جارویی برای زباله‌های فضایی
پاک‌سازی فضا از بقایای سفینه‌ها، مدار‌های زمین را برای ورود ماهواره‌ها و سفینه‌های جدید باز می‌کند و خطر برخورد‌های خارج از کنترل این زباله‌ها با اجرام دیگر را کاهش می‌دهد.
کد خبر :
۸۱۸۰۵
بازدید :
۹۴۴۷
محسن مصطفائی | از دهه ۱۹۵۰ که عصر فضا ظهور پیدا کرد، هزاران راکت به فضا فرستاده شده است و بیشتر از این تعداد، ماهواره در مدار زمین وجود دارد. درحالی‌که حدود دو هزار ماهواره فعال در حال گردش به دور زمین هستند، سه هزار ماهواره ازکارافتاده نیز در فضا رها شده‌اند.
با وجود امکان وقوع اتفاقات هولناک در صورت برخورد این اجسام با یکدیگر، به‌طور دقیق‌تر، در حدود ۳۴ هزار قطعه بزرگ‌تر از ۱۰ سانتی‌متر و میلیون‌ها قطعه کوچک‌تر از این ابعاد در فضا وجود دارد. تمام زباله‌های فضایی، حاصل فرستادن اجسام مختلف توسط انسان از زمین به فضا است که تا زمان ورود مجدد به اتمسفر در مدار زمین باقی می‌مانند.
برخی از این اجسام در مدار‌های پایین‌تر از چند صد کیلومتر سریعا می‌توانند به اتمسفر بازگردند. اغلب این اجسام پس از چند سال به اتمسفر بازگشت خواهند داشت و در حین ورود مجدد آتش می‌گیرند و نابود می‌شوند.
به‌همین‌دلیل این اجسام به زمین نمی‌رسند، ولی زباله‌های فضایی و ماهواره‌ها در ارتفاعات بالاتر از ۳۶ هزار کیلومتر قرار دارند. این ارتفاع محلی است که اغلب ماهواره‌های هواشناسی و ارتباطی قادر به گردش به دور زمین برای صد‌ها یا هزاران سال هستند.
برخی دیگر از این زباله‌ها، حاصل برخورد‌ها یا تست‌های ضدماهواره‌ای در مدار زمین هستند. زمانی که دو ماهواره به یکدیگر برخورد می‌کنند، آنها به هزاران تکه جدید تقسیم می‌شوند و مقدار زیادی زباله فضایی تولید می‌شود. این اتفاق بسیار نادر است، ولی چندین کشور از جمله ایالات متحده آمریکا، چین و هند از موشک برای منفجر کردن ماهواره‌های خود استفاده کرده‌اند که باعث تولید تعداد بسیار زیادی تکه‌های جدید در فضا شده است.
«سندرم کِسلر» ایده‌ای است که در سال ۱۹۷۸، توسط دانشمند ناسا به نام «دانلد کِسلر» مطرح شد. او معتقد بود که اگر تعداد زیادی زباله فضایی در مدار زمین وجود داشته باشد، منجر به یک واکنش زنجیره‌ای در محل برخورد دو جسم به یکدیگر خواهد شد و زباله‌های جدیدتری را ایجاد می‌کند و باعث می‌شود تا مدار زمین به یک محل غیرقابل استفاده تبدیل شود.
در سال‌های اخیر احتمال وقوع این اتفاق قوت گرفته است و شرکت‌های بزرگ، روش‌های متعددی برای پاک‌سازی فضا ارائه کرده‌اند. در حال حاضر، سازندگان بزرگ تجهیزات فضایی با وجود نبود یک اجماع کلی درباره بهترین راه برای پاک‌سازی فضا از ماهواره‌های مستهلک‌شده یا ازکارافتاده، شروع به ارسال ماهواره‌های خود به فضا کرده‌اند.
به همین جهت، یک شرکت استارتاپی به نام «آسترواسکیل» وارد این عرصه شده است و قصد دارد تا انقلابی در پاک‌سازی فضا با یک روش مغناطیسی ایجاد کند. این شرکت از سال ۲۰۱۳، در زمینه پاک‌سازی زباله‌های فضایی فعالیت دارد که دفتر مرکزی آن در توکیو واقع شده است، اما دفاتر دیگری در انگلستان، ایالات متحده آمریکا و سنگاپور دارد.
در این مقاله «جیسون فورشاو» مدیر بخش اروپایی تحقیق و توسعه شرکت آسترواسکیل انگلستان، توضیحاتی درباره پروژه آن شرکت ارائه می‌کند. بدیهی است که نسل حاضر و آینده، لایق یک فضای عاری از هرگونه زباله خطرناک است، اما رسیدن به این هدف به نوآوری‌هایی در سطح جهانی نیاز دارد.
هدف اصلی به‌دست‌آوردن یک روش قابل اطمینان برای پاک‌سازی ایمن بقایای ماهواره‌هایی است که به انتهای عمر خود رسیده‌اند. پاک‌سازی فضا از بقایای سفینه‌ها، مدار‌های زمین را برای ورود ماهواره‌ها و سفینه‌های جدید باز می‌کند و خطر برخورد‌های خارج از کنترل این زباله‌ها با اجرام دیگر را کاهش می‌دهد.
همچنین، در بدترین حالت، این ضایعات می‌توانند مدار‌های نزدیک به سطح زمین که کمتر از دو هزار کیلومتر از مرکز زمین ارتفاع دارند را برای استفاده‌کنندگان ماهواره مختل کنند. این اختلال سبب می‌شود تا سرویس‌های بالقوه‌ای را که در زندگی روزمره مردم روی زمین نقش دارند، دچار مشکل کند.
ارزیابی‌ها نشان می‌دهد که بین پنج تا ۱۰ درصد از ماهواره‌ها به‌زودی و به دلایل گوناگون در حال نزدیک شدن به پایان عمر خود هستند. اصطلاحا ماهواره‌هایی که به‌طور طبیعی به‌دلیل اتمام سوخت یا انرژی یا معیوب شدن بخش‌های الکتریکی و مکانیکی، به پایان عمر خود می‌رسند، زباله‌های فضایی تلقی می‌شوند.
یکی از چالش‌های بزرگ درباره این نوع زباله‌ها آن است که بسیاری از این زباله‌ها در مدار‌های زمین رها هستند. امکان‌سنجی حذف این زباله‌ها از مدار‌های زمین با استفاده از یک سیستم جاذب مغناطیسی، چالش بزرگی برای این مأموریت جدید خواهد بود. اثبات این موضوع از اهمیت بالایی برای آینده کسب‌وکار فضایی برخوردار خواهد بود، زیرا شرکت‌هایی مانند «وان‌وب» در لندن و «اسپیس‌ایکس» در کالیفرنیا شروع به ارسال تجهیزات عظیمی برای خدمات اینترنت به فضا کرده‌اند و هزاران ماهواره را در مدار نزدیک به زمین برای ارتباطات قرار داده‌اند.
علاوه‌براین، در آینده تجهیزات گسترده دیگری نیز برای تصویربرداری از زمین و احتمالا پیش‌بینی وضعیت آب‌وهوا ارسال خواهد شد. اگر عملیاتی که برای پروژه پاک‌سازی فضا برنامه‌ریزی شده است، مطابق انتظارات پیش برود، بهره‌برداران تجهیزات بزرگ قادر خواهند بود تا شرکت آسترواسکیل را برای پاک‌سازی بقایای ماهواره‌هایشان از طریق کشیدن آنها به ارتفاعات پایین‌تر و آزاد کردن آنها برای سوخته شدن و از بین رفتن، استخدام کنند.
علاوه‌براین، آسترواسکیل در حال مذاکره با دولت‌های دنیا درباره حذف ماهواره‌های قدیمی و بدنه راکت‌ها از فضا است که اصطلاحا با عنوان «حذف زباله‌های فعال» شناخته می‌شود. در دفتر مرکزی شرکت در توکیو، ما در میانه راه تست بخش‌های کلیدی این جاروی زباله‌های فضایی هستیم که از یک ماهواره سرویس‌دهنده به ابعاد یک ماشین ظرف‌شویی و یک ماهواره کوچک همراه که سرویس‌گیرنده نام دارد، استفاده می‌شود.
این دو ماهواره در زمان پرتاب به یکدیگر قفل می‌شوند و سپس در فضا از یکدیگر جدا می‌شوند تا شبیه‌سازی حذف زباله‌های فعال آغاز شود. ماهواره‌ها از مرکز ملی خدمات مداری واقع در گروه فضایی هارول که خارج از لندن قرار دارد، هدایت می‌شوند. این مرکز در نزدیکی دفتر آسترواسکیل در انگلستان است.
آسترواسکیل این مرکز خدماتی را همراهی می‌کند و به‌طور خاص بر روی عملکرد خدمات پاک‌سازی زباله‌های فضایی در آینده متمرکز است. بلندپروازانه‌ترین تست برای این جاروی زباله‌های فضایی، تلاش ما برای پایدارسازی ماهواره سرویس‌گیرنده حین چرخش در فضا است، زیرا در این حالت ماهواره خارج از کنترل است. تابه‌حال یک ماهواره چرخان که به‌طور کامل از کنترل خارج شده است، توسط جارو‌های پیشین، جذب و پایدار نشده است.
این شاهکار می‌تواند یک پیشرفت شگرف برای من و همکاران من در آسترواسکیل به حساب بیاید، اما این دستاورد برای صنعت فضایی بسیار مهم‌تر است. چالش اتصال به ماهواره‌ای چرخان، شرایط فنی دشواری را در طراحی فرایند پاک‌سازی فضا با جاذب مغناطیسی به وجود آورده است. مطالعات فنی نشان می‌دهد که برای این مشکل، ایده‌های مختلفی از تور‌های مشبک تا هارپون‌ها (چنگک) و بازو‌های رباتی ارائه شده است.
نکته مهم در این موضوع این است که ما نیروی مغناطیسی را برای این کار انتخاب کرده‌ایم که منحصربه‌فرد است. یکی از دلایل اصلی در انتخاب این راه‌حل، خطرناک‌تر بودن سیستم‌های پرتابی مثل استفاده از تور یا چنگک است. با استفاده از سیستم جذب مغناطیسی، فرایند جذب و جدا شدن می‌تواند بار‌ها در سرعت‌های کم و زیاد تکرار شود.
سیستم تور یا چنگک با سرعت بسیار بالایی شلیک و اصابت صورت می‌گیرد و به‌طور معمول فقط یک‌بار شانس گرفتن ماهواره سرویس‌گیرنده را به ما می‌دهد. ماهواره سرویس‌دهنده به یک مکانیسم جذب مغناطیسی مجهز شده است که به جلو و عقب حرکت می‌کند. ماهواره سرویس‌گیرنده یک صفحه اتصال دارد که از جنس فرومغناطیس است تا به‌وسیله مکانیسم مغناطیسی جذب شود.
آسترواسکیل مانند سایر سازندگان، این صفحات را تولید می‌کند و در زمان ساخت به ماهواره متصل می‌سازد. صفحات منطبق بر مکانیسم‌های جذب مختلف طراحی شده است، زیرا صنعت تاکنون به یک اجماع برای بهترین روش برای جمع‌آوری ماهواره‌ها نرسیده است.
برای مثال، در تئوری، به‌منظور گرفتن اجسام می‌توان چنگک‌هایی را به سمت صفحات شلیک یا از بازو‌های رباتی برای کشیدن این صفحات استفاده کرد، اما در این پروژه از یک مفهوم ساده مغناطیسی استفاده شده است. این مفهوم عبارت است از جذب فلز موجود در صفحه اتصال توسط یک آهنربای مغناطیسی.
اخیرا بهره‌برداران به مفهوم «صفحه اتصال» علاقه‌مند شده‌اند. شرکت «وان‌وب» که شروع به فرستادن ۶۴۸ ماهواره کرده، تأیید کرده است که هر ماهواره جدید این شرکت به نگه‌دارنده‌هایی مجهز خواهند شد که می‌تواند نقش صفحه اتصال را بازی کند. برای شروع هر سناریو از مأموریت امکان‌سنجی پاک‌سازی فضا با جاذب‌های مغناطیسی، ماهواره سرویس‌گیرنده از ماهواره سرویس‌دهنده جدا می‌شود.
در عملیات جذب، سرویس‌دهنده به سرویس‌گیرنده نزدیک می‌شود و یک‌سری از مانور‌های پیچیده و دشوار برای هم‌راستایی و آرام‌کردن سرویس‌گیرنده انجام می‌دهد. سرویس‌دهنده به انواع حسگر‌ها (شامل رادار‌ها و لیزرها) برای تعیین محل ماهواره سرویس‌گیرنده مجهز شده است.
ماهواره مکعبی‌شکل سرویس‌دهنده دارای هشت پیشران شیمیایی در هر گوشه آن است که برای هماهنگی در انجام مانور، روشن می‌شوند. زمانی که سرویس‌دهنده به فاصله کمتر از یک متری سرویس‌گیرنده می‌رسد، سیستم جذب افزایش طول می‌دهد و به آرامی به ماهواره سرویس‌گیرنده متصل می‌شود. این شرکت می‌گوید: ما به‌دنبال امکان‌سنجی این فرایند برای دو سناریو مختلف هستیم که در آن یک‌بار ماهواره سرویس‌گیرنده ثابت است و بار دیگر حالت چرخان دارد.
این عملیات‌های ملاقات دو ماهواره برای حالت چرخان، فوق‌العاده چالش‌برانگیز است. الگوریتم‌های مختلفی باید برای چگونگی تنظیم ارتفاع و حرکت ماهواره سرویس‌دهنده برای هماهنگ شدن با ماهواره در حال چرخش، محاسبه شود تا با امنیت کامل بتواند به صفحه اتصال برسد. طراحی این مأموریت و طراحی هدایت، موقعیت‌یابی و کنترل برای این نوع حالت بسیار پیچیده است و بیش از ۷۵ نفر از نقاط مختلف دنیا در حال حاضر بر روی این وضعیت مشغول به کار هستند.
اگر نرم‌افزار داخلی خطر برخورد را تشخیص دهد، ماهواره سرویس‌دهنده به یک فاصله امن بازمی‌گردد. علاوه‌براین، یک کنترل‌کننده در اتاق فرمان قادر است تا در هر زمانی فرایند جذب را متوقف کند. این مأموریت برای شش ماه تا یک سال انجام می‌شود.
به‌دلیل پیچیدگی این مأموریت، ما کار‌ها را به آهستگی انجام می‌دهیم و پس از تست یکی از آنها، مأموریت بعدی را شروع خواهیم کرد. ما باید اطمینان حاصل کنیم که قبل از شروع تست بعدی، همه‌چیز برای آن آماده است. در هر عملیات جذب، مکانیسم قادر است تا ماهواره سرویس‌گیرنده را دفع کند تا از آن جدا شود. آنها می‌افزایند: برای مأموریت امسال، سعی داریم تا فناوری‌های کلیدی را کامل کنیم.
در نسخه‌های عملیاتی ماهواره سرویس‌دهنده، ماهواره مرده را با خود به ارتفاعات پایین‌تر حمل می‌کند و در انتها آن را آزاد می‌کند تا در برخورد با اتمسفر آتش بگیرد و از بین برود. پس از آن سرویس‌دهنده خود را می‌چرخاند تا به محل ملاقات با یک ماهواره جدید برود و آن را به مدار مذکور هدایت کند.
این مانور‌ها نیازمند اضافه کردن یک موتور پیشران الکتریکی است که به‌طور طبیعی از زنون به‌عنوان سوخت استفاده می‌کند. این موتور‌ها دارای نیروی بسیار زیادی هستند که به‌معنای مصرف انرژی بسیار بهینه آنها است. بااین‌حال، این موتور‌ها قادر به کم و زیاد کردن ارتفاع با سرعت زیاد نیستند.
هدف ما کاهش زباله‌های فضایی است نه اضافه‌کردن به آن و به‌همین‌دلیل، جلوگیری از برخورد‌های تصادفی یکی از برتری‌های این مأموریت خواهد بود. برای اینکه ماهواره به مدار فضا فرستاده شود، نیازمند تأیید دولت است و آژانس فضایی انگلستان مأموریت ما را تأیید می‌کند. به‌منظور دریافت این تأییدیه، ما اقدامات خود را در جهت طراحی یک مأموریت ایمن از نظر عملیاتی افزایش داده‌ایم، زیرا یکی از شروط آن، این موضوع است.
موفقیت این مأموریت می‌تواند بازی را به کلی تغییر دهد، زیرا زمانی که چنین فناوری‌هایی کامل بشود، بخش‌های جدیدی در کسب‌وکار مانند سرویس درون‌مداری، در بازار ظاهر خواهند شد. پس از به پایان رسیدن این مأموریت، ما آماده خواهیم بود تا وظیفه خود را در ایجاد یک فضای پایدار برای نسل آینده انجام دهیم.
۰
