عملية استكشاف الفضاء ، التي بدأت عمليا في منتصف القرن العشرين ، عادة ما يتم تقديمها على الجانب الإيجابي كمرحلة جديدة في تطوير المعرفة العلمية والتكنولوجية. ومع ذلك ، بعد إطلاق أول قمر صناعي بالفعل ، بدأت عملية سلبية مختلفة تمامًا بالتوازي ، مرتبطة بانسداد المدارات القريبة من الأرض. يشكل الحطام من صنع الإنسان في الفضاء مجموعة من التهديدات لكل من المركبة الفضائية والأرض.
مصادر الحطام الفضائي
القمامة في هذه الحالة تشير إلى مشتقات ذات طبيعة من صنع الإنسان ، وهي متنوعة للغاية ، لكنها مرتبطة بنشاط بشري مباشر. على سبيل المثال ، النيازك التي تحدث بشكل طبيعي لا تشكل تهديدًا ، على عكس النفايات التي يصنعها الإنسان ، والتي تشكل تهديدات بسبب بقائها الطويل في مدار أرضي منخفض.
إذن ، من أين يأتي الحطام الخطير في الفضاء؟ معظمهاالمتولدة أثناء إطلاق الأقمار الصناعية وإطلاق المركبات الأخرى في المدار. في مثل هذه العمليات ، يتم بالضرورة إشراك السفن المأهولة أو الآلية المصاحبة ، والتي تترك وراءها أشياء فنية ومواد استهلاكية. أخطر مصدر للتلوث من هذا النوع هو تدمير الأقمار الصناعية والسفن في المدار ، مما يؤدي إلى بقاء المعدات غير المدارة والأجزاء الهيكلية للطائرات في الفضاء. في حد ذاتها ، لا تشكل الشظايا بعد تعطل المعدات أو في عملية الإطلاق المخطط للنفايات تهديدًا خطيرًا في رقم واحد. ومع ذلك ، مع التراكم طويل المدى ، تتشكل أجسام كبيرة ، غالبًا ذات إمكانات إشعاعية عالية ، مما يجعل من الصعب تدميرها.
يلعب دور هام في عمليات تكوين الحطام الخطير تأثير "التقادم" في تحلل الحطام من الأجسام الفضائية في بيئة عدوانية. تتأثر تراكمات الحطام نفسها سلبًا بالغبار الكوني ، والإشعاع ، ودرجات الحرارة القصوى ، وأكسدة الأكسجين ، وما إلى ذلك ، وبالتالي ، يتعين على المرء أن يتعامل ليس فقط مع العناصر الفيزيائية التي تشكل خطر الاصطدام ، ولكن مع المواد غير المنضبطة والمتفجرة التي تزيد من المخاطر من الكوارث.
رصد الحطام الفضائي
الأخطار الحالية المرتبطة بوجود الحطام الفضائي تتطلب أيضًا بحثًا مستمرًا في المدارات القريبة من الأرض. تقوم الأجهزة الخاصة بمسح النفايات التي يصنعها الإنسان وفقًا لعدة خصائص منها الحجم والكتلة والشكل والسرعة ،المسار والتكوين وما إلى ذلك اعتمادًا على المسافة من الأرض ، يتم استخدام معدات معينة. على سبيل المثال ، يغطي المدار الأرضي المنخفض لنظام المدار الأرضي المنخفض تقليديًا مسافة من 100 إلى 2000 كم. تعمل الهندسة الراديوية والرادار والبصرية والإلكترونية الضوئية والليزر وغيرها من الأجهزة لرصد الحطام الفضائي في هذا الطيف. في الوقت نفسه ، يتم تطوير خوارزميات خاصة لتحليل المعلومات الواردة على هذه الأجهزة. لدمج مجموعة من البيانات المجزأة ، يتم استخدام نماذج حسابية رياضية معقدة ، والتي تعطي صورة كاملة نسبيًا لما يحدث في منطقة معينة من المراقبة.
على الرغم من استخدام أساليب المراقبة عالية التقنية ، لا تزال هناك مشاكل في تتبع الجسيمات الصغيرة التي يصل حجمها إلى بضعة ملليمترات. لا يمكن دراسة هذه الأجزاء إلا جزئيًا بواسطة أجهزة الاستشعار الموجودة على متن الطائرة ، ولكن هذا لا يكفي للحصول على معلومات شاملة ، على سبيل المثال ، حول التركيب الكيميائي للكائن. أحد اتجاهات مراقبة هذه الجسيمات هو ما يسمى بالقياس السلبي. في وقت من الأوقات ، وفقًا لهذا المبدأ ، تمت دراسة مكونات محطة مير الفضائية التي عادت إلى الأرض. يتمثل جوهر هذه التقنية في تسجيل آثار الجسيمات المدروسة على سطح الجهاز في الفضاء المفتوح. في المختبرات ، تم تحليل أنواع مختلفة من الأضرار ، مما أتاح الحصول على معلومات إضافية حول الحطام الفضائي. اليوم ، تعمل فرق من رواد الفضاء على طول مسار البحث هذا مباشرة في المدار ، لتفتيش أسطح المركبات الفضائية العاملة.
توزيع الحطام في الفضاء القريب من الأرض
يشير رصد الفضاء الخارجي إلى توزيع غير متساوٍ لأنواع مختلفة من الحطام في المدارات. تُلاحظ أكبر المجموعات في منطقة المدار المنخفض - على وجه الخصوص ، بالمقارنة مع المدارات العالية ، يمكن أن يكون الاختلاف في الكثافة ألف ضعف. في نفس الوقت ، هناك علاقة بين كثافة العناقيد وأحجام الجسيمات. عادة ما تكون الكثافة المكانية للحطام متوسط الحجم أقل في المدارات العالية منها في المدارات المنخفضة وبنسبة أقل مقارنة بالعناصر الخشنة الحبيبات.
تتأثر خصائص توزيع الحطام الفضائي حول الأرض بعدد من العوامل ، من بينها سمات المنشأ. على سبيل المثال ، الأجزاء الصغيرة التي تشكلت نتيجة تدمير أجزاء من المحطة أو الأقمار الصناعية لها متجهات سرعة غير مستقرة. أما بالنسبة للحطام الكبير ، فبسبب ديناميكياته العالية ، يمكنه الوصول إلى ارتفاعات عالية تصل إلى 20 ألف كيلومتر ، وينتشر أيضًا في الحلقة الثابتة بالنسبة للأرض. على مستوى 2000 كم ، هناك توزيع غير متساو مع زيادة نقاط الكثافة عند 1000 و 1500 كم على وجه الخصوص. بالمناسبة ، المدار الثابت بالنسبة للأرض هو الأكثر انسدادًا ، وفي منطقته تم تسجيل ميل كبير للحطام للانجراف.
اتجاهات تطوير الحطام الفضائي
يهتم علماء الفضاء أكثر بالتهديدات المحتملة بدلاً من التهديدات الحاليةالحطام في مدارات الأرض. في الوقت الحالي ، تشير الدراسات إلى زيادة معدل التلوث بنسبة 4-5٪ سنويًا. علاوة على ذلك ، لم يتم تقييم دور إطلاق المركبات الفضائية بشكل موثوق من حيث نمو أعداد الأجسام الغريبة في مدارات مختلفة. الأجسام الكبيرة قابلة للتنبؤ ، ولكن ، كما لوحظ بالفعل ، فإن المعلومات المحدودة عن الحطام الصغير حتى في الفضاء القريب لا تسمح لنا بالتحدث بدرجة عالية من الموضوعية حول خصائص الحطام الجماعي. على الرغم من ذلك ، توصل العلماء إلى استنتاجين لا لبس فيهما حول الحطام الصغير:
- يزداد حجم الجسيمات الصغيرة التي تتشكل نتيجة التدمير باطراد مع زيادة عدد الاصطدامات. في كل من الظروف المختبرية والدراسات النظرية ، تبين أن الشظايا الصغيرة تشكل نسبة كبيرة من العناصر المنفصلة عن الأشياء المدمرة.
- الجسيمات الصغيرة جدًا في شكل منتجات الاصطدام نفسها أكثر عرضة للتأثيرات السلبية للقوى الخارجية. يقلل تأثير التدهور عندما يكون الحطام في ظروف عدوانية لفترة طويلة من احتمالية إجراء تقييم موثوق به لمستقبل مثل هذه التراكمات.
من الواضح أن مشاكل العثور على الحطام في الفضاء ستزداد سوءًا ، الأمر الذي يتطلب اتخاذ الإجراءات المناسبة. ولكن حتى مع الإغلاق الكامل للمشاريع المتعلقة بالفضاء ، سيستمر انسداد مدار الأرض نتيجة اصطدام عناصر التلوث الموجودة بالجسيمات الطبيعية. عن طريق القصور الذاتي ، ستستمر هذه العملية لما لا يقل عن 100 شخص آخرسنوات.
أنواع تأثيرات تلوث الفضاء
أخطر النتائج السلبية لتأثير الحطام الفضائي تشمل ما يلي:
- الأضرار البيئية للأرض. في حد ذاته ، فإن وجود الحطام التكنولوجي داخل المدار القريب من الأرض يستلزم تغييرًا في الخلفية البيئية وينتهك النقاء الأصلي للبيئة. وفقًا لعلماء الفلك والمراقبين ، فإن عملية تقليل شفافية الفضاء القريب من الأرض تتقدم بالفعل ، وهو ما يفسر أيضًا وجود تداخل مع تشغيل المعدات الراديوية. مباشرة للأرض ، يمكن للمرء أن يلاحظ خطر سقوط المكونات بمواد الوقود التي تضمن تشغيل المحركات النفاثة.
- سقوط الحطام على الأرض. حتى بدون تأثير إشعاعي ، يمكن أن يؤدي سقوط النفايات التي يصنعها الإنسان من الفضاء القريب إلى عواقب وخيمة. حتى الآن ، لا تزيد كتلة أكبر الأجسام التي هبطت عن 100 طن ، لكن هذا لم يشكل تهديدًا خطيرًا على الكوكب. من ناحية أخرى ، مع زيادة شدة انسداد مدار الأرض ، سيصبح هذا السيناريو قاتمًا بشكل متزايد.
- خطر اصطدام الفضاء. لا تقلل من شأن الضرر الذي يلحق بالحطام الفضائي للمعدات المستخدمة في دعم الطيران. يمكن أن تؤدي التأثيرات نفسها للجزيئات الكبيرة والصغيرة إلى اضطرابات كبيرة في تشغيل الأجهزة ، وتهدد الحوادث الكبيرة آفاق تنفيذ مشاريع طموحة باهظة الثمن.
أنظمة تقييم أضرار التصادمقمامة
بادئ ذي بدء ، يتم تطبيق الممارسة الراسخة بالفعل لتحليل التأثيرات على سطح المركبة الفضائية عن طريق الفحص الخارجي بواسطة رواد الفضاء أنفسهم. كما ذكر أعلاه ، يمكن استخدام نتائج هذه الدراسات لتحديد خصائص القمامة. ومع ذلك ، فإن أدق المعلومات التحليلية يتم توفيرها فقط من خلال الاختبارات المعملية التي تتأثر فيها المواد المستهدفة بشكل مصطنع. يتم تقليد اصطدام المعدات بالحطام في الفضاء من خلال التأثيرات فائقة السرعة. علاوة على ذلك ، عن طريق الكمبيوتر والنمذجة الرقمية ، تتم معالجة البيانات التي تم الحصول عليها مع تحليل خصائص الضرر وآليات التأثير على الكائن المستهدف. من بين المؤشرات الرئيسية خصائص مثل القوة ، والحفاظ على الوظيفة ، واستمرارية المكونات الفردية ، ودرجة التجزئة ، وما إلى ذلك.
تحديد مستوى تهديد الحطام الفضائي
حتى في مراحل تصميم المحطات المدارية والمجمعات الفضائية ، تؤخذ في الاعتبار إمكانية الاصطدام بأنواع مختلفة من الحطام. لحساب موثوقية التصميم المثلى ، يتم استخدام بيانات حول البيئة المحددة حيث سيتم استخدام الجهاز. في الوقت نفسه ، لا يزال عدم دقة الأساليب التجريبية والتحليلية لتقييم التهديدات يمثل مشكلة كبيرة. لا يمكن فحص الحطام في الفضاء إلا إلى درجة معينة من الافتراضات ، مما يجعل من الصعب على المصممين إعداد المركبات بشكل صحيح للتصادمات عالية السرعة. لولإجراء تقييم تقريبي للتهديدات ، يتم استخدام مفهوم التدفقات العامة للحطام الفضائي ، والتي يمكن مواجهتها على مسار المركبة الفضائية. يتم عرض المزيد من البيانات حول كثافة التدفق والسرعة وزوايا الهجوم وعدد التأثيرات المتوقعة.
طرق لتقليل التهديدات من الحطام في الفضاء
المستوى المنخفض نسبيًا لرصد وتوصيف الحطام الفضائي مع التنبؤ به ليس سوى جزء من المشكلة. في المرحلة الحالية ، يواجه المتخصصون عددًا من القضايا المتعلقة بالحد من مخاطر التأثير السلبي للنفايات التي من صنع الإنسان في الفضاء الخارجي. اليوم ، يتم النظر في اتجاهين لحل هذه المشكلة. أولاً ، هذا انخفاض عام في الرحلات الجوية ، فضلاً عن تقليل العمليات التكنولوجية التي تؤدي إلى انسداد المدارات على مستويات مختلفة. ثانيًا ، يمكننا التحدث عن التحسين الهيكلي للمركبات مع تقليل الأجزاء التي يمكن أن تتحول إلى حطام فضائي. يتم تكريس اهتمام خاص في أنظمة التحكم في الفضاء اليوم للتلوث بالمواد المشعة. يتعلق هذا بتقليل منتجات عادم المحرك إلى الحد الأدنى حتى الانتقال إلى موارد وقود جديدة بشكل أساسي.
آفاق مكافحة الحطام في الفضاء القريب
العمل النشط نحو تنظيم الأنشطة الفضائية على المستوى العالمي يعطي أرضية للتفاؤل في تقييم تطور الوضع في المستقبل. يتم تضمين الموقف الحذر من نظافة البيئات المدارية في مفاهيم البرامج الإستراتيجية للدول الكبرى ، والتي تساهمأكبر مساهمة في مكافحة الحطام في الفضاء. يعد تنظيف وإزالة الجسيمات الصغيرة والكبيرة إلى مدارات المضلع أحد المجالات الرئيسية في تطهير الفضاء من التلوث من صنع الإنسان ، ولكن لا توجد طرق فعالة لتنفيذ هذا المفهوم حتى الآن. هذه مهمة صعبة من الناحية التكنولوجية ، لذلك لا يزال التركيز الرئيسي في الوقت الحالي على طرق تحسين الأنشطة البشرية في الفضاء.
الخلاصة
إحدى الطرق الجذرية لحل مشاكل الحطام الفضائي هي التوقف تمامًا عن إطلاق المحطات المدارية والأقمار الصناعية حتى تظهر وسائل جديدة وبأسعار معقولة لتنظيف البيئة القريبة من الأرض. لكن هذا الاتجاه هو أيضًا طوباوي بسبب عدد من الأسباب الاقتصادية والتكنولوجية. ومع ذلك ، هناك متطلبات مسبقة لتغيير الوضع للأفضل. حتى لو نظرت إلى الوراء عدة عقود ، يمكنك أن تلاحظ تغييرات جوهرية في موقف الشخص نفسه من هذه المشكلة. لذلك ، إذا كانت الممارسة المعتادة أثناء تشغيل محطة مير الفضائية هي الإطلاق المباشر لمخلفات الطاقم ، فمن المستحيل اليوم تخيل هذا. يتم إدخال المزيد والمزيد من القواعد الصارمة لتنظيم عمليات التواجد في الفضاء الخارجي. يتضح هذا أيضًا من خلال الاتفاقيات الدولية ، التي بموجبها تلتزم الدول المشاركة في الأنشطة الفضائية بالالتزام بمبادئ الحد من التأثير السلبي على الوضع البيئي في البيئة القريبة من الأرض.
