چند ماهواره در اطراف زمین وجود دارد؟

به گزارش منیبان؛ هفته گذشته شرکت فضایی «اسپیس‌ایکس» (SpaceX) با ارسال همزمان ۱۴۳ ماهواره به مدار زمین به وسیله‌ی موشک فالکون (Falcon) رکورد جدیدی ثبت کرد. اما جزئیات این ماموریت چه بود و چطور یک موشک میتواند این تعداد از ماهواره را به فضا ببرد؟

 ۱۴۳ ماهواره در اشکال و اندازه‌های مختلف بر روی موشک «فالکون» اسپیس‌ایکس سوار شدند تا از فلوریدا به فضا پرتاب شوند. رکورد قبلی برای یک شرکت وسایل نقلیه هندی بود که در سال ۲۰۱۷.۱۰۴ ماهواره را با خود حمل کرده بود.

این‌ها نشانه‌ی تغییرات ساختاری بزرگ‌تری در زمینه‌ی فعالیت‌های فضایی است که باعث می‌شود افراد بیشتری در آن دخیل شوند. این تغییرات نتیجه‌ی انقلابی در تولید اجزای مقاوم، کوچک و کم هزینه است که بیشتر آن‌ها مستقیما از وسایل برقی مثل تلفن‌های هوشمند گرفته شده و این بدان معناست که اکنون هرکسی می‌تواند یک ماهواره مناسب کوچک بسازد و با پیشنهاد اسپیس‌ایکس مبنی بر ارسال این ماهواره‌ها تنها با پرداخت یک میلیون دلار، فرصت‌های تجاری ادامه خواهد داشت.

شرکت اسپیس‌ایکس بر روی موشک فالکون خود ۱۰ ماهواره‌ی استارلینک (starlink) داشت که قرار است اینترنت پهن‌باند را به سراسر جهان برساند.

شرکت پلنت (Planet) سانفرانسیسکو بیشترین ماهواره را در این موشک برای ارسال به فضا داشته است. این ماهواره‌ها گروهی دیگر از ماهواره‌های موسوم به «سوپر داو» (Super Dove) بودند که برای تصویربرداری روزانه از سطح زمین با وضوح سه تا پنج متر مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فضاپیما تعداد ماهواره‌های در گردش این شرکت را به بیش از ۲۰۰ عدد می‌رساند.

سوپر داوها به اندازه‌ی یک جعبه کفش هستند. در حالی که بسیاری دیگر از محموله‌هایی که در فالکون بودند اندازه‌ای کمی بزرگ‌تر از یک لیوان قهوه داشتند و برخی حتی از یک جلد کتاب نیز کوچک‌تر بودند.

شرکت فناوری اسوارم (Swarm) نیز ماهواره‌ای به نام اسپیس‌بیز (SpaceBees) را تولید کرده که اندازه‌ی آن‌ها ۱۰ در ۱۰ در ۲.۵ سانتی‌متر است. آن‌ها به عنوان شبکه‌ی ارتباطی عمل می‌کنند تا تمام دستگاه‌های روی زمین که به اجسام مختلف وصل است از حیوانات مهاجرت‌کننده گرفته تا کانتینرهای حمل و نقل را به شبکه متصل کند.

برخی موارد بزرگ‌تر در موشک فالکون به اندازه‌ی یک چمدان بودند که در میان آن‌ها چندین ماهواره رادار وجود دارد. این رادارها بیشترین سود را از انقلاب تولید اجزای تشکیل دهنده بردند.

ماهواره‌های رادار سنتی بزرگ بودند و وزنی چند تنی داشتند. به همین دلیل ارسال آن‌ها به فضا صدها میلیون دلار هزینه داشت و این به آن معنا بود که تنها سازمان‌های بزرگ فضایی و ارتش می‌توانست از پس هزینه‌ی پرتاب آن‌ها برآیند. اما استفاده از مواد جدید و قطعات کوچک اندازه‌ی آن‌ها را به طور چشم‌گیری کاهش داد و به زیر ۱۰۰ کیلوگرم رساند همچنین هزینه‌های پرتاب آن‌ها به چندین میلیون دلار تقلیل پیدا کرد.

ماهواره‌ی رادار

ماهواره‌های شرکت‌های آیسای (Iceye) از فنلاند، کاپلا (Capella) و آمبرا (Umbra) از ایالات متحده و «IOPS» از ژاپن نیز از دیگر مسافران این موشک بودند. این شرکت‌های نوپا قصد دارند با تشکیل مجموعه‌ای از ماهواره‌ها در فضا تصاویری سریع و پی‌درپی از زمین گرفته و مخابره کنند.

ماهواره‌ی رادار مزیت دیگری نسبت به سایر دوربین‌های نوری استاندارد دارد و آن این است که می‌تواند از میان ابرها تصویر بگیرد. چه شب باشد چه روز. ما در عصری زندگی می‌کنیم که هر تغییری در کره‌ی زمین هر کجا که اتفاق بیفتد بلافاصله ثبت می‌شود.

فالکون این ۱۴۳ ماهواره را در مدار قطبی در فاصله‌ی ۵۰۰ کیلومتری زمین قرار داد. این یکی از معایب ارسال همزمان چندین ماهواره باهم است. ماهواره شما جایی خواهد رفت که موشک برود و برای برخی این مدارها ایده‌آل نیست. تعدادی از ماهواره‌ها می‌خواهند در ارتفاعی کمتر یا بیشتر قرار گیرند یا در جهتی متفاوت نسبت به خط استوا.

این امر با استفاده از فضاپیمای اسپیس تاگ (space tug) محقق می‌شود. تاگ که از بخش بالای موشک خارج می‌شود تنظیمات نهایی ماهواره‌ها را طی چند هفته انجام می‌دهد. فالکون دو عدد از آن با خود به فضا برده است. اما برای برخی ماموریت‌های فضایی ارسال اختصاصی تنها راه حل مطلوب است و به همین دلیل است که امروزه شاهد هجوم تولید موشک‌های کوچکی هستیم که پروازهای اختصاصی انجام می‌دهند. اما این موشک‌های کوچک نمی‌توانند در هزینه با موشک‌های بزرگ‌تر رقابت کنند، اما می‌توانند نظر افرادی که نیازهای منحصر به فرد و یا فوری دارند را جلب کنند.

دن هارت (Dan Hart) مدیرعامل شرکت ویرجین اوربیت (Virgin Orbit) که موشکی کوچک ساخته که می‌تواند از زیر بال هواپیمای بوئینگ ۷۴۷ پرتاب شود به بی‌بی‌سی می‌گوید: شرکت‌های استارت آپ باهوش‌تر شده‌اند. این ماهواره‌های کوچک قبلا مورد توجه زیادی بوده‌اند و ارزان‌ترین راه ممکن برای رفتن به فضا. اما این موضوع به سرعت در حال تغییر است و اکنون این تجارت‌ها با ماموریت‌های حساس خود اگر منتظر دیگران بمانند و یا به مدارهای نامناسب بروند ممکن است بازده و منافع‌شان را از دست بدهند.

با سرعت گرفتن ارسال ماهواره‌ها به مدار موضوع ترافیک فضایی بسیار قوت گرفته است. برخورد کامل دو ماهواره به هم اتفاق نادری است، اما به طرز شگفت آوری اکنون تعداد زیادی از ماهواره‌ها چیزی حدود ۱۰ درصد به طور ناگهانی دچار تغییرات غیر منتظره‌ای می‌شوند که احتمالا نتیجه برخورد بخشی از ماهواره‌های ماموریت‌های قبلی به آن‌هاست.

بخش فضایی باید راه‌های هوشمندانه‌تری برای ردیابی اجسامی که در مدار هستند پیدا کند و زمان‌هایی را برای مانور ممنوع اعلام کند در غیر این صورت برخی از ارتفاعات به دلیل وجود زباله‌های فضایی ناامن و غیرقابل استفاده خواهند شد.

جاناتان مک داول (Jonathan McDowell) از مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان (Harvard-Smithsonian) مورخ برجسته فضانوردی گوید: اکنون بیش از سه هزار ماهواره در مدار قرار دارد تعداد ماهواره‌های پرتاب شده سال گذشته بیش از ۱۲۰۰ عدد بوده که بیشتر از دو برابر هر سال دیگری است و تعدادی که امروز ارسال شدند برابر با تعدادی است که پیش از این در طول یک سال ارسال می‌شد. فضا به شدت در حال شلوغ شدن است.

ویل مارشال (Will Marshall)، مدیرعامل شرکت «پلنت» می‌گوید: شرکت او و در واقع همه شرکت‌هایی که در پرتاب اخیر حاضر بودند، از این موضوع آگاهند. او به بی‌بی‌سی گفت: ما شاهد شلوغی مدارهای خاصی هستیم. بیشتر این مدارهای شلوغ در خطر سندرم کسلر (Kessler Syndrome) هستند.

چه تعداد ماهواره در اطراف زمین هست؟

ماهواره‌ها بخشی مهم از زیرساخت‌های ما هستند و به ما در استفاده از موقعیت‌یاب‌ها، دسترسی به اینترنت و مطالعات زمین‌شناختی کمک می‌کنند.

اما چه تعداد ماهواره در مدار زمین در حال گردش است؟ در حال حاضر چیزی حدود ۶۰۰۰ ماهواره در مدار سیاره‌ی کوچک ما می‌گردند که حدود ۶۰ درصد آن‌ها ماهواره‌های از کار افتاده و زباله‌های فضایی هستند و تقریبا ۴۰ درصد از آن ماهواره‌های فعال هستند. بر طبق اعلام سازمان The Union of Concerned Scientists در آوریل سال ۲۰۲۰، دو هزار و ۶۶۶ ماهواره فعال در مدار زمین می‌چرخند که ۱۰۰۷ مورد برای مصارف ارتباطی هستند ۴۴۶ مورد برای مشاهده‌ی زمین و ۹۷ مورد برای اهداف ناوبری و موقعیت‌یابی استفاده می‌شوند.

طبق محاسبه‌ی شرکت Euroconsult که در زمینه فضا فعالیت دارد، در دهه‌های پیش رو سالانه ۹۹۰ ماهواره به فضا پرتاب خواهد شد و این بدان معناست که تا سال ۲۰۲۸ حدود ۱۵ هزار ماهواره در مدار زمین خواهد بود. با احتساب ۱۲ هزار ماهواره‌ی استارلینک که شرکت اسپیس‌ایکس می‌خواهد بفرستد و همچنین برنامه فضایی شرکت آمازون رقابت فضایی با سرعت زیادی ادامه خواهد داشت.

اما زباله‌ی فضایی چیست؟

زباله‌ی فضایی یا بقایای فضایی شامل هر قطعه‌ای از ماشین‌آلات باقی مانده انسان در فضاست که می‌تواند شامل قطعاتی بزرگ مثل ماهواره‌های از کار افتاده باشد یا قطعات کوچک‌تر مثل یک تکه رنگ کنده شده از سطح یک موشک. برخی از این زباله‌ها روی ماه فرود آمده‌اند.

چقدر زباله‌ی فضایی در فضا وجود دارد؟

در حالی بیش از سه هزار ماهواره فعال در مدار وجود دارد بیش از ۳ هزار ماهواره‌ی از کار افتاده نیز در مدار است. همچنین بیش از ۳۴ هزار قطعه زباله با اندازه‌ی بیش از ۱۰ سانتی‌متر و میلیون‌ها قطعه کوچک‌تر وجود دارند که اگر با چیزی برخورد کنند می‌تواند فاجعه بار باشد.

زباله‌های فضایی چگونه وارد فضا می‌شوند؟

تمام زباله‌های فضایی ناشی از ارسال اجسام مختلف به فضاست و تا زمانی که به سطح زمین بازنگردند در فضا می‌مانند. برخی از آن‌ها که به جو نزدیک‌تر هستند می‌توانند به جو بازگردند و پیش از رسیدن به سطح زمین کاملا می‌سوزند. اما آن دسته که در ارتفاعات بالاتری هستند یعنی ۳۶ هزار کیلومتری مثل ماهواره‌های ارتباطی و آب و هوا در مدار زمین ثابت قرار می‌گیرند و می‌توانند برای مدت صد تا هزار سال به دور زمین بگردند. برخی از این زباله‌های فضایی در اثر برخورد ماهواره‌ها و یا آزمایشات ضد ماهواره‌ای به وجود می‌آیند. پس از برخورد این ماهواره‌ها تبدیل به هزار قطعه می‌شوند و تولید میزان زیادی آلودگی می‌کنند. موضوع نادر دیگر آن است که برخی کشورها مثل چین، آمریکا و هند از موشک برای منفجر کردن ماهواره‌های خودشان استفاده می‌کنند.

زباله‌های فضایی چه خطراتی برای اکتشافات فضایی دارند؟

خوشبختانه این زباله‌های فضایی در حال حاضر مشکلی برای اکتشافات فضایی ایجاد نمی‌کنند و مشکل بزرگ را برای سایر ماهواره‌ها ایجاد می‌کنند. این ماهواره‌ها نباید به این زباله‌ها برخورد کنند تا آسیب نبینند و از بین نروند. به طور کلی، در میان تمامی ماهواره‌ها، سالانه صدها مانور برای جلوگیری از برخورد رخ می‌دهد از جمله مانورهایی که توسط ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) انجام می‌شود. جایی که فضانوردان در آن مستقرند.

خوشبختانه، این برخوردها نادر هستند آخرین برخورد فضایی یک ماهواره با زباله‌های فضایی در سال ۲۰۰۹ رخ داده است و وقتی نوبت به کاوش بخش‌هایی بالاتر در مدار زمین باشد هیچ‌کدام از این مشکلات وجود ندارد.

چگونه می‌توان فضا را تمیز کرد؟

سازمان ملل از تمامی شرکت‌ها می‌خواهد که ماهواره‌هایشان را تا ۲۵ سال پس از اتمام ماموریتشان از فضا خارج کنند. از آن‌جا که احتمال خرابی ماهواره‌ها وجود دارد برای حل این مشکل شرکت‌های مختلف از سراسر جهان راه حل‌هایی جدید ارائه دادند. این راه حل‌ها شامل پاکسازی بقایای این ماهواره‌ها با کشیدن آن‌ها به سمت جو است جایی که در آن به طور کامل می‌سوزند. برای این کار می‌توان از نوعی نیزه استفاده کرد و یا آن‌ها را در دام توری بزرگ انداخت، از آهن‌ربا استفاده کرد و یا حتی با استفاده از لیزر به افزایش کشش جوی آن کمک کرد تا به سمت جو حرکت کند. اگرچه این روش‌ها تنها برای قطعات بزرگ کاربرد دارد و نمی‌توان قطعات کوچک را جمع‌آوری کرد تنها باید منتظر بود تا به طور طبیعی به جو زمین برگردند.

سندرم کسلر چیست؟

این ایده توسط دانشمند ناسا دونالد کسلر (Donald Kessler) در سال ۱۹۷۸ بیان شد. او گفت اگر میزان زیادی زباله‌ی فضایی در فضا باشد می‌تواند باعث ایجاد یک واکنش زنجیره‌ای از برخوردها شود و برخوردهای بیشتر قطعات بیشتری تولید می‌کنند تا جایی که مدار زمین غیرقابل استفاده شود. اگرچه رخ دادن آن به این زودی‌ها امکان‌پذیر نیست، اما بعضی از متخصصان نگرانند که انواعی از آن روزی مشکل‌ساز شود و باید گام‌هایی در جهت جلوگیری از رخ دادن آن برداشته شود.

آیا این زباله‌های فضایی در آینده مشکل ساز می‌شوند؟

بله. شرکت‌ها در حال برنامه‌ریزی برای ارسال گروهی از ماهواره‌ها برای رساندن اینترنت به سراسر جهان هستند. این شرکت‌ها که شامل اسپیس‌ایکس و آمازون می‌شود قصد دارند هزاران ماهواره برای این منظور به فضا بفرستند. در صورت موفقت آن‌ها ۵۰ هزار ماهواره دیگر به مدار اضافه خواهد شد که این به معنای آن است که باید مانورهای بیشتری برای جلوگیری از برخوردها انجام شود.

در سپتامبر ۲۰۱۹، آژانس فضایی اروپا اولین مانور ماهواره‌ای خود را برای جلوگیری از برخورد با یک مگا ماهواره را انجام داد. جلوگیری از برخورد با ماهواره‌های فعال کاری غیرمعمول است. با اطمینان از این موضوع که ماهواره‌ها در مدت زمان معینی پس از اتمام ماموریت‌شان پاکسازی می‌شوند می‌توان مشکل زباله‌های فضایی را حل کرد.

مدار زمین به ما این امکان را می‌دهد تا سیاره خود را مورد مطالعه قرار دهیم، شبکه‌ی ارتباطی داشته باشم و موارد دیگر و مهم است که از آن به نحوی استفاده کنیم که نسل‌های آینده نیز بتوانند از مزایای آن بهره‌مند شوند.