مخلفات فضائية

مخلفات فضائية

صورة توضح كثافة الأجسام الفضائية الاصطناعية حول الأرض.

المخلفات الفضائية (بالإنجليزية: Space debris أو Space junk) عبارة عن مجموعة من النفايات الناتجة من مخترعات الإنسان ومن بقايا الأقمار الصناعية السابحة في مدارات حول كواكب النظام الشمسي، ومنها ما زالت مخلفاته في مدار الأرض تسبح حولها. وتشمل هذه المخلفات أي شيء لم يعد له حاجة في الفضاء كقمر صناعي معطل أو أجزاء من الصواريخ الفضائية. وقد تكون هذه المخلفات صغيرة الحجم كقشرة من الأصباغ التي تطلى بها المركبات الفضائية.
أخذت المخلفات الفضائية تلقى اهتماماً واسعاً من المؤسسات التي تعنى بالفضاء - كالإدارة الوطنية للملاحة الفضائية والفضاء (ناسا) مثلاً - لقدرة هذه الفضلات على التسبب بأضرار فادحة في هيكل المركبات الفضائية والأقمار الصناعية. فمعظم هذه الفضلات تسير بسرعة 8 كم/ثانية (ما يقارب 28800 كم/ساعة). وبهذه السرعة يمكن لهذه الفضلات - مهما صغر حجمها - أن تخترق هيكل المركبات الفضائية وأن تشكل خطرًا على حياة رواد الفضاء. فجسم من المخلفات بحجم كرة التنس يسير بهذه السرعة يحمل قدرة تفجيرية توازي 25 إصبع من الديناميت. كما يقدر أن لجسم بحجم حبة البازلاء يسير بهذه السرعة قوة اصطدام تعادل جسم وزنه 181 كيلوجرام (400 رطل) يسير بسرعة 100 كم/ساعة (60 ميل/ساعة).[1] ويقدر أن هناك ما يقارب 5،5 مليون كيلوجرام من المخلفات الأنسانية بمدار الأرض، منها حوالي مليون جسم أكبر من مليمتر واحد.[2] [3]، 300000 جسم أكبر من سنتيمتر واحد، و 13000 جسم أكبر من كرة التنس[2] وتتوقع ناسا ازدياد أعداد الأجسام الفضائية في مدار الأرض المنخفض بواقع 75% خلال المئتيّ سنة القادمة في حال عدم اتباع إجراءات التقليل من المخلفات الفضائية.[4]


صورة توضح احتمالية إصابة محطة الفضاء الدولية بالمخلفات الفضائية. اللون الأحمر يعبّر عن احتمالية إصابة عالية بينما يعبّر الأزرق عن احتمالية منخفظة.


اريخ المخلفات الفضائية

منذ بداية عصر اكتشاف الفضاء عام 1957، تم إطلاق 4600 مركبة فضائية لوضع 6000 قمر صناعي في المدار المخصص له.[2] ولعل أقدم هذه الأقمار هو القمر فانقارد 1 (بالإنجليزية: Vanguard I) الذي أطلق عام 1958. يعتبر هذا القمر الصناعي أقدم المخلفات الفضائية حيث لا زال يقبع في مداره حول الأرض.[5] وتشكل هذه الأقمار نسبة بسيطة مقارنة بالمخلفات الأخرى كقشر الأصباغ وخزانات الوقود. وتعتبر التصادمات بين الأقمار الفضائية مصدر أخر للمخلفات. ففي تقرير لوكالة ناسا الفضائية عام 1991، حذر دونالد كسلر (بالإنجليزية: Donald Kessler) من خطر التصادم المتسلسل للأقمار الصناعية، حيث المخلفات - الناتجة عن تصادم جسمين فضائيين من المخلفات ذات الأقمار الصناعية - ستؤدي إلى تصادم أعداد أكبر من الأجسام الفضائية.[2] ولعل ما حذر به كيسلر حصل في العاشر من فبراير عام 2009 حيث اصطدم قمرين صناعيين إحداهما أمريكي، تديره شركة ايريديوم ساتيلايت ال. ال. سي، والآخر روسي موضوع لأغراض تجسسية. ونتج عن هذا التصادم ما بين 500 و 600 جسم لا يتعدى حجم بعضها 10 سنتيمترات.[6] وبعد هذه الحادثة قامت ناسا بقياس احتمالات حدوث حادث خطير لإطلاق المكوك الفضائي فوجدت أن هناك احتمال حدوث حادث خطير لكل 318 عملية إطلاق مكوكية.[7] ويعتقد أن بعض هذه المخلفات الناتجة عن الاصطدام قد تبقى في مدار الأرض لمدة 10000 عام.[8]
لعل أحد أهم الحوادث التي أدت إلى تكون العديد من المخلفات ما حصل بتاريخ 11 يناير سنة 2007 عندما اختبرت جمهورية الصين الشعبية صواريخ مضادة للأقمار الصناعية. تم أطلاق صاروخ يعمل بالوقود الصلب من قاعدة زيجانق (بالصينية: 西昌) ليصيب أحد الأقمار الصناعية الصينية. وكان القمر المصاب يدور في مدار قطبي وهو متخصص في الأرصاد الجوية. ومن الجدير بالذكر أن الصاروخ المضاد للأقمار الصناعية لم يكن مجهزاً برأس متفجر بل قام بتدمير القمر عن طريق الأصطدام فقط. ومع هذا فقد نتج عن الانفجار ما بين 2300 و 2500 جسم (أصغرها بحجم كرة التنس). مما يجعل هذا الأصطدام الحدث الأكبر في تكوين المخلفات الفضائية.[2][9] ويختلف هذا الحدث عن الأختبارات التي قامت بها كل من الولايات المتحدة الأمريكية والإتحاد السوفيتي إبان الحرب الباردة حيث تم تجربة أكثر من 20 صاروخ مضاد للأقمار الصناعية. ويكمن الأختلاف أن معضم التجارب التي تم بين العامين 1968 و 1986 كانت لأقمار في مدار منخفض والمخلفات التي نتجت عن الانفجار سرعان ما احترقت في الغلاف الجوي للأرض. بينما التجربة الصينية تمت على ارتفاع 550 كم عن سطح الأرض والمخلفات التي نتجت عنها انتشرت على مسافة تتراوح بين 200 كم و 3850 كم مما قد يؤثر على غالبية الأقمار الموجودة في مدار الأرض المنخفض.[10][11] وفي شهر يونيو من عام 2007، أدى هذا الكم من المخلفات إلى تغيير مسار القمر الصناعي المركبة الفضائية تيرّا المتخصصة في دراسة المناخ (بالإنجليزية: Terra environmental spacecraft) لتجنب الأصطدام المحتمل بالمخلفات الناتجة عن التجربة الصينية، لتكون المرة الأولى التي تضطر فيها ناسا لتغيير مسار مركبة أو قمر صناعي.[12] وقد يعتبر هذا الحدث هو الأكبر في تكوين المخلفات الفضائية ولكن الولايات المتحدة الأمريكية والإتحاد السوفيتي السابق هما المسببان الأكبر للمخلفات الفضائية على مدى أكثر من 50 عام منذ التجربة الفضائية الأولى.[13] ومما يؤكد على ذلك تقرير ناسا عن المخلفات الفضائية عام 2004 الذي حدد مقدار المخلفات الفضائية في مدار الأرض الناتجة عن الرحلات الفضائية لكل دولة كما هو مبين في الجدول التالي:[14]

[th][/th][th]الولايات المتحدة الأمريكية[/th][th]دول الإتحاد السوفيتي السابق[/th][th]فرنسا[/th][th]الصين[/th][th]الهند[/th][th]اليابان[/th][th]وكالة الفضاء الأوروبية[/th][th]دول أخرى[/th][th]المجموع[/th]

حاويات الحمولات الفضائية	981	1313	33	38	27	84	33	327	2836
أجسام الصواريخ	525	815	92	22	6	29	6	14	1509
مخلفات المهام الفضائية	619	429	87	11	1	19	11	2	1179
مخلفات محطمة	1556	1383	114	250	106	0	11	0	3420
انفصال أجسام غير مخطط له	106	13	1	0	0	0	0	0	120
المجموع	3783	3953	327	321	140	132	61	343	9064

ومع ازدياد أعداد المخلفات الفضائية باتت تهدد سلامة المركبات والأقمار الفضائية وخاصة محطة الفضاء الدولية. ففي يوم 12 مارس سنة 2009 تم إخلاء المحطة الدولية إثر اقتراب جسم فضائي بصورة خطرة من المحطة. ويقدر طول الجسم بثلث بوصة. ولكن على الرغم من ذلك، كان لهذا الجسم قدرة تخريبية كبيرة من الممكن أن تهدد مستقبل المحطة الدولية التي تقدر قيمتها بحوالي 100 مليار دولار. ونتيجة لتأخر إبلاغ رواد المحطة بالجسم، لم يعد بمقدورهم المناورة حوله، مما اضطرهم إلى إخلاء المحطة ولجوئهم إلى كبسولة الإنقاذ سويوز (بالإنجليزية: Soyuz escape ship) لحمايتهم من انخفاض الضغط الحاد في حالة وقوع الاصطدام.[7]

رصد المخلفات الفضائية

ذكر في تقرير للجنة استخدام الفضاء الخارجي في الأغراض السلمية التابعة للأمم المتحدة في عام 1999 الطرق المتبعة لرصد المخلفات الفضائية[15] وهي كالتالي:
الرصد بواسطة أجهزة أرضية:
بواسطة الرادار: تنتشر الرادارات ذات القدرة على رؤية الأجسام الفضائية في عدد من الدول، منها ألمانيا (تملك رإدارين)، اليابان (ثلاث رادارات)، روسيا وأوكرانيا (رادار واحد)، الولايات المتحدة الأمريكية (خمس رادارات). وأدق هذه الرادارات هو الرادار غولدستون (بالإنجليزية: Goldstone) التابع لناسا، حيث له القدرة على رؤية جسم يصل قطره إلى مليمترين على ارتفاع 500 كم.
بواسطة أدوات بصرية: يمكن رؤية الأجسام الفضائية عندما تعكس أشعة الشمس أثناء الليل باستخدام المقراب.
الرصد بواسطة مركبات فضائية. وذلك عن طريق:

"المركبة المعرضة لمدة طويلة" (بالإنجليزية: Long duration exposed facility) مصدر مهم للمعلومات عن المخلفات الفضائية.
فحص بدن المركبات العائدة إلى الأرض وتقدير عدد المخلفات تباعاً. ويتم تقدير عدد الأجسام على أساس المدة التي قضتها المركبة في الفضاء ومساحة السطح المعرض للإصطدام بالمخلفات الفضائية. وأحد هذه المركبات هي المركبة المعرضة لمدة طويلة (بالإنجليزية: Long duration exposed facility) وقد أطلقت هذه المركبة عن طريق مكوك الفضاء شالنجر لقياس عدد المخلفات الفضائية. وتقدر مساحة المركبة بحوالي 151 متر مربع. أتمت الأخيرة 32422 دورة حول مدار الأرض خلال 5 سنوات و 7 أشهر (بداية من شهر أبريل سنة 1986 حتى شهر يناير من سنة 1990).[16] وحالياً تدور حول مدار الأرض مركبة مماثلة وهي المركبة الفضائية المدارية (بالإنجليزية: Space shuttle orbiter) منذ عام 1992. وتقدر مساحة سطحها بحوالي 100 متر مربع.[15]
إرسال أقمار صناعية خصيصاً لرصد الأجسام الفضائية. ويتم رصد الأجسام الفضائية عن طريق الأشعة دون الحمراء.

أشهر المخلفات الفضائية

• في 18 نوفمبر سنة 2008 سقط من رائد الفضاء هيرماري ستيفانيشين-بيبر (بالإنجليزية: Heidemarie Stefanyshyn-Piper) علبة أدوات خلال صيانية الذراع الإنسالية لمحطة الفضاء الدولية. وتقدر قيمة الأدوات بحوالي 100000£ يضاف إليها 10000£ قيمة شحن الكيلوجرام الواحد إلى المحطة الدولية (قد يكون وزن العدة أكثر من أول أقل من كيلوجرام).
  
  
• في عام 1966 أضاع الرائد ميكل كولينز (بالإنجليزية: Michael Collins) آلة تصوير قيمة، كان يستخدمها في تصوير الأرض من الفضاء. وكون الكاميرا سويدية الصنع، ابتهج السويديون في تلك الفترة واعتبروا الكاميرا أول قمر صناعي سويدي. ويعتقد أن الكاميرا لا تزال في مدارها حول الأرض.
  
  
• في شهر فبراير من سنة 2006 تم القاء بذلة فضاء مزودة بجهاز أرسال على موجات اللاسلكي كي يتم دراسة قدرة تجهيز البدلات الفضائية لتكون أقمار صناعية. وسميت البذلة "بالبذلة القمرية 1" (بالإنجليزية: SuitSat-1). وقد أحترقت البذلة في شهر سبتمبر من عام 2006 نتيجة احتكاكها بالمجال الجوي للأرض. ويتم الآن تجهيز النسخة الثانية والمطورة منها والتي ستحمل اسم "البذلة القمرية 2" (بالإنجليزية: SuitSat-2).
  
  
• لعل أغرب جسم فضائي هو ما نتج عن تجربة القنبلة النووية في عام 1957 في لوس ألاموس، نيومكسيكو. حيث أدى الانفجار إلى طيران غطاء قناة التفجير بسرعة تجعلة يخرج من المجال الجوي. ويعتقد أن هذا الغطاء هو أول جسم فضائي من صنع الأنسان، كون هذه التجربة حدثت قبل إطلاق القمر سبوتنك-1 السوفيتي.^{[rtl][2][/rtl]}
  
  

أحداث متعلقة بدخول المخلفات الفضائية للمجال الجوي

يقدّر أنه خلال الأربعين سنة الماضية، يدخل جسم واحد من المخلفات الفضائية المجال الجوي للأرض يومياً.^{[rtl][17][/rtl]} ومعظم هذه الأجسام صغيرة ولا تسبب ضررا. ولكن بعضها قد ينجو من الاحتكاك بالغلاف الجوي ويصل إلى سطح الأرض. لعل ما يلي أشهر الأحداث المتعلقة بدخول المخلفات الفضائية للمجال الجوي وبلوغها لسطح الأرض:

• أسوأ الحوادث المتعلقة بدخول المخلفات الفضائية للمجال الجوي كان في شهر يوليو عام 1979 عندما دخلت المحطة الأمريكية سكاي لاب (بالإنجليزية: Skylab) المجال الجوي للأرض قبل الموعد الحدد لها. وقد سقطت أجزاء المحطة التي تزن 78 طن على أجزاء متفرقة من أستراليا.^{[rtl][18][/rtl]}
  
  
• في 22 مارس سنة 2007 سقط جزء من حطام قمر صناعي روسي كان يستخدم لأغراض تجسسية قرب طائرة الإيرباص إيه 340 التابعة لشركة خطوط الطيران التشيليّة في رحلتها من سانتياغو بالتشيلي إلى أوكلاند، نيوزيلندا وعلى متنها 270 راكب خلال طيرانها عبر المحيط الهادي.^{[rtl][19][/rtl]}
  
  
• إلى الآن سجلت إصابة واحدة بسبب المخلفات الفضائية حيث أصيبت لوتي ويليامس (بالإنجليزية: Lottie Williams) عام 1997 في كتفها بجسم قياسه 10¹³ سنتيمتر. وقد تم تأكيد وجود الجسم وحدد مصدره بأنه أحد أجزاء خزان الوقود للمركبة دلتا- 2 والتي أطلقتها القوات الجوية الأمريكية في عام 1996.^{[rtl][20][/rtl]}
  
  

محاولات الحد من المخلفات


على الرغم من خطورة المخلفات الفضائية، فإنه لا يوجد اتفاق عالمي للتقليل من كميتها. وقد قدمت لجنة استخدام الفضاء الخارجي في الأغراض السلمية التابعة للأمم المتحدة مجموعة من التوصيات المتعلقة بالمخلفات الفضائية عام 2007. وتركز تلك التوصيات على الجوانب التالية:[21]

الحد من الحطام المنبعث من العمليات العادية.

تقليل حالات التشظّي (تكوّن الشظايا) أثناء الأطوار التشغيلية للمركبات الفضائية.

الحد من احتمال الاصطدام العرضي في المدار.

تفادي التدمير العمدي وسائر الأنشطة الضارة.

الحد من تواجد طويل الأمد للمركبات غير المستخدمة.

وتعتبر ناسا أول وكالة فضاء تقوم بإصدار تقرير يتضمن قواعد للحد من المخلفات الفضائية وكان ذلك في عام 1995. وبعدها بعامين قامت حكومة الولايات المتحدة الأمريكية بإصدار مذكرة بقواعد ممارسات التخفيف من المخلفات الفضائية (بالإنجليزية: Orbital Debris Mitigation Standard Practices)، واعتمدت المذكرة على تقرير ناسا.[22]



كذلك فقد أطلقت وكالة الفضاء الأوروبية برنامج لدراسة المخلفات الفضائية ووضع قواعد لتقليل ومنع حدوث تصادمات للأقمار الصناعية والمركبات الفضائية في مدارات الأرض. وقد أطلق البرنامج في العاشر من فبراير سنة 2009 بتكلفة 50 مليون يورو.[8]
وهناك حالياً عدد من الدراسات بخصوص المخلفات الفضائية الموجودة. وإحدى هذه الدراسات تشير إلى إمكانية إرسال قمر صناعي تكون مهمته إدخال المخلفات الفضائية إلى المجال الجوي للأرض. وبهذه الطريقة يتم التخلص من الجسم الفضائي عن طريق احتراقه من شدة الاحتكاك بالغلاف الجوي. وتبنى نظرية القمر الصناعي على إبطاء من سرعة الجسم الفضائي باستخدام وسائل للربط الكهروديناميكي.[23] كما يتم دراسة طرق أخرى للتخلص من المخلفات الفضائية كاستعمال أشعة الليزر أو وضع مصدات تعمل على تغيير مسار الأجسام الفضائية غير المرغوب بها بحيث تدخل المجال الجوي للأرض.[17]
و تقوم ناسا الآن بتصميم المركبة الفضائية "أوريون" بحيث تكون مزودة بدرع واقي. ويتم اختبار هذا الدرع في مركز جونسون للفضاء التابع لناسا. حيث يتم قذف أجسام ذات أحجام مختلفة لتصطدم بالدرع بسرعة تتراوح بين 7 و 8 كم/ثانية (25200 - 28800 كم/ساعة). ويتم تحليل المعطيات بواسطة الحاسوب كي يعطي صورة مقربة لما قد يحصل بالفضاء.[2]