איך מסלול נמוך של כדור הארץ הופך לערימת אשפה

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

שובל האשפה של האדם נמתח מזמן מעבר לכוכב הלכת, הרחק אל החלל. בעוד פעילים ופוליטיקאים מחליטים מה לעשות עם הפסולת הביתית על פני כדור הארץ, טונות של ציוד שכבר מנוצל מצטבר במסלולים.

בואו נבין ממה עשויות מזבלות החלל, היכן הן ממוקמות והאם פסולת "שמימית" יכולה ליפול על ראשנו (ספוילר: זה כבר קרה).

איזה זבל עף בחלל

עידן החלל החל עם שיגור הלוויין המלאכותי הראשון ב-1957. מאז, האנושות שיגרה רקטות רבות והכניסה כמעט 11,000 לוויינים למסלול. בשנים האחרונות, מספר משימות החלל גדל באופן דרמטי. כעת מרחב קרוב לכדור הארץ נחקר לא רק על ידי מדינות - חברות פרטיות וארגונים ללא מטרות רווח הצטרפו לעסק. העומס על המסלולים הולך וגדל.

כיצד השתנה מספר העצמים בחלל קרוב לכדור הארץ

עם זאת, לוויינים, כמו כל טכניקה אחרת, מתקלקלים ומתיישנים. הם מוחלפים במכשירים חדשים, והמכשירים הכושלים נאלצים לחיות את חייהם במסלול בצורת גרוטאות מתכת. בסביבות הקרובות והרחוקות של הפלנטה שלנו הופיעו "מזבלות".

כל החפצים הטכניים הבלתי ניתנים להפעלה ושבריהם מסווגים כפסולת חלל. רובו בילה שלבי רקטות, לוויינים ישנים ושברים שלהם. למרות השיגורים המתמידים של מכשירים חדשים, לוויינים עובדים במסלול הם הרבה פחות מ"פסולת". לפי הערכות של סוכנות החלל האירופית (ESA), בחלל הקרוב לכדור הארץ יש 128 מיליון פסולת זעירה, שגודלה אינו עולה על סנטימטר, 900 אלף שברים מ-1 עד 10 ס"מ ו-34 אלף - יותר מ-10 ס"מ. לשם השוואה: יש רק 3 לוויינים עובדים, 9 אלף.

באופן פעיל ביותר האנושות משתמשת במסלול נמוך של כדור הארץ (200-2000 ק"מ מעל פני הים). חלק זה של החלל החיצון הוא ה"מאוכלס בצפיפות" ביותר ובו בזמן ה"מלוכלך ביותר". בגובה של 650-1000 ק"מ ממוקמת ה"מזבלה" הראשונה - כאן "גרים" כלי רכב ישנים, פסולת בגדלים שונים ולוויינים צבאיים עם מתקנים גרעיניים. גבהים כאלה לאחסון חפצים שעלולים להיות מסוכנים לא נבחרו במקרה: הם יכולים להיות שם כאלפיים שנה. "אתר הבדיקה" הרשמי השני ממוקם בגובה של כ-36 אלף ק"מ - כל הלוויינים ששירתו מהמסלול הגיאוסטציונרי נשלחים לשם.

עם זאת, פסולת חלל "עפה" לא רק במקומות המיועדים לכך במיוחד. התנגשות עם פסולת בחלל קרוב לכדור הארץ יכולה להתרחש בכל מקום, מכיוון שכמעט בלתי אפשרי לחזות את תנועתם של חלקיקים קטנים. אבל באמת אפשר להתחמק משברים גדולים - רובם נצפים על ידי סוכנויות החלל העולמיות. אם בשנים הקרובות חברות כמו SpaceX, OneWeb ואמזון יפרסו אלפי לווייני תקשורת על פני כדור הארץ, מומחים יצטרכו לנטר את התנועה במסלולים בזהירות רבה יותר כדי למנוע תאונות.

מי עוקב אחר הפסולת בחלל

לפי ESA, רשתות תצפית בחלל עוקבות באופן קבוע רק אחרי 28,000 פסולת גדולה במיוחד. רשת מעקב החלל האמריקאית היא אחד משירותי ניתוח מסלולי פסולת החלל המובילים. מומחים מנהלים קטלוג שבו מובאים עצמים הגדולים מ-5-10 ס"מ ממסלול נמוך של כדור הארץ ופסולת החל מ-30 ס"מ הממוקמים ליד הגיאוסטציונרי.

בארצות הברית ישנם מרכזים נוספים שאוספים ומעבדים נתונים לא רק על "פסולת", אלא גם על מכשירים תפעוליים.המיקומים הגיאוגרפיים שלהם מתפרסמים ברשות הרבים במשאב מסלול החלל, ומהטוויטר של טייסת בקרת החלל ה-18 תוכלו ללמוד על השמדת כלי רכב מסוימים. בהתבסס על מידע זה, נוצרה מפה מקוונת Stuff in Space, המציגה בזמן אמת את מיקומם של לוויינים (נקודות אדומות), גופי רקטות (כחול) ופסולת חלל (אפור). המפה מתעדכנת מדי יום ומדגימה בבירור את ה"קשר" ההדוק בין מכשירים תפעוליים ל"פסולת".

גם מדינות אירופה, רוסיה וסין מתבוננות בתנועה על "מסילות" חלל באמצעות טלסקופים או מכ"מים גיאוסטציונריים. התנגשויות במסלול הן נדירות, הודות לשירותים שמחשבים את הסבירות להתרסקות.

מאיפה מגיעה פסולת חלל?

למרות העובדה שהתנגשויות בחלל הן נדירות, הן משפיעות ברצינות על הצמיחה של "מזבלות שמימיות". אחת מתאונות החלל החמורות ביותר אירעה ב-2009: לוויין התקשורת האמריקאי אירידיום והמנגנון הצבאי הרוסי "קוסמוס-2251" לא פעלו לא הצליחו להתפזר. ה"פגישה" שלהם הולידה ענן גדול של פסולת קטנה ויותר מ-1, 5 אלף שברים גדולים, שעד היום נשארים בחלל קרוב לכדור הארץ.

חוקרים מכנים פיצוצים הסיבה העיקרית להיווצרות פסולת חלל. לרוב הם מתרחשים עקב דליפה או חימום של דלק, שנשאר במיכלים של השלבים העליונים שכבר עברו, השלבים האחרונים של רקטות ולוויינים. ציוד מתפוצץ עקב פגמי עיצוב או השפעת סביבת החלל הקשה. לדוגמה, ב-2018 השלבים העליונים הרוסיים והאמריקאים "פרגט" ו"קנטאור" התרסקו במסלול, ב-2012 ה-"Briz-M" שלנו היה מפוזר לרסיסים. במרץ 2021 התפוצץ לוויין מטאורולוגי ישן בארה"ב, ולפני שנה שלב של הרקטה הסובייטית ציקלון-3, שהייתה בחלל קרוב לכדור הארץ במשך 29 שנים, הפך ל-75 שברים נסחפים.

בדיקות של כלי נשק נגד לוויין משאירים שובל גדול של פסולת. בשנת 2007 השמידה סין את ה-Fengyun-1C שלה עם טיל לטווח בינוני בגובה של 865 ק"מ. יצרו כ-3, 5 אלף חפצים גדולים ומספר בלתי נספור של שברים עד 5 סנטימטרים. ב-2019 ירתה הודו גם רקטה לעבר הלוויין שלה - כ-400 פסולת מפוזרת במסלולים שנעים בין 200 ל-1600 ק"מ.

מומחי ESA ניתחו יותר מ-560 מקרים של הרס מכשירים. כפי שהם מציינים, ישנן סיבות נוספות להיווצרות פסולת חלל במסלולים. לעתים קרובות, חלק מחלקיו מנותקים מהמכשיר, הוא נהרס עקב פגמים במבנה או נכשל בעת אינטראקציה עם האטמוספירה של כדור הארץ.

סיבות להשמדת חלליות

בשנת 2020, מומחים מ-RS Components ניתחו אילו ממעצמות החלל זרקו את החלל חזק יותר מאחרות. התברר שהחלק הגדול ביותר של ההריסות שאחריהן עוקבות היום שייך לרוסיה ולמדינות חבר העמים - 14,403 שברים. במקום השני נמצאת ארצות הברית (8734), במקום השלישי - סין (4688).

למה מזבלות חלל מסוכנות

לוויינים מודרניים מצוידים בהגנה מפני מיקרומטאוריטים ופסולת חלל, אבל "שריון" לא תמיד חוסך. הפסולת מהפיצוץ ממשיכה לנוע במהירות התחלתית. מכיוון שאין כוח חיכוך מורגש בחלל וכוח המשיכה הרגיל אינו פועל, הם למעשה אינם מאטים.

המהירות שלהם יכולה להגיע ל-8-10 קמ"ש, שזה כמעט פי שבעה יותר מכדור. גם המכות של השברים האיטיים יותר עלולות להיות קטלניות. חתיכות בגודל של מעל 10 ס"מ מסוגלות להשמיד מטוסים לחלוטין. התנגשויות עם שברים של יותר מ-1 ס"מ משבשות את פעולת החללית או גורמות לפיצוצים של עצמים לא פעילים. חלקיקים מילימטריים ברוב המקרים משאירים סדקים ושבבים על הבתים.

בשנת 2016, פסולת זעירה בגודל של כתם אבק הותירה שקע של 7 מ"מ על זכוכית החלון של ISS.התנגשויות עם כל שברי פסולת מסוכנות לתחנת החלל, מכיוון שהיא נעה במסלול במהירות של יותר מ-7.6 ק"מ לשנייה. ה-ISS מבצעת תרגילי התחמקות באופן קבוע ומתקנת את מסלולה: לוחות נגד מטאוריטים אינם מסוגלים להגן על הצוות בהתנגשות עם פסולת גדולה. לפעמים קוסמונאוטים נאלצים להתפנות מהתחנה ולהמתין לרגע של התקרבות מסוכנת לפסולת חלל בחללית סויוז, כדי לעזוב במהירות את "הספינה הטובעת" במידת הצורך.

רוב תמרוני החללית נעשים כדי למנוע "מפגשים" עם פסולת. פעולות אלו עולות ביוקר. מומחים מבלים שעות בחישוב סיכונים ובתכנון מסלול חדש. ברגע התמרון נצרך דלק, אותו יש לקחת איתך "במילואים", והמכשירים "עומדים בטל" - הם אינם מעבירים את הנתונים הדרושים לחוקרים.

עבור אלה על כדור הארץ, פסולת חלל אינה מהווה איום רציני. מכשירים קטנים מצליחים להישרף באטמוספירה, בעוד שחלקים גדולים של רקטות או לוויינים, ככלל, יורדים לאורך מסלול נתון לאוקיינוס השקט או לשטחים לא מיושבים בקזחסטן. רק פעם אחת פגעה פסולת חלל מעשה ידי אדם באדם. בשנת 1997 נפלה שבר של רכב שיגור אמריקאי דלתא II על תושבת אוקלהומה לוטי וויליאמס. הילדה התאכזבה לגלות שלא מדובר בחתיכת כוכב שנפלה על כתפה, אלא בשבר של מיכל דלק.

היועץ המדעי של נאס"א דונלד קסלר עשה תחזית לא נעימה ב-1978. בהמשך, כונתה התופעה שתוארה על ידו "תסמונת קסלר". לדברי האסטרופיזיקאי, יום אחד יגדל ריכוז ה"פסולת" בחלל עד כדי כך שמספר התאונות יתחיל לגדול ללא שליטה. פסולת תתרסק לתוך כלי טיס, ואלה ייקרעו לרסיסים ו"יתוקפו" חפצים אחרים. ערימות של גרוטאות מתכת יהפכו את המסלולים התחתונים לבלתי שמישים, וחגורת אשפה תופיע מסביב לכדור הארץ, המזכירה את הטבעות של שבתאי. כמה מומחים מאמינים שהריכוז הקריטי של עצמים מעשה ידי אדם במסלול כבר הושג.