تزايد خطر الحطام الفضائي وتأثيره على الفضاء

تزايد الحطام الفضائي： التهديدات والمخاطر

بينما كانت قطعة من القمامة المحمولة في الفضاء تنحرف نحو محطة الفضاء الدولية في نوفمبر، استعد رواد الفضاء السبعة على متنها.

أشعلت مركبة فضائية روسية متصلة بمحطة الفضاء محركاتها لمدة خمس دقائق، مما أدى إلى تغيير مسار المحطة قليلاً وإبعاد المختبر الذي يبلغ حجمه حجم ملعب كرة القدم عن طريق الأذى. لو لم تغير المحطة الفضائية مسارها، لكان من الممكن أن يمر الحطام على بعد ميلين ونصف (4 كيلومترات) من مسارها المداري، وفقًا لـ ناسا.

كان من الممكن أن يؤدي اصطدام الحطام بالمحطة الفضائية إلى كارثة. وربما أدى الارتطام إلى انخفاض ضغط أجزاء من المحطة وترك رواد الفضاء يتدافعون للعودة إلى ديارهم.

الأمر الأكثر إثارة للقلق: لم تكن الضربة المحتملة نادرة الحدوث. فقد اضطرت محطة الفضاء الدولية إلى القيام بمناورات مماثلة عشرات المرات منذ أن تم إشغالها لأول مرة في نوفمبر/تشرين الثاني 2000، وتتزايد مخاطر الاصطدام كل عام مع تزايد عدد الأجسام الموجودة في المدار حول الأرض.

ولسنوات، دق خبراء حركة المرور في الفضاء أجراس الإنذار بشأن الازدحام المتزايد. وقد أسفرت الاصطدامات السابقة والانفجارات واختبارات الأسلحة عن عشرات الآلاف من قطع الحطام التي يتعقبها الخبراء وربما ملايين أخرى لا يمكن رؤيتها بالتكنولوجيا الحالية.

وفي حين أن المخاطر على رواد الفضاء قد تكون مصدر قلق كبير، إلا أن الازدحام في المدار يشكل أيضاً خطراً على الأقمار الصناعية والتقنيات الفضائية التي تزود حياتنا اليومية بالطاقة , بما في ذلك أدوات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وكذلك بعض خدمات النطاق العريض والإنترنت عالي السرعة وخدمات التلفزيون.

قال الدكتور فيشنو ريدي، أستاذ علوم الكواكب في جامعة أريزونا في توسون: "لقد ازداد عدد الأجسام في الفضاء التي أطلقناها في السنوات الأربع الماضية بشكل كبير". "لذلك نحن نتجه نحو الوضع الذي نخشاه دائمًا."

الحدث الذي أشار إليه ريدي هو ظاهرة افتراضية تسمى متلازمة كيسلر.

سُميت على اسم عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي دونالد كيسلر واستنادًا إلى ورقة أكاديمية عام 1978، متلازمة كيسلر - كما يُستخدم المصطلح اليوم - لها تعريف موحل.

ما هي متلازمة كيسلر؟

لكن العبارة تصف بشكل عام سيناريو يطلق فيه الحطام في الفضاء سلسلة من ردود الفعل المتسلسلة: يرسل أحد الانفجارات عموداً من الشظايا التي تصطدم بدورها بأجسام أخرى محمولة في الفضاء، مما يخلق المزيد من المخلفات. وقد يستمر هذا التأثير المتتالي إلى أن يصبح مدار الأرض مسدوداً بالخردة لدرجة أن تصبح الأقمار الصناعية غير صالحة للعمل ويتعين أن يتوقف استكشاف الفضاء.

كيف تؤثر متلازمة كيسلر على الفضاء؟

يختلف الباحثون حول مستوى الخطر الحالي ومتى بالضبط قد يصل الازدحام في الفضاء إلى نقطة اللاعودة.

حوادث الاصطدام في الفضاء

ولكن هناك إجماع واسع النطاق حول شيء واحد: الازدحام في الفضاء مشكلة خطيرة في حاجة ماسة إلى المعالجة .

منذ فجر رحلات الفضاء في عام 1957، كان هناك أكثر من 650 "انفصالاً أو انفجاراً أو تصادماً أو حادثاً شاذّاً أدى إلى تشظٍّ"، وفقاً لـ وكالة الفضاء الأوروبية.

وشملت تلك الحوادث سواتل اصطدمت ببعضها البعض عن طريق الخطأ، وأجزاء صواريخ ومركبات فضائية انفجرت بشكل غير متوقع، واختبارات أسلحة من دول من بينها الولايات المتحدة وروسيا والهند والصين التي قذفت مخلفات على ارتفاعات مختلفة في المدار.

على سبيل المثال، أطلقت روسيا صاروخاً على أحد أقمارها الصناعية كجزء من اختبار أسلحة في عام 2021، مما أدى إلى تكوين أكثر من 1500 قطعة حطام يمكن تتبعها.

وقع آخر تصادم عرضي كبير بين جسمين محمولين في الفضاء في فبراير 2009 عندما اصطدم قمر صناعي عسكري روسي، يسمى كوسموس 2251، بالقمر الصناعي إيريديوم 33، وهو قمر صناعي نشط للاتصالات تديره شركة إيريديوم للاتصالات التي تتخذ من الولايات المتحدة مقراً لها. وقد أنتج ذلك الحدث سحابة هائلة من الحطام بلغ قطرها حوالي 000 2 قطعة من الحطام الذي بلغ قطره حوالي 4 بوصات (10 سنتيمترات) وآلاف القطع الأصغر حجماً.

تحديات رصد الحطام الفضائي

كما أن الأحداث المماثلة على نطاق أصغر شائعة أيضًا: فعلى سبيل المثال، انفصل قمر صناعي تابع لسلاح الجو الأمريكي للطقس في المدار في 19 ديسمبر، مما أدى إلى ظهور ما لا يقل عن 50 قطعة جديدة من الحطام، حسبما قالت يوم الاثنين LeoLabs، وهي شركة تتعقب الأجسام في الفضاء. وكان هذا هو الأحدث في سلسلة من أربعة أحداث "تشظٍّ" على مدى الأشهر القليلة الماضية والتي خلقت أكثر من 300 قطعة جديدة من الحطام.

بالنسبة لأولئك الذين يديرون الأقمار الصناعية، يمكن أن يكون الازدحام في الفضاء كابوسًا. فمن الشائع أن يتلقى مشغل الأقمار الصناعية عشرات التنبيهات أو أكثر في اليوم الواحد حول التصادمات المحتملة.

تنطوي عملية تتبع الأجسام في المدار - التي تسمى الوعي بالأوضاع الفضائية - على تتبع "الاقترانات" المحتملة، أو الاقتراب القريب بين جسمين.

في إحدى الحوادث هذا العام، على سبيل المثال، أخطأ قمر صناعي تابع لوكالة ناسا للطقس بالكاد الاصطدام بصاروخ روسي معطل بأقل من 65 قدمًا (20 مترًا)، وفقًا لموقع ليولابز.

لكن المخاطر قد تكون أعلى مما يمكن أن يتنبأ به الوعي بالأوضاع الفضائية.

بالنسبة للجزء الأكبر، يجب أن يكون الجسم أكبر من كرة التنس ليتم تعقبه. أما الأجسام المتبقية فهي أصغر من أن تعكس الضوء أو في مناطق بعيدة من المدار يصعب رصدها مباشرة.

قال بوب هول، مدير المشاريع الخاصة في شركة كومسبوك كورب (COMSPOC)، وهي شركة برمجيات خاصة بحركة المرور الفضائية: "حتى مع أفضل أجهزة الاستشعار اليوم، هناك حدود لما يمكن "رؤيته" أو تعقبه بشكل موثوق، وغالباً ما يكون الحطام الفضائي الأصغر حجماً غير قابل للتعقب".

لكن الأجسام الصغيرة لا تزال تشكل تهديدات كبيرة. في المدار، تدور الأجسام في المدار بسرعة كبيرة لدرجة أن حتى بقعة من الطلاء قادرة على تحطيم المعادن، وفقًا ل ناسا. وهذا يعني أن أي قطعة خردة متروكة في الفضاء تثير قلقاً عميقاً - ومن المحتمل أن تكون كارثية.

المخاطر في المدارات المختلفة

ليس من الواضح بالضبط كيف يمكن أن تحدث سلسلة من التصادمات في الفضاء.

فالمناطق المختلفة من مدار الأرض لها مستوياتها الخاصة من الازدحام والمخاطر. فالمدار الأرضي المنخفض، الذي يمتد إلى حوالي 1200 ميل (2000 كيلومتر) فوق سطح الكوكب، هو الأكثر ازدحاماً إلى حد بعيد.

هذه المنطقة هي موطن لمحطتين فضائيتين مأهولتين ومجموعات ضخمة من الأقمار الصناعية التي تبث الإنترنت - مثل شبكة سبيس إكس التي تضم حوالي 7000 قمر صناعي من ستارلينك - وتراقب الطقس، وتراقب إنتاج المحاصيل أو تحلل المناخ.

إذا حدثت موجة من الانفجارات في المدار الأرضي المنخفض، فقد يهدد ذلك حياة رواد الفضاء، ويوقف إطلاق الصواريخ ويؤدي إلى تدمير جميع تكنولوجيا الأقمار الصناعية الموجودة هناك.

والخبر السار في هذا السيناريو، إن كان هناك أي خبر سار، هو أن الظروف الكارثية قد لا تستمر لأجيال قادمة: قالت كارولين فرويه، الأستاذة المساعدة في علم الطيران والملاحة الفضائية في جامعة بوردو في إنديانا: "لا يزال لدينا بقايا من الغلاف الجوي في المدار الأرضي المنخفض، لذلك لدينا آلية تنظيف طبيعية".

وعلى ارتفاع حوالي 300 ميل (500 كيلومتر)، ستسقط الأجسام الموجودة في المدار بشكل طبيعي إلى الأرض أو تتفكك في الغلاف الجوي في غضون 25 عاماً تقريباً، كما قالت فرويه، مشيرة إلى أن وجود حقل حطام على هذه المسافة لن يهدد على الأرجح إمكانية الوصول إلى الفضاء لأجيال قادمة.

لكن الصورة تتغير بسرعة في المدارات الأعلى. فعلى مسافة 500 ميل (800 كيلومتر تقريباً)، سيستغرق الأمر ما لا يقل عن قرن من الزمان حتى يتم سحب قطعة من الحطام بشكل طبيعي من الفضاء. وعلى ارتفاع أكثر من 621 ميلاً (1000 كيلومتر)، ستستغرق العملية آلاف السنين.

هذه أخبار سيئة بالنسبة للمدار المتزامن مع الأرض , وهي منطقة تبعد حوالي 22,236 ميلاً (35,786 كيلومتراً) عن سطح الأرض , وهي موطن لأقمار الاتصالات التي تبلغ قيمتها ربع مليار دولار والتي تبث التلفزيون والخدمات الأخرى إلى مساحات واسعة من العالم.

قال ريدي، الباحث في جامعة أريزونا: "أخطر مكان يمكن أن يحدث فيه هذا (الحدث الشبيه بمتلازمة كيسلر) هو المدار الأرضي الثابت". "لأنه ليس لدينا أي طريقة لتنظيفه بطريقة سريعة."

كيف يمكن أن تحدث التصادمات المتتالية

جلب فيلم "Gravity" عام 2013 فكرة متلازمة كيسلر إلى الشاشة الكبيرة: ضربة صاروخ روسي على قمر صناعي ميت تبدأ سلسلة من التصادمات المتتالية، مما يولد سحابة من الخردة التي تدمر الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية الأخرى.

ولكن بينما تكشفت الدراما في فيلم "Gravity" على مدى ساعة ونصف، فإن سيناريو متلازمة كيسلر في الحياة الواقعية قد يستغرق على الأرجح سنوات - أو عقودًا - ليحدث، كما قال الخبراء.

ومنذ عرض الفيلم قبل أكثر من عقد من الزمان، ازداد الازدحام في المدار بسرعة: كان الجيش الأمريكي يتتبع حوالي 23,000 جسم في ذلك الوقت مقارنة بـ 47,000 جسم اليوم.

وعلى الرغم من وجود جهود جارية لحساب أين ومتى وكيف يمكن أن يبدأ تأثير التموج، إلا أنها مهمة مستحيلة، كما قال فرو من بوردو.

قالت فرويه: "بمجرد أن نتنبأ بالمستقبل، علينا أن نضع افتراضات". "كل النماذج خاطئة - (ولكن) بعضها مفيد."

فالنماذج غير دقيقة لأنه حتى الخبراء لا يملكون صورة دقيقة عن مكان وجود الأجسام في المدار. فالأجسام الأصغر من حوالي 4 بوصات (10 سنتيمترات) غير مرئية إلى حد كبير. والأكثر من ذلك، يمكن لطقس الفضاء أن يغير المسارات المدارية - لذلك من الصعب التنبؤ بالضبط كيف وأين يتحرك الحطام، وفقًا للدكتور توماس بيرغر، مدير مركز تكنولوجيا طقس الفضاء والأبحاث والتعليم في جامعة كولورادو. تحدث بيرجر عن هذا الموضوع في 11 ديسمبر في الاجتماع السنوي للاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي في واشنطن العاصمة.

كما يعد حجم وشكل قطع القمامة المحمولة في الفضاء لغزاً أيضاً. لذا، من أجل نمذجة تأثير متلازمة كيسلر واحد، سيتعين على المحللين أن يخمنوا بالضبط كيف سيتفكك القمر الصناعي وكيف ستبدو كل قطعة من هذا الحطام وإلى أين ستنتقل وما هو الجسم الآخر الذي قد يصطدم به بعد ذلك.

وقال دان أولتروج، مدير مركز معايير وابتكارات الفضاء التابع لشركة "كومسبوك": "ما يؤرقني هو أن البيانات ليست دقيقة بما يكفي للسماح لك بتجنب الشيء الذي تعتقد أنك تتجنبه بالفعل".

هل بدأت متلازمة كيسلر بالفعل؟

بالنظر إلى أن "متلازمة كيسلر" ليست حدثًا فوريًا، فإن العلماء يناقشون ما إذا كانت الظاهرة قد بدأت بالفعل. وتطلب تجربة كيسلر الفكرية من الباحثين النظر فيما إذا كانت - حتى لو توقفت جميع عمليات إطلاق الصواريخ - ستظل التصادمات في الفضاء تتصاعد في عدد الأجسام في المدار. وليس من الواضح ما إذا كان قد تم الوصول إلى هذه النقطة.

وقد عرض الباحثون الذين تمت مقابلتهم من أجل هذه القصة وجهات نظر مختلفة حول ما إذا كانت الأحداث التي تشير إلى متلازمة كيسلر قد بدأت بالفعل.

لكن فرويه قالت إن هذا هو السبب في أنها لم تعد تعتقد أن متلازمة كيسلر مصطلح مفيد.

وقالت: "أعتقد أنه من المربك للجمهور أن الكيانات المختلفة لا تتفق على ذلك". "المفهوم في حد ذاته ليس واضحًا ونقيًا كما تعتقد."

ما يبدو أن الخبراء يتفقون عليه هو أن الوضع في المدار إشكالي. لم يقل أي منهم أنهم يعتقدون أنه يمكن بالتأكيد تجنب الكارثة. وقالوا إن الأرجح أن القمامة في المدار ستستمر في الانتشار.

وقالت فرويه، "أنا متشائمة , بأننا سنتصرف في الوقت المناسب بما يكفي لعدم حدوث أضرار اقتصادية في هذه العملية."

وقال الدكتور نيلتون رينو، أستاذ علوم المناخ والفضاء والهندسة في جامعة ميشيغان، إنه متفائل بطبيعته. لكن الوضع في مدار الأرض يذكره بالمشاكل البيئية الجارية هنا على كوكبنا الأم.

وقال: "إن التشبيه الذي أحب أن أفكر في الحطام الفضائي هو البلاستيك في المحيطات". "اعتدنا أن نعتقد أن المحيطات لا نهائية، ونحن نلقي فيها القمامة والبلاستيك، والآن ندرك - لا، هذه موارد محدودة. ونحن نتسبب في أضرار جسيمة إذا لم نكن حذرين بشأن ما نفعله."

الوقاية من متلازمة كيسلر

هناك اعتباران كبيران عند الحديث عن منع انتشار الحطام في مدار الأرض.

الأول هو تكنولوجيا التنظيف: تسعى الشركات والمبادرات الحكومية إلى تطوير طرق لسحب الحطام خارج المدار، مثل نظام السحب المعزز لإزالة الحطام من المدار أو ADEO، الذي طورته وكالة الفضاء الأوروبية وشركة التكنولوجيا High Performance Space Structure Systems، أو HPS GmbH. وقد تم نشر النموذج الأولي لشراع الكبح بنجاح من القمر الصناعي ION في ديسمبر 2022، وفقًا لوكالة الفضاء الأوروبية.

وجاء في بيان وكالة الفضاء الأوروبية أن تقنية الشراع "توفر طريقة سلبية لإزالة المدار عن طريق زيادة تأثير السحب السطحي في الغلاف الجوي"، بهدف التسبب في هبوط القمر الصناعي المعطل بسرعة أكبر واحتراقه في الغلاف الجوي للأرض دون حطام.

ومع ذلك، أشار رينو إلى أن هذه الأساليب تجريبية ومكلفة للغاية. وليس من الواضح من سيكون على استعداد لدفع ثمنها.

الاعتبار الثاني هو التنظيم. فقد تتبع خبراء السياسة الفضائية لسنوات الجهود المبذولة لاعتماد مبادئ توجيهية دولية جديدة أو قوانين وطنية تهدف إلى منع شركات الفضاء أو الجهات الفاعلة السيئة من التصرف بشكل غير مسؤول.

وهناك بعض الجهود قيد التنفيذ. ففي أيلول/سبتمبر، اعتمدت الأمم المتحدة ميثاق المستقبل.

وتتضمن الوثيقة، التي اعتمدتها الدول الأعضاء، اعتزام الدول "مناقشة وضع أطر جديدة لحركة المرور في الفضاء والحطام الفضائي والموارد الفضائية من خلال لجنة استخدام الفضاء الخارجي في الأغراض السلمية".

وتبدو اللغة غامضة، ويشير خبراء السياسة الفضائية إلى أن الأمم المتحدة لا تملك أي وسيلة للتنفيذ.

وقال رينو إنه ربما يكون الأمر الأكثر عملية هو أن تتبنى كل دولة على حدة قوانين خاصة بأصحاب المصلحة في الفضاء. وهو يعتقد أن الولايات المتحدة يجب أن تقوم بدور قيادي في هذه العملية.

ووافق ريدي من جامعة أريزونا على ذلك.

وقال: "أعتقد أن أكبر مصدر للقلق هو الافتقار إلى التنظيم". "أعتقد أن وجود بعض المعايير والمبادئ التوجيهية التي (يتم طرحها) من قبل الصناعة سيساعد كثيرًا."