون و با مراجع مختلفی برای مدارگردهایی که شناسایی و فهرست شده‌اند، استخراج شده و در دسترس قرار گرفته‌اند. دو روش معمول برای ذخیره‌سازی این المان‌ها وجود دارد. روش اول که المان‌های دو خطی نامیده می‌شود و با ناسا و نوراد مورد استفاده قرار می‌گیرد و روش دوم که آمست نامیده شده است و معمولاً با رادیوآماتورها استفاده می‌شود. روش المان‌های دو خطی مبتنی بر کدنویسی است و برای استفاده در کامپیوترها طراحی شده است، اما روش آمست روشی توصیفی است که بیشتر برای استفاده با افراد کاربرد دارد. ذخیره اطلاعات به روش آمست چند شکل دارد که هر کدام با مرجعی منتشر می‌شود.   با استفاده از المان‌های مداری کپلر می‌توان یک مدار بیضی شکل حول زمین را مشخص کرد، موقعیت و وضعیت آن را نسبت به مرجع اینرسی توجیه نمود و موقعیت مدارگرد روی آن را برای زمان به‌خصوصی در آینده به دست آورد.   بعد از ثبت اطلاعات به دست آمده از روش‌های مشاهده مستقیم و غیر مستقیم می‌توان با استفاده از مدل‌های ریاضی و آماری در مورد قسمتی از جمعیت پسماندها که به دلیل ضعف ابزار و روش‌ها قابل‌مشاهده و اندازه‌گیری نیستند، تخمین ریاضی زد. با استفاده از روابط مداری، معادلات آماری و روش‌های ریاضی می‌توان مدل ریاضی محیط پسماندی را شبیه‌سازی نمود، در مورد آینده آن پیش‌بینی‌های نسبتاً دقیقی انجام داد، خطرپذیری برخورد با پسماندها را برای مدارگردهای مهمی نظیر ایستگاه‌های فضایی و ماهواره‌های مخابراتی محاسبه کرد و در نهایت محاسبات مربوط به بازگشت پسماندها به زمین و فرسایش آنها در اتمسفر یا چگونگی برخورد آنها با سطح زمین را با دقت پیش‌بینی نمود.   از‌آنجایی‌که با این‌گونه نرم‌افزارها قادر به پیش‌بینی محیط پسماندی برای آینده خواهیم بود، می‌توانیم میزان تاثیر اقدامات پیشگیرانه و برنامه‌های ارائه شده در جهت کاهش جمعیت پسماندها و یا کنترل آنها که معمولا مستلزم سرمایه‌گزاری‌های هنگفت و بسیار پرهزینه است را قبل از اجرا بررسی کنیم.   برخورد و محافظت از آنجاکه عمده‌ترین خطر ناشی از پسماندهای فضایی، مربوط به برخورد آنها با مدارگردهای مهمی مانند ماهواره‌های فعال و یا فضاپیماهای سرنشین‌دار است، یکی از زمینه‌های مهم در تحقیقات مربوط به پسماندهای فضایی، موضوع برخورد و اثرات ناشی از آن است. تحقیقات در این زمینه در دو دسته تقسیم‌بندی می‌شوند:   برخورد؛ دسته اول تحقیقاتی در مورد فیزیک برخورد، اثرات آن و شبیه‌سازی ریاضی برخورد است. در این دسته از تحقیقات انجام آزمایش‌هایی از برخورد سرعت بالا، ثبت اطلاعات در زمان برخورد و شبیه‌سازی برخورد در حالت‌های دوبعدی و سه‌بعدی در دستور کار قرار دارد.   مواد و محافظت؛ دسته دوم فعالیت‌ها مربوط به گسترش علم مواد و تغییر در طراحی سازه و بدنه ماهواره‌ها و فضاپیماها در جهت محافظت بیشتر از آنها است. استفاده از پوشش‌های چند لایه گاز-جامد و یا جامد-مایع-گاز-جامد در راستای کاهش اثرات تخریبی برخوردها از اولین قدم‌های برداشته شده در این مورد است. گسترش معلومات در جهت کاهش تخریب، ضربه‌پذیری، کاهش مواد جداشده و افزایش مقاومت لایه‌ها از دیگر اقدامات در این مرحله است.   در راستای محافظت از مدارگردهای مهم، تحقیقات مربوط به شبیه‌سازی خطرپذیری برخورد و چگونگی آن نیز در فرایند طراحی مؤثر است.   کاهش جمعیت و تخفیف اثر به منظور کاهش میزان پسماندها و یا راندن آنها از مناطق و مدارهای مهم و شلوغ به قسمت‌هایی از فضا که اهمیت کمتری دارند، قوانین، آیین‌نامه‌ها و دستورالعمل‌هایی تهیه شده که هدف از اجرای آنها بهبود عملکرد و روند پرتاب، فرایند تزریق در مدار -به گونه‌ای که کمترین آلودگی تولید شود- چگونگی شروع و خاتمه ماموریت ماهواره‌ها و نحوه صحیح و اصولی انجام مانورهای تغییر مداری است.   بازگرداندن آنچه به فضا برده می‌شود، و یا طراحی فرایند پرتاب به گونه‌ای که منجر به بازگشت طبیعی قطعات منفصل‌شده از راکت‌های محموله‌بر می‌شود، مقدماتی‌ترین اقداماتی است که آژانس‌های فضایی می‌توانند رعایت نمایند. استانداردهایی در جهت طراحی بهینه ماهواره‌ها و یا مراحل پایانی راکت‌های محموله‌بر نوشته شده است تا از بروز انفجارات ناخواسته در آنها جلوگیری کند. خالی کردن مخازن سوخت و یا باتری‌های خالی‌نشده، از جمله این قوانین هستند. داشتن راه‌حل اصولی و قابل انجام برای بازگرداندن و یا پارک کردن ماهواره‌هایی که عمرشان به پایان می‌رسد، می‌بایستی از شروط اصلی تزریق آنها در مدارهای مهمی مانند مدار زمین‌آهنگ باشد. نمودار (3) تخمین رشد جمعیت پسماندهای فضایی را برای حالت‌های مختلف پیشگیرانه نشان می‌دهد. همانطور که ملاحظه می‌شود در بهترین حالت نیز روند رشد جمعیت نرخی صعودی دارد.     نمودار 3- این تصویر تخمین رشد جمعیت پسماندهای فضایی را در چهار حالت و تا سال 2200 نشان می‌دهد.

---

مراجع

[1] - بهرامی م.، یزدان‌پناه ش.، کلانتری‌نژاد ر."پسماندهای فضایی"، انتشارات پژوهشگاه هوافضا، 1385. [2] - NASA Orbital Debris Program Office, 2005. [3] - Anilkumar A.K., "New Perspectives for Analyzing the Breakup, Environment, Evolution, Collision Risk and Reentry of Space Debris Objects", 2004. [4] - United Nations, Technical Report on Space Debris, 1999. [5] - The Aerospace Corporation, Center for Orbital and Reentry Debris Studies, 2005. [6] - Inter-Agency Space Debris Coordination Committee, 2005. [7] - وب سایت دانش فضایی