استارلینک و معضل زباله فضایی؛ منظومه‌های ماهواره‌ای چگونه مدار زمین را به مکانی خطرناک تبدیل می‌کنند؟

اسپیس ایکس در حال پرتاب صدها ماهواره به فضا است تا به‌وسیله‌ی آن‌ها، ابرمنظومه‌ای از فضاپیماها را شکل دهد که اینترنت پرسرعت و مقرون‌به‌صرفه به کل زمین ارسال می‌کنند. تاکنون این طرح پیش‌بینی‌شده به ‌دست ایلان ماسک (بنیان‌گذار اسپیس ایکس) ظاهرا جواب داده است. ماسک چندی پیش در توییتر اعلام کرد که شرکت هوافضایش قصد دارد ظرف چند ماه آینده، آزمایش بتای عمومی استارلینک را در شمال ایالات متحده و جنوب کانادا راه‌اندازی کند. او افزود به‌محض دریافت مجوز رگولاتوری، خدمات استارلینک در دیگر کشورها نیز ارائه خواهد شد.

بااین‌حال، به ‌نظر می‌آید پروژه‌ی بی‌سابقه‌ی استارلینک در مسیر شکل‌گیری، تعدادی فضاپیما را بدون کنترل در مدار رها کرده است. تمام ماهواره‌های اسپیس ایکس به‌ نحوی طراحی شده‌اند تا با استفاده از پیشرانه‌ی یونی در فضا کنترل‌پذیر باشند و حتی پس از پایان مأموریت، خود را به سمت زمین از مدار خارج کنند. اما ماهواره‌هایی که دچار نقص در سامانه‌های رانش یا ارتباطات هستند، می‌توانند کنترل‌نشده پرواز کنند و دیگر ماهواره‌ها و حتی فضانوردان در حال گردش به‌ دور زمین را در معرض خطر قرار دهند.

اسپیس ایکس نخستین دسته از ماهواره‌های خود را در مه ۲۰۱۹ (خرداد ۹۷) پرتاب کرد و تا به امروز درمجموع ۸۳۵ ماهواره اینترنتی استارلینک را به پرواز درآورده است. اما به‌ نقل از داده‌هایی که جاناتان مک‌داول، ستاره‌شناس در مرکز اخترفیزیک هاروارد اسمیتسونین، گردآوری کرده است، تاکنون تقریبا ۳ درصد از فضاپیماهای استارلینک احتمالا از کار افتاده‌اند. مک‌داول در گفت‌وگو با بیزینس اینسایدر گفت نرخ ازکارافتادگی ماهواره‌های اسپیس ایکس چشمگیر نیست؛ اما نگرانی این است که حتی نرخ معمول ازکارافتادگی در چنین منظومه‌ی عظیمی، در نهایت به شکل‌گیری مقادیر بسیار زیادی زباله‌ی فضایی ختم شود.

برخی از کارافتادگی‌ها احتمالا آزمایش‌های عمدی است؛ اما ازآنجا که اسپیس ایکس درباره‌ی وضعیت ماهواره‌هایش اطلاعاتی منتشر نمی‌کند، تعداد ماهواره‌های خراب را نمی‌دانیم. درنتیجه، ستاره‌شناسانی نظیر مک‌داول ناگزیر به تجزیه‌وتحلیل داده‌های گرد‌آوری‌شده از اسپیس ایکس و دولت آمریکا درباره‌ی حرکات ماهواره‌ها رو آورده‌اند. این اطلاعات نشان می‌دهد کدام ماهواره‌های استارلینک به سمت زمین سقوط کرده‌اند و کدام یک درحال مانور نیستند. البته نرخ خرابی احتمالا سه درصدی ماهواره‌ها، ۴۵ ماهواره‌ای را دربرنمی‌گیرد که می‌دانیم اسپیس ایکس عمدا از مدار خارج کرده است.

اسپیس ایکس با تأیید دولت آمریکا، اجازه دارد نزدیک به ۱۲ هزار ماهواره‌ی استارلینک را پرتاب کند؛ هرچند این شرکت پرتاب ۳۰ هزار ماهواره‌ی بیشتر و درمجموع ارسال تقریبا ۴۲ هزار ماهواره را درخواست کرده است. درهرصورت، اسپیس ایکس در مسیر ساخت ابرمنظومه‌ای قرار دارد که تعداد ماهواره‌هایش از تمام فضاپیماهایی که انسان تاکنون پرتاب کرده، بیشتر است. بنابراین اگر سه درصد از مجموع نهایی منظومه‌ی استارلینک از کار بیفتد، به‌ معنای ۱۲۶۰ ماهواره‌ی ۲۵۰ کیلوگرمی خراب با اندازه‌ی یک میز خواهد بود که بی‌هدف به‌ دور زمین می‌چرخند.

به ‌نقل از سازمان فضایی اروپا، تا ماه فوریه ۲۰۲۰، نزدیک به ۳۲۰۰ ماهوار‌ه‌ی ازکارافتاده در مدار زمین وجود داشت. اغلب این فضاپیماهای خراب به‌طور منظم در معرض خطر برخورد با دیگر ماهواره‌ها و ایجاد بحران زباله‌ی فضایی هستند. به‌عنوان مثال، هفته‌ی گذشته ردیابان ماهواره عبور به‌شدت خطرناک ماهواره‌ای خراب و بدنه‌ی موشکی دورانداخته‌شده از کنار یکدیگر را شناسایی کردند؛ هرچند خوشبختانه در نهایت برخوردی بین این دو اتفاق نیفتاد.

اسپیس ایکس می‌گوید ماهواره‌هایش به‌طور طبیعی از مدار خارج می‌شوند یا در صورت از کار افتادن سامانه‌های رانش، در جو زمین می‌سوزند. اما به ‌نقل از وب‌سایت استارلینک، فرایند حذف ماهواره‌ها از مدار ممکن است تا ۵ سال به طول بیانجامد. در این فاصله، ماهواره‌های ازکارافتاده سریع‌تر از گلوله به ‌دور زمین می‌چرخند و هیچ‌کس نمی‌تواند آن‌ها را از سر راه دیگر فضاپیماها بردارد.

اسپیس ایکس درخواست‌های بیزینس اینسایدر برای ارائه‌ی توضیح را بدون پاسخ گذاشت. بااین‌حال اسپیس ایکس در اسناد ارسال‌شده برای کمیسیون ارتباطات فدرال، خطر را کمرنگ جلوه داده است و می‌گوید: «نرخ خرابی ماهواره‌ها و خروج از مدارِ ۵ یا ۱۰ درصد را غیر قابل قبول و حتی نرخ یک درصد را بعید می‌داند.» این شرکت بیان می‌کند اگر یک درصد از ماهواره‌ها بدون هیچ توان مانوری از کار بیفتد، «تقریبا یک درصد در هر دهه احتمال وجود دارد که یک ماهواره‌ی خراب اسپیس ایکس با قطعه زباله‌ای ردیابی‌شده برخورد کند.» اسپیس ایکس همچنین ادعا می‌کند که اقداماتش «به ‌نحو مؤثر احتمال رخ ‌دادن چنین نرخ‌هایی را به‌کلی ازبین می‌برد.»

اسپیس ایکس در پرتاب تعداد زیاد ماهواره‌ی اینترنتی تنها نیست. وان‌وب ‌اکنون ۷۴ ماهواره از منظومه‌ی ۴۸ هزار دستگاهی‌اش را به مدار فرستاده است و آمازون قصد دارد بیش از ۳۲۰۰ دستگاه ماهواره را برای ناوگان کویپر خود پرتاب کند. معلوم نیست این منظومه‌ها احتمالا چه تعداد ماهواره‌ی خراب را در مدار به ‌جا خواهند گذاشت.

ازآنجا که هیچ‌کس نمی‌تواند ماهواره‌های ازکارافتاده را جابه‌جا کند، آن‌ها گاهی ‌اوقات با سرعت بسیار زیاد به سمت دیگر فضاپیماها از جمله ایستگاه فضایی بین‌المللی و خدمه‌ی فضانوردانش حرکت می‌کنند. حتی اگر یک ماهواره با فضاپیمایی بدون سرنشین برخورد کند، می‌تواند وضعیت مخاطره‌آمیزی به ‌وجود آورد. دن سپرلی، مدیرعامل شرکت ردیاب ماهواره‌ی لئولبز، در ماه ژانویه به بیزینس اینسایدر گفت: «ما درواقع دو ماهواره را با بقایای شلیک شاتگان تعویض می‌کنیم.» در‌ آن ماه، نزدیک بود دو ماهواره‌ی خراب در مسیر یکدیگر قرار گیرند و در اثر انفجار ناشی از برخورد، به صدها هزار قطعه زباله تبدیل شوند.

حادثه‌ی یادشده درصورت وقوع، نخستین انفجار این‌چنینی محسوب نمی‌شد و تشدید معضل زباله‌های فضایی نیز مستلزم رخ ‌دادن تعداد زیاد از آن‌ها نیست. در سال ۲۰۰۷، چین یک موشک ضد ماهواره را با منفجر کردن یکی از ماهواره‌های هواشناسی خود آزمایش کرد. دو سال بعد، فضاپیمایی آمریکایی و فضاپیمایی روسی به‌طور تصادفی با یکدیگر برخورد کردند. همین دو سانحه به‌تنهایی مقدار زباله‌های فضایی را در مدار نزدیک زمین تا تقریبا ۷۰ درصد افزایش داد. هند نیز در سال ۲۰۱۹ موشک ضد ماهواره‌ی خود را آزمایش کرد و انفجاری شکل داد که به تشکیل نزدیک به ۶۵۰۰ قطعه زباله‌ی بزرگ‌تر از پاک‌کن منجر شد.

درمجموع، بیش از ۵۰۰ انفجار این‌چنینی تقریبا ۱۳۰ میلیون قطعه زباله را در مدار زمین به‌وجود آورده است. این بقایای مداری با سرعت بیش از ۲۸ هزار کیلومتر بر ساعت (تقریبا ۱۰ برابر سرعت گلوله) به دور زمین می‌چرخند.

زباله‌های فضایی صرفا برای فضاپیماهای رباتیک تهدیدزا نیستند و فضاپیماهای حامل سرنشین را نیز در معرض خطر قرار می‌دهند. دقیقا یک ماه پیش، قطعه‌ای زباله‌ی فضایی با فاصله‌ی بسیار نزدیک از کنار ایستگاه فضایی بین‌المللی عبور کرد. کنترل‌کنندگان زمینی به‌منظور جلوگیری از برخورد، پیشرانه‌ی فضاپیمای روسی متصل به ایستگاه را روشن کردند تا آزمایشگاه مداری را از مسیر احتمالی برخورد دور کنند. سه خدمه‌ی حاضر در ایستگاه فضایی خود را در بخش روسی متصل به فضاپیمای سایوز محصور کردند تا درصورت وقوع برخورد، بتوانند از مهلکه بگریزند.

اگر معضل زباله‌های فضایی تشدید شود، ممکن است شکل‌گیری زنجیره‌ای از تصادم‌ها اجتناب‌ناپذیر شود و درنهایت زمین در احاطه‌ی میدانی از بقایای صعب‌العبور قرار گیرد. این وضعیت احتمالی به افتخار دونالد جی کسلر، اخترفیزیکدان شاغل در مرکز فضایی جانسون ناسا، با عنوان «سندرم کسلر» شناخته می‌شود. در سال ۱۹۷۸، کسلر در مقاله‌ای برآورد کرد که پاکسازی مدار از زباله‌های فضایی و ایمن‌سازی دوباره‌ی سفرهای فضایی، احتمالا صدها یا هزاران سال طول خواهد کشید.

• استارلینک ؛ هرآنچه درباره اینترنت ماهواره ای اسپیس ایکس باید بدانید
• چرا اخترشناسان نگران تأثیر ماهواره‌های استارلینک اسپیس ایکس بر آسمان شب هستند؟

تد میولهپت، تحلیلگر سامانه‌های ماهواره‌ای می‌گوید «این تأثیری بلندمدت است که درطول دهه‌ها و سده‌ها به ‌وقوع می‌پیوندد. هر جسمی که بقایای فراوان ایجاد کند، این خطر را افزایش خواهد داد.» به‌گفته‌ی پیتر بک، مدیرعامل شرکت هوافضای راکت لب، شمار در خور توجه اجرام در مدار زمین احتمالا ‌اکنون تأثیری مشابه کسلر دارند. او گفت این اجرام اثر چشمگیری بر جنبه پرتاب موشک‌ها دارند. درواقع راکت‌ها باید تلاش کنند از میان انبوه ابرمنظومه‌های ماهواره‌ای، راه خود را به فضا پیدا کنند.

درحال‌حاضر، اسپیس ایکس تقریبا تنها ۲ درصد از منظومه‌ی استارلینک را تکمیل کرده؛ اما با همین تعداد اندک نیز خطرساز بوده است. در سپتامبر ۲۰۱۹، سازمان فضایی اروپا (ESA) یکی از فضاپیماهایش را در واپسین دقیقه حرکت داد تا از برخورد احتمالی با یک ماهواره‌ی استارلینک جلوگیری کند. احتمال چنین تصادمی در ظاهر اندک و درحد یک در هزار است؛ اما ناسا برای اجتناب از برخوردهایی با احتمال یک در صدهزار، ایستگاه فضایی را به‌طور منظم حرکت می‌دهد.

سازمان فضایی اروپا اعلام کرد که ناگزیر به جابه‌جایی ماهواره‌ی خود بود؛ زیرا اسپیس ایکس هیچ برنامه‌ای برای اقدام نداشت. اسپیس ایکس در جواب گفت که به‌ دلیل وجود باگ در سامانه‌های ارتباطی، ایمیل‌های ESA درباره‌ی این مشکل را دریافت نکرد. درهرصورت، نزدیک ‌شدن ماهواره‌ها به یکدیگر ظاهرا در آینده بیشتر تکرار خواهد شد.