رائد الفضاء، الفضاء هو منزلك: حول النفايات الخطرة في الفضاء

اعتبارًا من هذه اللحظة، تتسابق أكثر من نصف مليون قطعة من النفايات الفضائية في مدارات مختلفة فوق الأرض، فهل يصبح الفضاء أيضًا مكانًا آخر سيتم استخدامه دون حساب مثل الهواء والأرض والبحر؟

لقد سمعنا جميعاً عن التحديات والمخاطر التي ينطوي عليها الطيران إلى الفضاء، ونحن في إسرائيل لدينا تجربة شخصية مريرة في هذا المجال. ولكن في السنوات الأخيرة، تزايد تهديد جديد لأولئك الذين يجرؤون على تجاوز حدود الغلاف الجوي.

ها هي المشكلة. اعتبارًا من هذه اللحظة، تتسارع أكثر من نصف مليون قطعة من الحطام الفضائي في مدارات مختلفة فوق الأرض. أستخدم كلمة "مسرعة" عمدًا، فسرعات هذه القطع من القمامة تتراوح من عشرين ألف كيلومتر في الساعة إلى ثلاثين ألف كيلومتر في الساعة وأكثر، ويمكن أن يصل حجم كل واحدة منها إلى حجم حبة البازلاء أو أكثر. لا تدع وهم "البازلاء" يخدعك: الأمر كله يتعلق بالسرعة. عندما تصطدم قطعة معدنية قطرها سنتيمتر واحد بسفينة فضائية تتحرك من تلقاء نفسها بسرعة عدة آلاف من الكيلومترات في الساعة، فإن الطاقة المنطلقة في الاصطدام تكون هائلة. يبلغ متوسط ​​سرعة جسم ما في مدار أرضي منخفض حوالي سبعة كيلومترات في ثانية واحدة - أي ما يقرب من عشرة أضعاف سرعة رصاصة البندقية. والطاقة الحركية، وهي طاقة حركة الجسم، تزداد وفقا لمربع سرعته. وهذا يعني أنه إذا اصطدم جسم صغير بحجم رصاصة البندقية بالمركبة الفضائية بهذه السرعة، فسيكون التأثير أقوى 100 مرة من تأثير الرصاصة العادية. وإذا نظرنا إلى الأمر من زاوية أخرى، فإن جسمًا أصغر بمئة مرة من المقذوف يكفي لإحداث ضرر لسفينة الفضاء كما لو تم إطلاقها من مسافة قريبة.

كيف وصلنا إلى هذا الوضع، مع وجود مئات الآلاف من الكوارث المحتملة التي تحوم فوق الكوكب؟ والسبب هو الإهمال المستمر منذ سنوات عديدة. هنا مثال تمثيلي.

في الخمسينيات، قبل عصر الأقمار الصناعية، كانت معظم الاتصالات العسكرية السرية تتم عبر كابلات تحت الماء في المحيطات. كان الجنرالات الأمريكيون يخشون أن يقوم الروس ببساطة بقطع هذه الكابلات في وقت الحرب، فبحثوا عن وسيلة اتصال لا يمكن إيقافها.

توصل أحدهم إلى الفكرة الذكية التالية: بعد ذلك، سيتم إرسال ملايين الإبر الصغيرة إلى الفضاء، والتي ستسافر في مدار دائري على ارتفاع حوالي ثلاثة آلاف وسبعمائة كيلومتر. أعتقد أنه يمكنك تخمين أين تتجه هذه القصة بأكملها. كان القصد من ذلك هو أن تخلق الإبر الصغيرة، التي يبلغ طول كل منها سنتيمترًا ونصف، نوعًا من "الحزام المعدني" حول الأرض (كان يُطلق عليه "حزام فورد الغربي"). إذا قمت بإرسال موجات الراديو بتردد يتطابق مع طول الإبر (ثمانية جيجاهيرتز، في هذه الحالة)، فإن موجات الراديو سوف تتبعثر من حزام غرب فورد وتعود إلى الأرض، مما يتيح اتصالات الموجات الراديوية حول العالم دون تداخل.

إنها فكرة رائعة بلا شك، وقد أثبتت نفسها في الواقع: فقد تناثرت الإبر في المسار المطلوب، وتمكن الأمريكيون من إجراء العديد من عمليات البث الإذاعي طويلة المدى الناجحة. في الوقت نفسه، بدأت الطفرة في عالم أقمار الاتصالات، وأصبح قمر الاتصالات بديلاً رائعًا للحزام المعدني: إنهم يفعلون الشيء نفسه، من حيث المبدأ، لكنهم أكثر كفاءة. القمر الصناعي هو جهاز نشط: فهو يستقبل موجات الراديو من الأرض، ويمكنه تضخيمها أو تغيير ترددها، وتحديد قوة الإرسال وإرسال إرسال عالي الجودة. من ناحية أخرى، فإن حزام West Ford هو مجرد مجموعة من الإبر السلبية تمامًا. من الواضح تمامًا إذن سبب التخلي عن هذه الفكرة بسرعة، ويتبقى أمامنا أربعمائة وثمانون مليون إبرة لتفاديها. لقد تمكن جزء كبير من الإبر من السقوط على الأرض منذ ذلك الحين، ولكن إن شاء الله هناك المزيد في السماء.

الرقم الذي ذكرته سابقًا، نصف مليون قطعة من القمامة في الفضاء، لا يشير إلا إلى قطع بحجم سنتيمتر أو أكثر، ولكن هناك الملايين من الجزيئات الأصغر حجمًا والتي لا تقل خطورة. على مر السنين، تم استبدال حوالي ستين نافذة في المكوكات الفضائية المختلفة بسبب الخدوش العميقة والخدوش الناجمة عن تأثير الجزيئات الصغيرة. وفي إحدى الحالات الأكثر خطورة التي تذكرها وكالة ناسا، أدى الاصطدام بجسيم طلاء يبلغ طوله ملليمترًا واحدًا إلى تحطيم نافذة المكوك بالكامل تقريبًا، مما أدى إلى حدوث حفرة يبلغ قطرها عدة سنتيمترات على الزجاج الأمامي. إذا ضرب هذا الجسيم رائد فضاء أثناء السير في الفضاء، على سبيل المثال، فمن المؤكد تقريبًا أن البدلة ستتمزق.

لا يتعلق الأمر دائمًا بالأقمار الصناعية أو سفن الفضاء. القمامة في الفضاء متنوعة للغاية: فقد ألقى رواد الفضاء في محطة مير الفضائية أكثر من مائتي كيس قمامة ثقيل في الفضاء. أحيانًا يفقد رواد الفضاء أثناء السير في الفضاء الكاميرات، والمفكات، والكماشة، وحتى القفازات. ولكن ما هي الاستثناءات: معظم الأجسام التي تطفو في الفضاء هي نتيجة الاصطدامات والانفجارات التي تؤدي في وقت واحد إلى تناثر عشرات الآلاف من الشظايا والشظايا في كل مكان.

أحد الحلول المطبقة اليوم هو التدريع السلبي للمركبات الفضائية. "Magan Wiffle" هي واحدة من وسائل الحماية السلبية تلك: المبدأ بسيط ولكنه ذكي. فبدلاً من أن يكون جدار المركبة الفضائية مصنوعاً من طبقة واحدة صلبة من مادة غير شفافة، يتم بناء الجدار من عدة طبقات متجاورة بحيث يكون هناك مسافة صغيرة بينها. عندما يصطدم جسيم صغير، مثل جسيم الطلاء الذي كاد أن يحطم نافذة مكوك الفضاء، بالجدار، فإن هذا التصادم يولد حرارة شديدة تؤدي إلى إذابة الجسيم جزئيًا. عندما يمر الجسيم بالجدار الخارجي ويلتقي بالطبقة الداخلية بعده، فهو بالفعل سائل وينتشر على مساحة أكبر. تعني المساحة الكبيرة (لا تنس أنها لا تزال بضعة سنتيمترات مربعة فقط) أن الضغط الذي يمارسه الاصطدام على الحائط يتبدد أيضًا، ويصمد الجدار. تقتصر فعالية درع الوافل على الأجسام الصغيرة فقط، بطبيعة الحال، وستمر قطعة معدنية بحجم كرة الجولف عبرها كما لو كانت سمنًا وربما تخرج من الجانب الآخر من المركبة الفضائية. لا أريد أن أكون رائد فضاء في المحطة الفضائية عندما يحدث ذلك.

ومع ذلك، هناك تقدم هنا في الاتجاه الصحيح. في السابق، لم يبذل أحد أي جهد للتخلص من الأقمار الصناعية بعد انتهاء خدمتها، وكان الشغل الشاغل للمهندسين هو التأكد من أن القمر الصناعي إذا عاد إلى الأرض لن يسقط على رأس أحد. إنها ليست مهمة سهلة، ولم يكن رواد الفضاء في سفن الفضاء الأولى يعرفون (أو عرفوا بشكل تقريبي) أين سيسقطون عند عودتهم. جون جلين، أول أمريكي في الفضاء، أخذ معه في سفينة الفضاء ملاحظة كتب عليها بعدة لغات - "أنا غريب عن النجوم وأقول مرحباً. خذني إلى قائدك وستنال مكافأة عظيمة في الحياة الأبدية." وأوضح جلين لاحقًا أنه كان يخشى أن يقع في أيدي قبيلة بدائية في المحيط الهادئ، وفي جميع الأفلام التي شاهدها يقول البطل دائمًا للهمج خذوني إلى زعيمكم. يحاول مهندسو اليوم إسقاط الأقمار الصناعية في مناطق نائية بشكل خاص على الأرض، لتقليل مخاطر إلحاق الأذى بالمدنيين.

وتوصل العالم دونالد كيسلر إلى النظرية المعروفة باسم متلازمة كيسلر. وفقًا لحسابات كيسلر، حتى لو أوقفنا اليوم جميع عمليات إطلاق المركبات الفضائية مرة واحدة، فإن كمية النفايات التي تراكمت في الفضاء قد وصلت بالفعل إلى كتلة حرجة. إن الآلية الأكثر مسؤولية عن تلوث الفضاء هي الاصطدامات والانفجارات، وكل تصادم بين جسمين يخلق كتلا من شظايا صغيرة تتناثر في الفضاء، وتصطدم بأجسام أخرى وهكذا. في غضون بضعة عقود، توقع كيسلر أن الاصطدامات الحتمية بين قطع القمامة الموجودة بالفعل في السماء اليوم ستملأ الفضاء بعدد لا يحصى من الجزيئات الخطرة. ستشكل هذه الجسيمات غلافًا مميتًا حول الأرض، وهو غلاف من شأنه أن يمنع فعليًا أي احتمال للذهاب إلى الفضاء. إذا تحققت هذه الرؤية الرهيبة، فقد نجد أنفسنا في وضع لن تتمكن فيه أجيال كاملة من أبناء الأرض من تطوير تكنولوجيا الفضاء المتقدمة، وقد يكون لذلك تأثير شديد على التكنولوجيا بشكل عام.

هل نحن متأخرون؟ هل سيكون هذا هو الحال في السنوات القادمة؟ الوقت سوف اقول. اعتبارًا من اليوم، نتعامل مع الهواء الذي نتنفسه ومياه الشرب الموجودة في الأرض والمياه المالحة في المحيطات بنفس الإهمال الذي تعامل به العلماء مع الفضاء "اللانهائي" خارج الأرض. على أقل تقدير، نتعلم درسا واحدا واضحا من الأمر برمته: ليس من السابق لأوانه أبدا التفكير في المستقبل.

(المقالة مأخوذة من برنامج "صنع التاريخ!"، وهو بودكاست نصف أسبوعي حول العلوم والتكنولوجيا والتاريخ على www.ranlevi.blogspot.com)