فضانوردان باید با حجم فزاینده‌ای از زباله‌های فضایی در مدار زمین دست‌وپنجه نرم کنند اما در صورت بروز چنین مشکلی در «ایستگاه فضایی بین‌المللی»، رویه‌هایی وجود دارد.
به گزارش وب ناسا و به نقل از اسپیس، زباله‌های فضایی هر چند وقت یک بار، بر سر راه «ایستگاه فضایی بین‌المللی»(ISS) قرار می‌گیرند. ایستگاه فضایی بین‌المللی از سال ۱۹۹۸ در مدار بوده و به خاطر وجود زباله‌های فضایی، ده‌ها بار مجبور به انجام دادن مانورهای فرار شده است. گزارش دسامبر ۲۰۲۲ ناسا نشان می‌دهد که ایستگاه فضایی بین‌المللی از سال ۱۹۹۹ تاکنون ۳۲ بار خود را اصلاح کرده است تا از برخورد با ماهواره‌ها و زباله‌های فضایی قابل ردیابی جلوگیری کند.
حملاتی از سوی ریزشهاب‌سنگ‌ها یا زباله‌های فضایی ناشی از فضاپیماهای روسی «پراگرس»(Progress) و «سایوز»(Soyuz) ثبت شده‌اند اما با پرتاب ماهواره‌های بیشتر به فضا، مشکل زباله‌های فضایی با سرعت بیشتری در حال رشد است و خطر برخورد آنها با ایستگاه فضایی بین‌المللی یا با یکدیگر را افزایش می‌دهد. پراکندگی زباله‌های فضایی شناخته‌شده، ایستگاه فضایی بین‌المللی را به انجام دادن مانورهای اجتنابی مجبور کرده، فضانوردان را به پناه گرفتن ملزم کرده و حتی پیاده‌روی‌های فضایی را لغو کرده است.
در این گزارش می‌بینیم که ایستگاه فضایی بین‌المللی چه زمانی مجبور است از زباله‌ها دوری کند، چگونه از مسیر برخورد با زباله‌های فضایی خارج می‌شود و اگر ناسا و شرکای ایستگاه فضایی بین‌المللی نتوانند به موقع مانورهای فرار را انجام دهند، چه اتفاقی می‌افتد.
ایستگاه فضایی بین‌المللی چه زمانی مجبور می‌شود از زباله‌های فضایی دوری کند؟
مدار ایستگاه فضایی بین‌المللی که در حدود ۴۰۰ کیلومتر بالاتر از زمین قرار دارد، بیش از هر زمان دیگری مملو از زباله‌های فضایی است. این موضوع تا اندازه‌ای به دلیل افزایش تعداد ماهواره‌ها است.
دستورالعمل‌های دیرینه ناسا، ایستگاه فضایی بین‌المللی را ملزم می‌کنند که در صورت قرار گرفتن یک ماهواره در اطراف مدار ایستگاه، مانور اجرا شود.
مقامات ناسا در مه ۲۰۲۱ نوشتند: زمانی که پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهند که هر شیء ردیابی‌شده در فاصله نگران‌کننده‌ای از نزدیک ایستگاه فضایی بین‌المللی عبور می‌کند و کیفیت داده‌های ردیابی به اندازه کافی دقیق تلقی می‌شود، مراکز کنترل ماموریت در هیوستون و مسکو با یکدیگر همکاری می‌کنند تا یک اقدام محتاطانه را انجام دهند.
مشکل زباله‌های فضایی چقدر خطرناک است؟
«اتحادیه دانشمندان نگران»(Union of Concerned Scientists)، ۵۴۶۵ ماهواره فعال را تا ماه مه ۲۰۲۲ ردیابی کرد که در مقایسه با شش ماه پیش از آن یعنی دسامبر ۲۰۲۱، با ۴۸۵۲ ماهواره ثبت‌شده، ۱۲ درصد افزایش داشته است. آنها اطلاعات خود را از آمارهای به‌روزشده «دفتر امور فضایی ملل متحد» یا «یونوسا»(UNOOSA) به دست می‌آورند.
«استیون یانگ»(Steven Young)، نماینده اتحادیه واشنگتن دی‌سی در مارس ۲۰۲۲ نوشت: تعداد ماهواره‌های عملیاتی که در حال حاضر در مدار قرار دارند، شگفت‌انگیز است. تعداد ماهواره‌های پرتاب‌شده در سال جاری(۲۰۲۲)، بیشتر از تعداد کل ماهواره‌های فعال در سال ۲۰۱۶ یعنی تنها شش سال پیش است.
اکثریت قریب به اتفاق ماهواره‌های جدید متعلق به شرکت «اسپیس ایکس»(SpaceX) هستند که قصد دارد در کوتاه‌مدت، حداقل ۱۲ هزار ماهواره پهن‌باند «استارلینک»(Starlink) را در مدار پایین زمین داشته باشد و برای ۳۰ هزار ماهواره دیگر درخواست تایید کرده است. اسپیس ایکس گفته که رویه‌هایی را برای دور کردن ماهواره‌های استارلینک از مسیر مشکل‌ساز در نظر گرفته است.
مدار ماهواره‌های استارلینک متفاوت است اما برخی از آنها در ارتفاعی بین ۳۴۰ تا ۳۵۰ کیلومتر قرار دارند که نزدیک به ایستگاه فضایی بین‌المللی است.اگرچه تعداد ماهواره‌های استارلینک بسیار زیاد است اما مقامات این شرکت در به‌روزرسانی فوریه ۲۰۲۲ نوشتند: برای انجام دادن عملیات فضایی ایمن به روشی مقیاس‌پذیر، اسپیس ایکس هر ماهواره را به یک سیستم خودکار جلوگیری از برخورد مجهز کرده است که تضمین می‌کند ماهواره می‌تواند برای جلوگیری از برخورد احتمالی با اجسام دیگر مانور دهد.
طبق جدولی که «جاناتان مکداول»(Jonathan McDowell)، اخترشناس «مرکز اخترفیزیک هاروارد اسمیتسونین»(CFA) ارائه داده، اسپیس ایکس از مارس ۲۰۲۳ تقریبا ۴۰۰۰ ماهواره را به مدار پرتاب کرده است. مقاله‌ای که در آوریل ۲۰۲۰ توسط مکداول ارائه شد، نشان می‌دهد که مدار پایین زمین در سال‌های اخیر به دلیل پرتاب ماهواره‌های استارلینک، شاهد افزایش چشمگیر جمعیت ماهواره‌ها بوده است. مدار ماهواره‌های استارلینک متفاوت است اما برخی از آنها در ارتفاعی بین ۳۴۰ تا ۳۵۰ کیلومتر قرار دارند که نزدیک به ایستگاه فضایی بین‌المللی است.
در فوریه ۲۰۲۳ وقتی از مکداول پرسیده شد که اگر استارلینک و سایر شبکه‌های ماهواره‌ای متعلق به «وان وب»(OneWeb) و شرکت فرعی «آمازون»(Amazon) موسوم به «کویپر سیستمز»(Kuiper Systems) به طور کامل ساخته شوند، وضعیت در مدار چگونه خواهد بود، پاسخ داد: مدار زمین مانند یک بزرگراه بین ایالتی در ساعت شلوغی و هنگام وقوع طوفان برفی خواهد شد که همه با سرعت بسیار زیاد در آن رانندگی می‌کنند؛ با این تفاوت که چندین بزرگراه بین ایالتی وجود دارد که بدون چراغ توقف از یکدیگر می‌گذرند.
«هیو لوئیس»(Hugh Lewis)، رئیس گروه تحقیقاتی فضانوردی در «دانشگاه ساوتهمپتون»(Soton) و کارشناس برجسته زباله‌های فضایی اروپا، در اوت ۲۰۲۱ به اسپیس گفت که ماهواره‌های استارلینک، تنها منبع اصلی خطر برخورد در مدار پایین زمین هستند. لوئیس، پژوهش خود را براساس «پایگاه داده سقراط»(Socrates database) انجام می‌دهد که توسط سازمان غیرانتفاعی «سلزترک»(CelesTrak) ارائه می‌شود. این پایگاه داده، اطلاعاتی را درباره مدارهای ماهواره ارائه می‌دهد و مسیر ماهواره‌ها را برای برآورد کردن برخورد مدل‌سازی می‌کند.
لوئیس در سال ۲۰۱۹ طی مصاحبه با اسپیس گفت: من برای درک بار این ابرشبکه ماهواره‌ای، داده‌های مربوط به مه ۲۰۱۹ را بررسی کردم که استارلینک برای نخستین بار راه‌اندازی شد. تعداد برخوردهای دریافت‌شده توسط پایگاه داده سقراط از آن زمان، بیش از دو برابر شده است و اکنون در شرایطی هستیم که استارلینک نیمی از تمام برخوردهای احتمالی را تشکیل می‌دهد.
هزاران قطعه زباله فضایی در مدار پایین زمین وجود دارند که متعلق به بیش از ۶۵ سال پرتاب ماهواره هستند و در مورد آنها چیزی گفته نشده است.علاوه بر این، هزاران قطعه زباله فضایی در مدار پایین زمین وجود دارند که متعلق به بیش از ۶۵ سال پرتاب ماهواره هستند و در مورد آنها چیزی گفته نشده است. برخی از این قطعات متعلق به ماهواره‌های مرده، برخی از آنها قطعات ناشی از برخوردها و برخی دیگر قطعات سرگردانی از زباله‌های ناشی از فعالیت‌های فضایی هستند.
«فرماندهی دفاع هوافضای آمریکای شمالی»(NORAD) تا مارس ۲۰۲۳ بیش از ۴۷ هزار شیء فضایی را ردیابی کرده است. بسیاری از این زباله‌ها برای ردیابی با فناوری کنونی بسیار کوچک هستند. همه قطعات مرده نمی‌توانند مدار خود را تغییر دهند و اگر هیچ برنامه محکمی برای پاکسازی آنها وجود نداشته باشد، هرگونه نزدیکی به ایستگاه فضایی بین‌المللی، چاره‌ای را جز کناره‌گیری از مسیر برای کنترل‌کننده‌ها باقی نمی‌گذارد.
ایستگاه فضایی بین‌المللی چگونه زباله‌های فضایی را دور می‌زند؟
با توجه به اطلاع کافی، فضاپیماهای باری که به ایستگاه فضایی بین‌المللی پرتاب می‌شوند، سوخت اضافی را حمل می‌کنند تا در صورت نیاز بتوانند برای تنظیم مدار ایستگاه، موتورهای خود را روشن کنند و به این مجموعه آزمایشگاهی کمک کنند که زباله‌های فضایی را دور بزند. یک نمونه از این وضعیت، در ۲۵ اکتبر ۲۰۲۲ پیش آمد که کنترل‌کننده‌های فضاپیماری روسی «پراگرس ۸۱»(Progress ۸۱)، موتورهای خود را به مدت پنج دقیقه و پنج ثانیه روشن کرد تا از برخورد با زباله‌ها جلوگیری کند.
مقامات ناسا در آن زمان نوشتند که این مانور، ارتفاع ایستگاه فضایی بین‌المللی را ۰.۳۲ کیلومتر در اوج و ۱.۳ کیلومتر در حضیض افزایش داد و هیچ تاثیری بر عملیات عادی ایستگاه نداشت.
این زباله‌ها بخشی از یک آزمایش ضد ماهواره‌ای مخرب روسیه بودند که در ۱۵ نوامبر ۲۰۲۱ انجام شد و مورد محکومیت بین‌المللی قرار گرفت. قطعات ایجاد شده توسط این آزمایش، بارها در نزدیکی ایستگاه فضایی بین‌المللی و ماهواره‌های استارلینک ازدحام کرده‌اند. برای مثال، ایستگاه در ژوئن ۲۰۲۲ مجبور شد برای جلوگیری از برخورد با قطعات ماهواره متلاشی‌شده «کاسموس ۱۴۰۸»(Cosmos ۱۴۰۸) مانور دهد.
ناسا در حال ایجاد یک توانایی پشتیبان برای انجام دادن مانور با فضاپیماهای آمریکا است؛ به ویژه پس از جنگ روسیه و اوکراین که در ۲۴ فوریه ۲۰۲۲ آغاز شد. عملیات ایستگاه فضایی بین‌المللی بیشتر عادی بوده اما روسیه ممکن است در سال ۲۰۲۸ این مجموعه مداری را ترک کند که حداقل دو سال پیش از انتظار ناسا برای به پایان رساندن عملیات ایستگاه است. در این صورت، تقویت‌کننده‌های پراگرس دیگر برای تقویت کردن ایستگاه در دوری کردن از مسیر زباله‌ها در دسترس نخواهند بود. به همین دلیل، ناسا فضاپیمای «سیگنوس»(Cygnus) ساخت شرکت «نورثروپ گرومن»(Northrop Grumman) را موظف کرد تا در ۲۵ ژوئن ۲۰۲۲ یک عملیات آزمایشی را انجام دهد. دو تلاش صورت گرفت تا عملیات انجام شود اما نهایتا این فضاپیما با موفقیت ایستگاه فضایی بین‌المللی را به ارتفاع عملیاتی عادی خود رساند.
اگر ایستگاه فضایی بین‌المللی نتواند به موقع از زباله‌ها دوری کند، خدمه چگونه پناه می‌گیرند؟
اگر خدمه ایستگاه فضایی بین‌المللی اطلاع کافی نداشته باشند یا اگر داده‌های ردیابی تا حدودی نادرست باشند، ناسا و سایر شرکا دستوراتی را برای خدمه صادر می‌کنند تا در وسایل نقلیه فرار خود پناه بگیرند.
همه فضانوردان در فضاپیماهایی اعم از کپسول «دراگون»(Dragon) اسپیس ایکس یا کپسول‌های روسی سایوز قرار خواهند گرفت تا در شرایط اضطراری به خانه برسند. خدمه ایستگاه فضایی بین‌المللی در چنین شرایطی، لباس‌های فضایی را به تن می‌کنند و در وسایل نقلیه فرار خود منتظر نتیجه برخورد می‌مانند. یک مثال قابل توجه در نوامبر ۲۰۲۱ بود که یک قطعه مشکوک از زباله‌های به‌جامانده از «سلاح‌های ضد ماهواره»(ASAT)، در نزدیکی ایستگاه فضایی بین‌المللی پرواز کرد.
اگر خدمه ایستگاه فضایی بین‌المللی اطلاع کافی نداشته باشند یا اگر داده‌های ردیابی تا حدودی نادرست باشند، ناسا و سایر شرکا دستوراتی را برای خدمه صادر می‌کنند تا در وسایل نقلیه فرار خود پناه بگیرند.مقامات ناسا در مه ۲۰۲۱ درباره زباله‌های فضایی و ایستگاه فضایی بین‌المللی نوشتند: این رویه پناه‌گیری، زمان کافی را فراهم خواهد کرد تا در صورت برخورد مخرب، فضاپیماها از ایستگاه جدا شوند. در صورتی که برخورد باعث کاهش فشار در ماژول پشتیبانی از زندگی یا آسیب رسیدن به اجزای حیاتی شود، خدمه می‌توانند ایستگاه را ترک کنند. فضاپیما در مواقع اضطراری، برای خدمه مانند یک قایق نجات عمل می‌کند.
ناسا و روسیه بین ۱۴ دسامبر ۲۰۲۲ و ۲۵ فوریه ۲۰۲۳ مجبور شدند برنامه‌های جایگزینی را با هم برای تخلیه ایستگاه فضایی بین‌المللی انجام دهند تا از برخورد یک ریزشهاب‌سنگ که باعث نشت ویران‌گر در سایوز «ام‌اس-۲۲»(MS-۲۲) شده بود، جلوگیری کنند. هیچ مایع خنک‌کننده‌ای در دسترس فضاپیمای آسیب‌دیده وجود نداشت و تنها دو نفر از سه خدمه تعیین‌شده می‌توانستند به زمین بازگردند. طرح پشتیبان ایستگاه فضایی بین‌المللی برای مواقع اضطراری این بود که صندلی «فرانک روبیو»(Frank Rubio)، فضانورد ناسا در کپسول دراگون «اندورنس»(Endurance) قرار بگیرد. یک سایوز جدید در ۲۵ فوریه ۲۰۲۳ برای جایگزینی فضاپیمای آسیب‌دیده وارد شد. بنابراین، نیازی به اجرای این سناریوی اضطراری وجود نداشت.
هزینه‌ها و عوارض دوری از زباله‌های فضایی
گزارش ناسا درباره رسیدگی به زباله‌های فضایی که در ۱۰ مارس ۲۰۲۳ منتشر شد، هزینه‌ها و عوارض مانور ایستگاه فضایی بین‌المللی را در صورت بروز مشکل برآورد می‌کند. این گزارش براساس منابع اطلاعاتی عمومی متعدد می‌گوید که هر مانور به دو نفر-ساعت تحلیل خطر نیاز دارد. «نفر-ساعت»(person-hour)، واحد اندازه‌گیری زمان مورد نیاز برای انجام دادن یک فعالیت است و معمولا در مدیریت پروژه و طرح‌های پیشنهاد خدمات از آن استفاده می‌شود. این گزارش نشان می‌دهد که تغییر مدار ایستگاه فضایی بین‌المللی فقط در اقلیت کوچکی از شرایط احتمالی برخوردهای نزدیک با زباله‌های فضایی مورد نیاز خواهد بود که حدود دو درصد است.
تقریبا ۷۰ کیلوگرم سوخت برای بالا بردن ایستگاه و ۷۰ کیلوگرم دیگر برای پایین آوردن آن لازم است اما فرض بر این است که ۱۰ درصد از سوخت هدر می‌رود. ایستگاه گاهی اوقات باید این اتلاف را انجام دهد تا از مسیر زباله‌های فضایی خارج شود زیرا مقابله با حرکت مداری آن به سوخت قابل توجهی نیاز دارد.
براساس هزینه محموله ۷۰ هزار دلار به ازای هر کیلوگرم، رقمی که از گزارش سال ۲۰۱۸ «دفتر بازرسی کل ناسا»(OIG) به دست آمده است، نشان می‌دهد که هزینه هر مانور دور زدن زباله‌های فضایی حدود یک میلیون دلار است. تأثیر این رویدادها بر عملیات ایستگاه فضایی بین‌المللی بسیار کم است زیرا عملیات پناه‌گیری خدمه ایستگاه فضایی بین‌المللی، نادر است و براساس این گزارش، به دلیل بهبود تحلیل خطر و قابلیت‌های مانور، بعید به نظر می‌رسد که چنین اقداماتی مورد نیاز باشد. در هر حال، برخورد با زباله‌ها می‌تواند حتی پرهزینه‌تر باشد.
گزارش «شورای تحقیقات ملی»(National Research Council) در سال ۱۹۹۷ که توسط نویسندگان گزارش ناسا نقل شده است، نشان می‌دهد که اگر ایستگاه فضایی بین‌المللی مورد اصابت یک جسم قرار بگیرد، طراحی آن امکان می‌دهد که ایستگاه تا معادل برخورد یک کُره آلومینیومی با قطر یک سانتی‌متر را تحمل کند.
گزارش سال ۲۰۲۳، برخورد با جسمی به قطر بین یک تا ۱۰ سانتی‌متر را فرض می‌کند. گزارش دفتر بازرسی کل ناسا نشان می‌دهد که هزینه تعمیر چنین برخوردی حداقل ۲۰۰ میلیون دلار خواهد بود زیرا یک فضاپیما باید همراه با مواد لازم برای تعمیر کردن به ایستگاه فضایی بین‌المللی برود. با در نظر گرفتن عوامل متعددی مانند زمان خدمه و زمان علمی از دست رفته یا تعمیرات احتمالی سایر عناصر ایستگاه مانند فضاپیماهای متصل، هزینه احتمالا بسیار بیشتر خواهد بود.
ناسا و شرکای ایستگاه فضایی بین‌المللی، رویه‌هایی را برای شرایط اضطراری ایستگاه در نظر گرفته‌اند اما افزایش روزافزون زباله‌های فضایی در مدار باعث ایجاد مشکلات پیچیده‌ای در مدار می‌شود. منتقدان می‌گویند که نکته کلیدی در وهله اول، پرهیز از زباله‌های فضایی، پاکسازی هرچه سریع‌تر زباله‌های فضایی موجود و احتمالا کاهش دادن تعداد پرتاب ماهواره‌ها به طور کلی است. مشخص نیست که مقامات فضایی چگونه مدارهای پرازدحام بالای زمین را مدیریت خواهند کرد اما آنچه به طور قطع مشخص است، این است که اپراتورهای ایستگاه فضایی بین‌المللی همچنان مراقب مشکلات هستند.
