فرایند اکتشاف فضایی که عملاً از اواسط قرن بیستم آغاز شد، معمولاً به عنوان مرحله جدیدی در توسعه دانش علمی و فناوری در جنبه مثبت ارائه می شود. با این حال ، در حال حاضر پس از پرتاب اولین ماهواره ، یک روند منفی کاملاً متفاوت به موازات آن آغاز شد که با مسدود شدن مدارهای نزدیک به زمین مرتبط است. زباله های ساخته شده توسط انسان در فضا مجموعه ای از تهدیدات را هم برای فضاپیماها و هم برای زمین ایجاد می کند.
منابع زباله های فضایی
زباله در این مورد به مشتقاتی از طبیعت ساخته دست بشر اشاره دارد که بسیار متنوع هستند، اما با فعالیت مستقیم انسان مرتبط هستند. برای مثال، شهاب‌سنگ‌های طبیعی، برخلاف زباله‌های ساخته‌شده توسط انسان، که به دلیل ماندن طولانی‌مدت در مدار پایین زمین، تهدیدی را ایجاد می‌کنند، تهدیدی نیستند.
بنابراین، زباله های خطرناک در فضا از کجا می آیند؟ بیشتر آن استتولید شده در طول پرتاب ماهواره و پرتاب سایر وسایل نقلیه به مدار. در چنین فرآیندهایی، کشتی‌های سرنشین دار یا خودکار همراه الزاماً درگیر هستند که اشیاء فنی و مواد مصرفی را پشت سر می‌گذارند. خطرناک ترین منبع آلودگی از این نوع، انهدام ماهواره ها و کشتی ها در مدار است که در نتیجه تجهیزات مدیریت نشده و قطعات ساختاری هواپیما در فضا باقی می ماند. به خودی خود، قطعات پس از سقوط تجهیزات یا در فرآیند رهاسازی برنامه ریزی شده زباله در یک تعداد تهدید جدی ایجاد نمی کنند. با این حال، با تجمع طولانی مدت، اجسام بزرگ، اغلب با پتانسیل رادیواکتیو بالا، تشکیل می شوند که تخریب آنها را دشوار می کند.
نقش مهمی در فرآیندهای تشکیل زباله های خطرناک اثر تخریب "سن" زباله از اجسام فضایی در یک محیط تهاجمی ایفا می کند. گرد و غبار کیهانی، تشعشع، افراط در دما، اکسیداسیون اکسیژن و غیره بر همین انباشت زباله‌ها تأثیر منفی می‌گذارد. بنابراین، نه تنها باید با عناصر فیزیکی که خطر برخورد را ایجاد می‌کنند، بلکه با مواد غیرقابل کنترل و انفجاری که خطر را افزایش می‌دهند مقابله کرد. از بلایا.
پایش زباله های فضایی
خطرات موجود مرتبط با حضور زباله‌های فضایی نیز مستلزم تحقیقات مداوم در مدارهای نزدیک به زمین است. دستگاه های ویژه زباله های دست ساز را با توجه به چندین ویژگی از جمله اندازه، جرم، شکل، سرعت، اسکن می کنند.مسیر، ترکیب و غیره بسته به فاصله از زمین، تجهیزات خاصی استفاده می شود. به عنوان مثال، مدار پایین زمین سیستم LEO به طور معمول فاصله ای از 100 تا 2000 کیلومتر را پوشش می دهد. مهندسی رادیو، رادار، نوری، اپتوالکترونیک، لیزر و سایر دستگاه‌های رصد زباله‌های فضایی در این طیف فعالیت می‌کنند. همزمان الگوریتم های خاصی برای تحلیل اطلاعات دریافتی در این دستگاه ها در حال توسعه است. برای ترکیب مجموعه ای از داده های تکه تکه شده، از مدل های محاسباتی پیچیده ریاضی استفاده می شود که تصویر نسبتاً کاملی از آنچه در یک ناحیه خاص از مشاهده اتفاق می افتد به دست می دهد.
علی رغم استفاده از روش‌های نظارتی با فناوری پیشرفته، هنوز مشکلاتی در ردیابی ذرات کوچک به اندازه چند میلی‌متر وجود دارد. چنین قطعاتی را تنها می توان تا حدی توسط حسگرهای داخلی مطالعه کرد، اما این برای به دست آوردن اطلاعات جامع، به عنوان مثال، در مورد ترکیب شیمیایی جسم کافی نیست. یکی از جهات نظارت بر چنین ذرات، به اصطلاح اندازه گیری غیرفعال است. زمانی بر اساس این اصل اجزای ایستگاه فضایی میر که به زمین بازگشته بود مورد مطالعه قرار گرفت. ماهیت این فناوری ثبت اثرات ذرات مورد مطالعه بر روی سطح دستگاه در فضای باز است. در آزمایشگاه ها، انواع مختلفی از آسیب ها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت، که امکان به دست آوردن اطلاعات اضافی در مورد زباله های فضایی را فراهم کرد. امروزه تیم‌هایی از فضانوردان در این مسیر تحقیقاتی مستقیماً در مدار کار می‌کنند و سطوح فضاپیماهای در حال کار را بازرسی می‌کنند.
توزیع زباله در فضای نزدیک به زمین
نظارت بر فضای بیرونی نشان دهنده توزیع نابرابر زباله از انواع مختلف در مدارها است. بزرگترین خوشه ها در منطقه مدار پایین مشاهده می شوند - به ویژه، در مقایسه با مدارهای بالا، تفاوت در چگالی می تواند هزار برابر باشد. در عین حال، بین چگالی خوشه ها و اندازه ذرات رابطه وجود دارد. چگالی فضایی زباله‌های با اندازه متوسط معمولاً در مدارهای بالا کمتر از مدارهای پایین است و نسبت کمتری نسبت به عناصر درشت دانه دارد.
ویژگی های توزیع زباله های فضایی در اطراف زمین تحت تأثیر عوامل متعددی است که از جمله آنها می توان به ویژگی های منشاء اشاره کرد. به عنوان مثال، قطعات کوچکی که در نتیجه تخریب بخش‌هایی از ایستگاه یا ماهواره‌ها ایجاد می‌شوند، بردارهای سرعت ناپایدار دارند. در مورد زباله های بزرگ، به دلیل پویایی بالا، می تواند به ارتفاعات بالا تا 20000 کیلومتر برسد و همچنین در حلقه زمین ثابت پخش شود. در سطح 2000 کیلومتری، توزیع ناهمواری با نقاط افزایش تراکم به ویژه در 1000 و 1500 کیلومتر وجود دارد. به هر حال، مدار زمین ثابت بیشترین گرفتگی را دارد و در ناحیه آن تمایل زیادی به رانش زباله ثبت شده است.
روندهای توسعه زباله های فضایی
دانشمندان فضایی بیشتر نگران تهدیدات بالقوه هستند تا تهدیدهای فعلیزباله در مدارهای زمین در حال حاضر، مطالعات حاکی از افزایش 4-5 درصدی میزان آلودگی در سال است. علاوه بر این، نقش پرتاب فضاپیماها هنوز به طور قابل اعتماد از نظر رشد جمعیت اجسام خارجی در مدارهای مختلف ارزیابی نشده است. اجسام بزرگ قابل پیش بینی هستند، اما همانطور که قبلا ذکر شد، اطلاعات محدود در مورد زباله های کوچک حتی در فضای نزدیک به ما اجازه نمی دهد تا با درجه بالایی از عینیت در مورد ویژگی های زباله های انبوه صحبت کنیم. با وجود این، دانشمندان دو نتیجه گیری بدون ابهام در مورد زباله های کوچک دارند:
- حجم ذرات کوچکی که در نتیجه تخریب تشکیل می شوند با افزایش تعداد برخوردها به طور پیوسته افزایش می یابد. هم در شرایط آزمایشگاهی و هم در مطالعات نظری، نشان داده شد که قطعات کوچک بخش قابل توجهی از عناصر را تشکیل می دهند که از اشیاء تخریب جدا شده اند.
- ذرات بسیار ریز به شکل محصولات برخورد مشابه بیشتر در معرض تأثیرات منفی نیروهای خارجی هستند. اثر تخریب زمانی که زباله ها برای مدت طولانی در شرایط تهاجمی قرار دارند، احتمال ارزیابی قابل اعتماد آینده چنین تجمعی را کاهش می دهد.
بدیهی است که مشکلات یافتن زباله در فضا بدتر خواهد شد که نیاز به اتخاذ اقدامات مناسب دارد. اما حتی با تعطیلی کامل پروژه‌های مرتبط با فضا، مدار زمین همچنان در نتیجه برخورد عناصر آلودگی موجود با ذرات طبیعی مسدود می‌شود. با اینرسی، این روند حداقل تا 100 مورد دیگر ادامه خواهد داشتسال.
انواع اثرات آلودگی فضا
خطرناک ترین پیامدهای منفی ناشی از نفوذ زباله های فضایی شامل موارد زیر است:
- آسیب اکولوژیکی به زمین. به خودی خود، وجود زباله های تکنولوژیک در مدار نزدیک زمین مستلزم تغییر در پس زمینه اکولوژیکی است و خلوص اولیه محیط را نقض می کند. به گفته اخترشناسان-رصدگران، روند کاهش شفافیت فضای نزدیک به زمین در حال پیشرفت است که وجود تداخل در عملکرد تجهیزات رادیویی را نیز توضیح می دهد. به طور مستقیم برای زمین، می توان به خطر سقوط اجزای با مواد سوختی اشاره کرد که عملکرد موتورهای جت را تضمین می کند.
- ریزش زباله به زمین. حتی بدون اثر رادیواکتیو، سقوط زباله‌های مصنوعی از فضای نزدیک می‌تواند منجر به عواقب فاجعه‌باری شود. تا به امروز، بزرگترین اجرام فرود آمده بیش از 100 تن جرم نداشتند، اما این خطر جدی برای سیاره ایجاد نمی کرد. از سوی دیگر، با افزایش شدت انسداد مدار زمین، این سناریو به طور فزاینده ای تیره و تار خواهد شد.
- خطر برخورد فضایی. آسیب زباله های فضایی برای تجهیزات مورد استفاده در پشتیبانی پرواز را دست کم نگیرید. اثرات یکسان ذرات بزرگ و کوچک می تواند منجر به اختلالات قابل توجهی در عملکرد دستگاه ها شود و حوادث بزرگ چشم انداز اجرای پروژه های بلندپروازانه پرهزینه را به خطر می اندازد.
سیستم های ارزیابی خسارت تصادفآشغال
اول از همه، روش از قبل تثبیت شده برای تجزیه و تحلیل اثرات روی سطح فضاپیما با بررسی خارجی توسط خود فضانوردان اعمال می شود. همانطور که در بالا ذکر شد، نتایج چنین مطالعاتی می تواند بیشتر برای تعیین ویژگی های زباله مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، دقیق ترین اطلاعات تحلیلی تنها توسط آزمایش های آزمایشگاهی ارائه می شود که در آن مواد هدف به طور مصنوعی تحت تأثیر قرار می گیرند. تقلید از برخورد تجهیزات با زباله در فضا از طریق ضربه های بسیار سریع محقق می شود. علاوه بر این، با استفاده از مدل‌سازی کامپیوتری و دیجیتال، داده‌های به‌دست‌آمده با تجزیه و تحلیل ویژگی‌های آسیب و مکانیک ضربه بر شی مورد نظر پردازش می‌شوند. از جمله شاخص‌های اصلی می‌توان به ویژگی‌هایی مانند استحکام، حفظ عملکرد، بقای اجزای جداگانه، درجه تکه تکه شدن و غیره اشاره کرد.
تعیین سطح تهدید زباله های فضایی
حتی در مراحل طراحی ایستگاه های مداری و مجتمع های فضایی، احتمال برخورد با انواع زباله ها در نظر گرفته شده است. برای محاسبه قابلیت اطمینان طراحی بهینه، از داده‌های مربوط به محیط خاصی که دستگاه در آن استفاده خواهد شد، استفاده می‌شود. در عین حال، عدم دقت روش های تجربی و تحلیلی برای ارزیابی تهدیدات همچنان یک مشکل قابل توجه است. زباله‌های موجود در فضا را فقط می‌توان تا حدی از مفروضات بررسی کرد، و این امر، آماده‌سازی صحیح وسایل نقلیه برای برخورد با سرعت بالا را برای طراحان دشوار می‌سازد. برایبرای ارزیابی تقریبی تهدید، از مفهوم جریان های عمومی زباله های فضایی استفاده می شود که به طور بالقوه می توان در مسیر فضاپیما با آن مواجه شد. داده های بیشتر در مورد چگالی شار، سرعت، زوایای حمله و تعداد ضربه های مورد انتظار نمایش داده می شود.
راههای کاهش تهدیدات ناشی از زباله در فضا
سطح نسبتا پایین نظارت و شناسایی زباله های فضایی با پیش بینی آن تنها بخشی از مشکل است. در مرحله حاضر، متخصصان با تعدادی از مسائل مربوط به کاهش خطرات ناشی از تأثیر منفی زباله های ساخت بشر در فضای بیرونی مواجه هستند. امروزه دو جهت برای حل این مشکل در نظر گرفته شده است. اولاً، این کاهش کلی در پروازها و همچنین به حداقل رساندن فرآیندهای فناوری است که منجر به مسدود شدن مدارها در سطوح مختلف می شود. ثانیاً، می توان در مورد بهینه سازی ساختاری وسایل نقلیه با کاهش قطعاتی که به طور بالقوه می توانند به زباله های فضایی تبدیل شوند، صحبت کنیم. امروزه توجه ویژه ای در سیستم های کنترل فضایی به آلودگی با مواد رادیواکتیو اختصاص یافته است. این مربوط به به حداقل رساندن محصولات اگزوز موتور تا انتقال به منابع جدید سوخت است.
چشم انداز مبارزه با زباله ها در فضای نزدیک
کار فعال در جهت تنظیم فعالیت های فضایی در سطح جهانی زمینه ای برای خوش بینی در ارزیابی توسعه وضعیت در آینده می دهد. نگرش دقیق به پاکیزگی محیط های مداری در مفاهیم برنامه های استراتژیک بزرگترین ایالت ها گنجانده شده است.بزرگترین کمک به مبارزه با زباله در فضا. پاکسازی و حذف ذرات ریز و درشت به مدارهای چندضلعی یکی از زمینه‌های کلیدی در پاکسازی فضا از آلودگی‌های انسان‌ساز است، اما هنوز روش‌های موثری برای اجرای این مفهوم وجود ندارد. این کار از نظر تکنولوژیکی دشوار است، بنابراین تاکید اصلی در حال حاضر هنوز بر روی راههای بهینه‌سازی فعالیت‌های انسان در فضا است.
نتیجه گیری
یکی از راههای اساسی برای حل مشکلات زباله‌های فضایی، توقف کامل پرتاب ایستگاه‌ها و ماهواره‌های مداری است تا زمانی که ابزارهای جدید و مقرون‌به‌صرفه‌تری برای پاکسازی محیط نزدیک به زمین ظاهر شوند. اما این جهت به دلیل تعدادی از دلایل اقتصادی و فناوری نیز آرمان‌شهری است. با این وجود، پیش نیازهایی برای تغییر وضعیت به سمت بهتر وجود دارد. حتی اگر چندین دهه به گذشته نگاه کنید، می توانید متوجه تغییرات اساسی در نگرش خود شخص به این مشکل شوید. بنابراین، اگر در طول عملیات ایستگاه فضایی میر، رویه معمول رهاسازی مستقیم مواد زائد خدمه بود، امروز تصور این امر غیرممکن است. قوانین سختگیرانه تری برای تنظیم فرآیندهای حضور در فضای بیرونی معرفی می شوند. این موضوع را کنوانسیون های بین المللی نیز نشان می دهد که بر اساس آن کشورهای شرکت کننده در فعالیت های فضایی موظف به رعایت اصول کاهش اثرات منفی بر وضعیت اکولوژیکی در محیط نزدیک به زمین هستند.
