چرا تعیین مرز فضا برای آینده‌‌ سفرهای فضایی اهمیت دارد؟

در ساعت ۸ صبح پنجشنبه ۱۳ دسامبر، دو خلبان سوار بر فضاپیمای ویرجین گلکتیک، موتور راکت را به‌‌مدت ۶۰ ثانیه در بالای کویر موهاوی روشن کردند و در ارتفاع ۸۲.۷ کیلومتری پرواز کردند. با رسیدن فضاپیما به حداکثر ارتفاع خود، موجی از شادی و سرور تیم ویرجین گلکتیک را فراگرفت. آن‌ها بالاخره موفق شدند به فضا برسند؛ مسلما این یک رکورد تاریخی برای شرکت بود.

ویرجین گلکتیک استدلال می‌کند که به فضا رفته‌است؛ اما از دیدگاه بسیاری، آنجا دقیقا فضا محسوب نمی‌‌شود.

درواقع هرچه بیشتر به عمق آسمان سفر می‌کنید، چگالی اتمسفر کمتر و کمتر می‌‌شود تا اینکه نهایتا به فضای خلا می‌‌رسید. اما شاید باورکردنش سخت باشد که بدانید هرگز در مورد ارتفاع دقیقی که در آن جو تمام شده و فضای خارج شروع می‌شود، اتفاق‌‌نظری وجود نداشته است. افراد مختلف پاسخ‌های متفاوتی برای این پرسش دارند. اکنون یک سازمان بین‌المللی در نظر دارد تعریف خود را از جایی که فضا شروع می‌شود، تغییر دهد. امید می‌‌رود این اقدام، جهان را به یک اجماع بین‌‌المللی در مورد این موضوع پیچیده نزدیک‌تر کند.

فدراسیون بین‌المللی هوانوردی (FAI) در ۳۰ نوامبر اعلام کرد که این سازمان در نظر دارد تعریف خط کارمن را اصلاح کند؛ این خط، ارتفاعی است که به‌‌عنوان مرز فضا شناخته می‌شود. تئودور فون کارمن، یک مهندس و ریاضی‌‌دان مجارستانی بود که برای اولین بار حداکثر ارتفاع مناسب برای پرواز هواپیماها را از لحاظ میزان رقیق‌‌بودن هوا محاسبه کرد؛ به‌‌ افتخار خدمات وی، این ارتفاع با نام خط کارمن نام‌‌گذاری شد. برای چندین دهه، فدراسیون بین‌المللی هوانوردی، خط کارمن را در ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری سطح زمین تعیین کرده بود؛ اما اکنون این سازمان که مسئولیت ثبت رکوردهای پروازهای هوایی و فضایی را به‌‌عهده دارد، تصمیم گرفته است این ارتفاع را به ۸۰ کیلومتر تغییر دهد.

بررسی ابعاد فنی موضوع

فدراسیون با‌‌ در نظر گرفتن نتایج پژوهش‌‌های تازه‌‌ی مک‌‌دوول، در حال بررسی اعمال یک‌سری تغییرات است. مک‌‌دوول، به‌‌عنوان کسی که با علاقه آمار مربوط به سفرهای فضایی را دنبال می‌کند، می‌خواست بداند که به‌راستی چند موشک به فضا ارسال شده است و چند نفر را می‌توان فضانورد قلمداد کرد. او برای یافتن پاسخ واقعی برای این پرسش‌‌ها ابتدا باید بداند فضا از کجا شروع می‌شود. بنابراین او به کاوش در کل تاریخ سفرهای فضایی پرداخت تا ببیند آیا می‌تواند به نتیجه‌‌‌‌ای برسد یا خیر.

مک‌‌دوول پس از بررسی تعداد زیادی از موارد پرتاب‌‌ فضاپیما‌‌ به مدار ادعا می‌کند به عددی رسیده است که به‌‌زعم وی، دقت بیشتری نسبت به برآورد پیشین فدراسیون دارد: ۱۰± ۸۰ کیلومتر. به‌عبارت ساده‌تر، این مقدار معادل پایین‌ترین ارتفاعی است که یک ماهواره می‌تواند در مدار زمین حرکت کند. البته برای آنکه فضاپیما بتواند در چنین ارتفاع پایینی همچنان در مدار زمین باقی بماند، باید در یک مدار بیضوی گردش کند. در چنین وضعیتی، فضاپیما باید بیشتر اوقات در فاصله‌‌ای بسیار دور از زمین گردش کند و تنها برای مدت کوتاهی از سفر خود به ارتفاع ۸۰ کیلومتری زمین برسد. طبق نظر مک‌‌دوول، فضاپیما در این شرایط می‌تواند چند روز یا چند هفته در مدار باقی بماند.

تصویری از پرتاب یک راکت اسپیس ایکس در حال قراردادن یک فضاپیما در مدار

مک‌‌دوول می‌گوید که ارتفاع ۸۰ کیلومتری نقطه‌ای است که گرانش در آن اهمیت بیشتری نسبت به اتمسفر دارد. او می‌گوید:

اگر اساسا اتمسفر را نادیده بگیرید، درواقع شما در فضا هستید. این بدان معنا نیست که اتمسفر هیچ تاثیری ندارد؛ ولی اثر جاذبه در این ارتفاع بسیار غالب است.

برای درک صحیح‌‌تر موضوع، باید در وهله‌‌ی اول بفهمیم که برای رسیدن به مدار به چه‌‌ عواملی نیاز داریم. مهم‌ترین عامل سرعت است. ایستگاه فضایی بین‌‌المللی در ارتفاع ۴۰۸ کیلومتری از سطح زمین قرار گرفته؛ این ایستگاه با سرعتی بیش از ۲۷ هزارکیلومتر بر ساعت در حال گردش است. در حقیقت، شما برای ثابت نگه‌‌داشتن وضعیت خود نسبت به زمین، نیاز دارید با چنین سرعت بالایی حرکت کنید. مک‌‌دوول می‌گوید:

متاسفانه چگالی اتمسفر به‌‌حدی زیاد است که به ما اجازه‌‌ی گردش در چنین سرعت‌‌هایی را در مدارهای نزدیک‌‌تر به زمین نخواهد داد. شما به‌‌سرعت خواهید سوخت؛ چراکه درمعرض جریان بسیار شدیدی از هوا قرار خواهید گرفت.

به همین‌‌خاطر است که او به اهمیت اتمسفر تاکید دارد.

حتی در ارتفاع بیش از ۸۰ کیلومتری، اتمسفر زمین همچنان وجود دارد؛ اما بسیار رقیق است. ماهواره‌هایی که در مداری بالاتر از ۸۰ کیلومتر نیز قرار گرفته‌‌اند، هنوز در معرض برخورد ذرات اتمسفر هستند؛ با این حال، هوا آنچنان رقیق است که خطری متوجه فضاپیماهای در حال گردش نخواهد بود. مک‌‌دوول می‌گوید:

 پس سوال این است که شما در کجا می‌‌توانید مرزی را برای پایان فضا ترسیم کنید؟ پاسخ احتمالا همان جایی است که قادر نباشیم با سرعت مداری خود همچنان به گردش دور زمین ادامه دهیم.

فضاپیمای VSS Unity از ویرجین گلکتیک که با تعاریف جدید، رسما وارد فضا شده است

در حدود سال ۱۹۶۰، فدراسیون بین‌المللی هوانوردی تصمیم گرفت تنها با هدف ثبت پروازها، این آستانه را ۱۰۰ کیلومتر تعیین کند و هر پروازی بالاتر از این آستانه را پرواز فضایی اعلام کرد.

با این حال، همه به این تعریف از فدراسیون پایبند نیستند. به‌‌عنوان مثال نیروی هوایی آمریکا ارتفاع تقریبی ۸۰ کیلومتر را تعیین کرده و به تمام خلبانانی که بتوانند به چنین ارتفاعی برسند، نشان اعطا می‌‌کند. ناسا هم چنین دیدگاهی دارد. اداره‌‌ی هوانوردی فدرال با اینکه هیچ تعریف رسمی در این مورد ندارد، معمولا به افرادی که به ارتفاع بیش از ۸۰ کیلومتری برسند، نشان فضانوردی می‌دهد. یکی از سخن‌گویان این اداره می‌‌گوید:

این موضوعی است که احتمالا با ورود بازیگران جدید تجاری به عرصه‌‌ی فضا، روشن‌‌تر ‌‌خواهد شد.

در انتظار تغییر قوانین فضا

در حالی که سازمان‌های مختلف تعاریف مختص‌‌به‌‌خود را دارند؛ هیچ اتفاق‌‌نظری در جهان به چشم نمی‌‌خورد. ایالات ‌متحده مدعی است که تعریف فضا از طریق قوانین بین‌المللی لزومی ندارد. طی نشست سازمان ملل متحد در وین در سال ۲۰۰۱، هیات آمریکایی این‌گونه به موضوع اشاره کرد:

با توجه به مسئله‌‌ی تعریف و تعیین فضا، ما این موضوع را به‌‌دقت بررسی کردیم و به اظهارات مختلف ارائه‌شده در این جلسه گوش فرا دادیم. موضع ما همچنان این است که تعریف و تعیین حدود فضا لزومی ندارد. هیچ مشکل قانونی یا عملی در غیاب چنین تعریفی وجود نداشته است. از سوی دیگر، نظام‌‌های قانونی مختلفی که در زمینه‌‌ی حریم هوایی و فضایی کاربرد دارند، توانسته‌‌اند در حوزه‌‌ی عملیاتی خود عملکرد مناسبی داشتته باشند. فقدان تعریف یا تعیین حدود فضا مانعی برای توسعه‌‌‌‌ی فعالیت‌‌ هیچ‌‌یک از این حوزه‌‌ها تلقی نشده است.

واقعیت این است که تعریف فضا می‌تواند برای روابط و مقررات بین‌المللی کمی مشکل‌‌ساز باشد. اگر توافقی در سطح بین‌المللی درمورد مرز فضا حاصل شود، ممکن است در صورت پرواز هواپیماهای آمریکایی در حریم هوایی کشورهای دیگر و در ارتفاعی پایین‌‌تر از این مرز، زمینه برای اعتراض و ایجاد تنش‌‌های بین‌‌المللی مساعد شود. از لحاظ فنی، ایالات متحده اکنون می‌تواند در حریم فضایی کشورهای دیگر پرواز کند؛ تاکنون هم همین‌‌طور بوده است، فعلا هیچ عاملی بازدارنده‌‌ای برای این کشور وجود ندارد. گانگال می‌‌گوید:

 آمریکایی‌‌ها می‌خواهند همچنان این موضوع را در ابهام نگه دارند. آن هم بیشتر به این دلیل که ارتش ایالات ‌متحده احساس می‌کند  این ابهام، انعطاف‌پذیری لازم را برای انجام فعالیت در هر ارتفاعی به آن‌‌ها خواهد داد.

اما اوضاع وقتی پیچیده‌‌تر می‌‌شود که بدانیم هنوز شکاف بزرگی میان حداکثر ارتفاع مجاز پرواز هواپیماها و حداقل ارتفاع پرواز فضاپیماها وجود دارد. بیش‌ترین ارتفاع پرواز بالون‌ها تنها می‌تواند در حدود ۵۰ کیلومتر باشد و بیشتر هواپیماها نیز در ارتفاعی بسیار کم‌تر از این مقدار پرواز می‌‌کنند. بنابراین درواقع یک منطقه‌‌ی ۳۰ کیلومتری بین بیشترین ارتفاع مجاز هواپیماها و کم‌‌ترین ارتفاع گردش فضاپیماها وجود دارد. آیا قوانین مربوط به صنعت هواپیمایی باید برای این منطقه نیز اعمال شود؟

این «منطقه‌‌ی خاکستری» آسمان فقط توسط فضاپیماها مورد استفاده قرار می‌‌گیرد؛ مثلا زمانی که فضاپیما قصد ورود به جو یا خروج از آن را دارد. به‌‌علاوه، بعضی از فضاپیماها حتی ممکن است مجبور به پرواز در ارتفاعی پایین‌تر از این منطقه‌‌ی خاکستری باشند تا بتوانند به زمین برگردند. گانگل می‌‌گوید که مثلا شاتل فضایی هنگام بازگشت به زمین، در فاصله‌‌ی ۳۴ کیلومتری از حریم هوایی کوبا پرواز می‌‌کند. به همین دلیل، گانگل چنین استدلال می‌کند که هر فضاپیما را باید براساس مقصد پرواز آن تعریف کرد. او اضافه می‌‌کند:

هر پروازی که با هدف رسیدن به ارتفاع نهایی ۸۰ کیلومتر انجام می‌‌شود، باید تحت پوشش قوانین فضایی قرار گیرد. این مقصد هر پرواز است که تعیین می‌‌کند چه سیستم مقرراتی باید برای آن اعمال شود.

هواپیمای Dream Chaser محصول شرکت سیرا نوادا 

در بلندمدت ما شاهد عملیات‌های تجاری بیشتری در این ارتفاعات بالا (به‌‌ویژه پرواز به‌‌سوی مدار و بازگشت از آن) خواهیم بود و شرکت‌های خصوصی خواستار آن هستند که با تعیین حد و حدود مجاز، از حمایت قانونی لازم برخوردار شوند.

اما گویا آمریکا عجله‌ای برای این کار ندارد. با این حال چنانچه نهادهای بیشتری خواستار شفافیت در این تعاریف باشند، گانگل نسخه‌‌ی پیش‌نویس از یک قرارداد را تهیه کرده است تا سازمان ملل متحد در صورت لزوم از آن استفاده کند. او تصور می‌کند با توجه به بازخوردهای دیده‌‌شده، به‌‌زودی شفافیت لازم در این تعاریف ایجاد خواهد شد. او در انتها می‌‌گوید:

من گمان می‌‌کنم همان‌‌طور که سفرهای تجاری بیشتری در فضا رونق می‌‌یابند، مقاومت فعلی در برابر شفاف‌‌سازی تعاریف به‌مرور شکسته خواهد شد.