پاکسازی از فضا بسیار دشوارتر از چیزی است که به نظر می رسد
مشکل آلودگی فضا نگرانی کل جامعه هوافضا است. چنین تحولات فرضی در مدار زمین پایین ، مانند سندرم کسلر ، که پیش بینی می کند زباله های فضایی خارج از کنترل شکل می گیرند ، حتی رسانه های مردمی را نیز برانگیخته است. واضح است که نیاز به تحقیقات بنیادی است تا بتوان فهمید که حتی یک قطعه کوچک با چه خطری همراه است و محاسبه می شود که چقدر مایل هستیم برای پاکسازی فضای بیرونی هزینه کنیم.
امروزه سیاستمداران ، دانشمندان ، تکنسین ها و عموم مردم عمیقا از تکثیر زباله های فضایی آگاه هستند. با تشکر از کار اساسی J-K. لیوویل و نیکلاس جانسون ، که در سال 2006 منتشر شدند ، می دانیم که احتمال دارد نرخ آوار همچنان در آینده افزایش یابد ، حتی اگر همه پرتاب ها متوقف شوند. دلیل این رشد مداوم ، برخوردهایی است که انتظار می رود بین ماهواره ها و مراحل موشکی که در حال حاضر در مدار هستند رخ دهد. این نگرانی بسیاری از اپراتورهای ماهواره ای است که مجبور هستند اقدامات مناسبی را برای حفاظت از دارایی های خود انجام دهند.
برخی از کارشناسان معتقدند که این حوادث تنها آغاز مجموعه ای از برخوردها خواهد بود که دسترسی به مدار زمین را تقریباً غیرممکن می سازد. این پدیده ، که اولین بار توسط مشاور ناسا دونالد کسلر به طور مفصل توضیح داده شد ، معمولاً به عنوان سندرم کسلر نامیده می شود. اما به احتمال زیاد واقعیت بسیار متفاوت از پیش بینی ها یا رویدادهای مشابهی است که در فیلم بلند "جاذبه" نشان داده شده است. در واقع ، نتایج ارائه شده به کمیته هماهنگی بین آوارهای فضایی بین آژانس (IADC) در ششمین کنفرانس اروپایی در این زمینه ، نشان می دهد که با پرتاب های مداوم ، آوارها تنها 30 درصد در طول 200 سال افزایش می یابد.
برخوردها همچنان رخ می دهد ، اما واقعیت از سناریوی فاجعه آمیزی که برخی از آن می ترسند ، دور خواهد بود. می توان میزان زباله های فضایی را تا حد متوسطی کاهش داد. پیشنهاد IADC این است که به طور گسترده ای دستورالعمل های کاهش ضایعات فضایی را به طور گسترده ای رعایت کرده و به ویژه در مورد خنثی سازی منابع انرژی ، که باید تا پایان پرواز به طور کامل توسعه یابد و پس از پایان پرواز دفع شود. با این وجود ، از نظر IADC ، افزایش مورد انتظار میزان زباله ، با وجود تلاش های مستمر ، هنوز مستلزم معرفی اقدامات اضافی برای مبارزه با عوامل خطر موجود است.
پیشرفتی نداره؟
علاقه قابل توجهی در احیای محیط فضایی نه سال پس از انتشار آثار لیوویل و جانسون مشاهده شد. به طور خاص ، گام هایی در سراسر جهان برای توسعه روش هایی برای حذف اجسام از مدار پایین زمین برداشته شده است. به عنوان مثال ، آژانس فضایی اروپا اخیراً اعلام کرده قصد دارد از دولت برای پرتاب یک فضاپیمای اروپایی در دهه آینده حمایت دولت را دریافت کند.این سازمان مطالعات متعددی را برای تعیین راههای منطقی و قابل اعتماد برای دستیابی به هدف انجام داده است. یکی از عناصر کلیدی برنامه ریزی ، مدل های کامپیوتری فضای آوار بود ، که نشان می داد با حذف فضاپیماهای خاص یا مراحل موشک می توان از رشد آوار جلوگیری کرد. در شبیه سازی های کامپیوتری ، این اجسام به عنوان مستعدترین برخورد ها شناخته می شوند ، بنابراین پس از خارج شدن آنها از مدار ، تعداد برخوردها باید به شدت کاهش یابد ، که از ظهور آوارهای جدید در نتیجه پراکندگی آوار جلوگیری می کند.
تقریباً ده سال از انتشار آثار لیوویل و جانسون می گذرد و شگفت آور است که در سطح بین المللی یا ملی هیچ اصول روش شناختی وجود ندارد که اقدامات را به طور واضح برای از بین بردن پیامدهای آلودگی فضای نزدیک زمین مشخص کند. به نظر می رسد علیرغم درخواست برای اقدام ، نسبت به ایجاد روش دفع آوارها بی علاقگی وجود دارد. اما آیا واقعاً اینطور است؟
در واقع ، شرایط آنقدرها هم که به نظر می رسد ساده نیست. در مورد روش حذف زباله های فضایی ، برخی سوالات اساسی وجود دارد که هنوز باید به آنها پاسخ داده شود. موضوعات مربوط به مالکیت ، پاسخگویی و شفافیت بسیار مورد توجه است. به عنوان مثال ، بسیاری از فناوری های ارائه شده برای حذف آوار نیز می توانند برای حذف یا غیرفعال کردن یک فضاپیمای فعال استفاده شوند. بنابراین ، می توان انتظار اتهاماتی مبنی بر سلاح بودن این فناوری ها را داشت. همچنین س regardingالاتی در مورد هزینه یک برنامه دفع زباله ثابت وجود دارد. برخی از تکنسین ها آن را ده ها تریلیون دلار تخمین زده اند.
با این حال ، شاید مهمترین دلیل فقدان اصول روش شناسی کافی در این واقعیت نهفته است که ما هنوز نمی دانیم چگونه می توان عملیات احیا را انجام داد ، که در عمل منظور ما تصفیه فضای بیرونی است. اما این بدان معنا نیست که ما نمی دانیم به چه فناوری هایی نیاز داریم.
الگوریتم های یکبار مصرف قبلاً عملاً توسعه یافته اند. مشکل واقعی از یک کار به ظاهر ساده ناشی می شود: تعیین بقایای "صحیح" برای حذف از مدار. و تا زمانی که نتوانیم این مشکل را حل کنیم ، به نظر می رسد که قادر به بازپس گیری فضا نخواهیم بود.
بازی خرابه
برای درک ماهیت مشکل ساز حل یک کار به ظاهر ساده مانند شناسایی زباله هایی که باید حذف شوند ، از قیاس یک بازی با یک عرشه 52 کارت بازی معمولی استفاده می کنیم. در این قیاس ، هر نقشه نمایانگر یک جسم در فضای بیرونی است که ممکن است بخواهیم آن را برای جلوگیری از برخورد حذف کنیم. بعد از اینکه کارت ها به پایان رسید ، هر کارت را جداگانه رو به رو روی میز قرار می دهیم. در حال حاضر هدف ما این است که سعی کنیم آس ها را شناسایی کرده و آنها را از جدول حذف کنیم ، زیرا این کارت ها ماهواره ها یا دیگر اجسام بزرگ فضولات فضایی را نشان می دهند که ممکن است در آینده در تصادم شرکت کنند. ما می توانیم هر تعداد کارت که می خواهیم از روی میز برداریم ، اما هر زمان که یک کارت را برداریم ، باید 10 دلار بپردازیم. علاوه بر این ، وقتی دور می شویم ، حق نداریم به نقشه نگاه کنیم (اگر ماهواره ای از مدار خارج شود ، نمی توان با قاطعیت گفت که دقیقاً چه چیزی می تواند در برخورد شرکت کند). سرانجام ، ما باید 100 دلار برای هر آس که روی میز باقی می ماند بپردازیم ، که نشان دهنده ضررهای احتمالی ناشی از برخورد ماهواره های ما است (در حقیقت ، هزینه تعویض ماهواره می تواند از 100000 دلار تا 2 میلیارد دلار متغیر باشد).
خوب ، چگونه می توانیم این مشکل را حل کنیم؟ در طرف معکوس ، همه کارت ها یکسان هستند ، بنابراین راهی برای تشخیص مکان آس ها وجود ندارد ، و تنها راه اطمینان از اینکه همه آس ها را پاک کرده ایم ، پاک کردن همه کارت ها از روی میز است. در مثال ما ، این هزینه حداکثر 520 دلار خواهد بود.در فضا ، ما با همین مشکل روبرو هستیم: ما دقیقاً نمی دانیم کدام اجسام ممکن است در برخورد قرار بگیرند ، اما حذف همه آنها بسیار گران است ، بنابراین باید انتخاب کنیم. بیایید فرض کنیم که ما یک انتخاب را انجام داده ایم: حذف یک کارت به ارزش 10 دلار ، این احتمال وجود دارد که ما یک آس را حذف کرده باشیم؟ خوب ، احتمال اینکه کارت کارت آس باشد چهار بر 52 بخش پذیر است ، به عبارت دیگر تقریباً 0 ، 08 یا 8 درصد. بنابراین ، احتمال اینکه کارت کارت آس نباشد 92 درصد است. این احتمال وجود دارد که ما 10 دلار خود را هدر دهیم.
اگر این بار یک کارت دوم بگیریم (که 10 دلار دیگر برای ما هزینه دارد) چه اتفاقی می افتد؟ احتمال اینکه کارت دوم آس باشد ، بستگی به این دارد که کارت اول آس باشد. اگر اینطور بود ، احتمال اینکه کارت دوم نیز آس باشد سه بر 51 تقسیم می شود (زیرا در حال حاضر تنها سه آس در عرشه وجود دارد که با یک کارت کاهش یافته است). اگر کارت اول یک آس نباشد ، احتمال اینکه کارت دوم یک آس باشد ، چهار بر 51 تقسیم می شود (زیرا هنوز چهار آس در عرشه کوچکتر وجود دارد).
ما می توانیم از این روش برای تعیین احتمال حذف هر دو آس استفاده کنیم - به سادگی احتمالات را برای یافتن پاسخ ضرب می کنیم: 4/52 بار 3/51 ، که به ما احتمال 0.0045 یا 0.45 درصد به ارزش 20 دلار در هر دو کارت می دهد. حذف شده. چندان دلگرم کننده نیست.
با این حال ، ما همچنین می توانیم احتمال حذف حداقل یکی از آس ها را تعیین کنیم. پس از کشیدن دو کارت ، 15 درصد احتمال وجود دارد که حداقل یکی از آس ها را با موفقیت حذف کرده باشیم. این امیدوار کننده تر به نظر می رسد ، اما شانس آن در حال حاضر نیز زیاد خوب نیست.
به نظر می رسد برای افزایش شانس کشیدن حداقل یکی از خالها ، اگر می خواهیم 90 درصد مطمئن باشیم ، باید بیش از نه کارت (به ارزش 90 دلار) یا بیش از 22 کارت (به ارزش 220 دلار) را حذف کنیم. که ما یکی از آس ها را حذف کرده ایم. حتی اگر موفق شویم ، سه آس هنوز روی میز هستند ، بنابراین در مجموع ما هنوز باید 520 دلار بپردازیم ، که تصادفاً همان مبلغی است که اگر گزینه حذف را انتخاب می کردیم باید پرداخت می کردیم. همه کارت ها.
بازیها تمام شد
با بازگشت از قیاس ما به فضای واقعی ، وضعیت نگران کننده تر به نظر می رسد. در حال حاضر ، تقریباً 20000 جسم در مدار با استفاده از شبکه ایستگاه های رصد فضایی ایالات متحده ردیابی می شوند که حدود شش درصد از این اجسام دارای وزن بیش از یک تن هستند که به طور فرضی در تصادم شرکت کرده و ممکن است بخواهیم آنها را حذف کنیم. در قیاس با کارت ، مشکل ما این است که پشت همه کارت ها یکسان است و احتمال اینکه یکی خاشاک باشد ، احتمال این است که دیگری نیز آس باشد. به هیچ وجه نمی توانید کارت های مورد نظر خود را شناسایی کرده و آنها را از جدول حذف کنید. در حقیقت ، شانس ما برای اجتناب از برخورد بسیار بیشتر از بازی با ورق است ، زیرا در مدار می توانیم احتمال برخورد برخی اجسام در برخورد را مشاهده کنیم و توجه خود را بر آنها متمرکز کنیم. به عنوان مثال ، اجسامی که در مدارهای پرجمعیت مانند heliosynchronous در ارتفاعات بین 600 تا 900 کیلومتر قرار دارند ، به دلیل ازدحام در این منطقه به احتمال زیاد در برخورد هستند. اگر توجه خود را بر روی اجسام مشابه (و سایرین بر مدارهای متراکم مشابه) متمرکز کنیم و پیش بینی های احتمال برخورد آنها را در نظر بگیریم ، معلوم می شود که باید حدود 50 جسم را حذف کنیم تا تعداد مورد انتظار تصادفات فاجعه بار را کاهش دهیم. تنها یک واحد ، که از نتایج تحقیقات انجام شده توسط اعضای آژانس فضایی IADC ناشی می شود.
و معلوم می شود که حتی اگر چندین شیء را بتوان با یک فضاپیمای تمیزتر جدا کرد (و به نظر می رسد که پنج هدف جایگزین همه کاره هستند) ، بسیاری از پروازها - اغلب چالش برانگیز و بلند پروازانه - فقط برای جلوگیری از یک برخورد باید انجام شود.
چرا ما قادر به پیش بینی دقیقتر احتمال برخورد نیستیم و تنها آن اجسامی را که به یقین می دانیم خطرناک هستند حذف می کنیم؟ پارامترهای زیادی وجود دارد که می تواند بر مسیر ماهواره تأثیر بگذارد ، از جمله جهت ماهواره ، چه حرکت نامنظم و چه آب و هوای فضا (که می تواند بر کشش ماهواره ها تأثیر بگذارد). حتی اشتباهات کوچک در مقادیر اولیه می تواند منجر به اختلافات زیادی در نتایج محاسبه موقعیت ماهواره در مقایسه با واقعیت و پس از یک دوره نسبتاً کوتاه شود. در واقع ، ما از تکنیک مشابه پیش بینی کنندگان استفاده می کنیم: ما از مدل ها برای ایجاد احتمال نتایج خاص استفاده می کنیم ، اما نه این واقعیت که این نتایج هرگز به دست خواهند آمد.
بنابراین ، ما فناوری هایی داریم که می توان گاهی اوقات از آنها برای حذف زباله های فضایی استفاده کرد. این موضعی است که آژانس فضایی اروپا با مأموریت برنامه ریزی شده خود e. Derbit اتخاذ کرده است ، اما هنوز مشکلاتی وجود دارد که برای شناسایی مناسب ترین اجسام برای حذف باید حل شوند. این مشکلات باید قبل از اینکه دستورالعمل های لازم و اصول روش شناختی در اختیار علاقمندان به تهیه برنامه بلندمدت حذف آوار فضایی قرار گیرد که برای اصلاح موثر محیط زیست ضروری است ، برطرف شود.
اصول روش شناختی از نظر سایتهای خاص ، تعداد ، الزامات و محدودیتهای آنها برای افزایش احتمال موثر بودن و ارزشمند بودن تلاشها برای اصلاح محیط ضروری است. برای توسعه چنین اصول روش شناختی ، باید انتظارات نامعقول خود را از نتیجه مطلوب تجدید نظر کنیم.
