زباله فضایی : کاهش ردپای مخرب فناوری جدید با فناوری جدیدتر

زباله فضایی : کاهش ردپای مخرب فناوری جدید با فناوری جدیدتر

زباله فضایی به تازگی به چالشی مهم در صنعت فضایی تبدیل شده اما به تازگی دانشمندان به ایده ای جسورانه دست یافته اند. در فیلم های مربوط به ماجراجویی های فضایی، اغلب لحظات پرتنشی وجود دارد که سفینه قهرمانان در یک تیربار تراکتور نامرئی گیر می افتد و به آرامی آن ها را به سمت تبهکاران می کشد. جالب اینجاست که چیزی که قبلا فقط یک ایده علمی تخیلی بود، ممکن است واقعا اتفاق بیفتد.

دانشمندان در حال کار بر روی یک تیر تراکتور واقعی به نام تراکتور الکترواستاتیک هستند. این پرتو تراکتوری خلبانان ستاره ای بی پناه را نمی کشد؛ بلکه از جاذبه الکترواستاتیک برای دور کردن آرام زباله های فضایی خطرناک از مدار زمین استفاده می کند.

یک مساله مهم وجود دارد: با رشد صنعت فضایی تجاری، انتظار می رود تعداد ماهواره ها در مدار زمین بسیار افزایش یابد. این سیل ماهواره های جدید در نهایت تجزیه خواهند شد و فضای اطراف زمین را به زباله دانی بزرگ تبدیل خواهند کرد. این زباله ها می توانند با فضاپیماهای در حال کار برخورد کنند، به زمین سقوط کنند، فلزاتی را در اتمسفر ما آزاد کنند و دید ما نسبت به کیهان را مسدود کنند. کارشناسان هشدار می دهند که در صورت عدم رسیدگی، این مشکل رو به رشد زباله های فضایی می تواند صنعت رو به رشد اکتشافات فضایی را کند کند.

دانش علمی تقریبا وجود دارد، اما کمبود بودجه وجود دارد.

پرتو تراکتور الکترواستاتیک ممکن است با دور کردن ایمن ماهواره های غیر کاربردی از مدار زمین به حل این مساله کمک کند، جایی که آن ها به آرامی برای همیشه در حال حرکت خواهند بود.

به گفته کارشناسانی که با لایو ساینس مصاحبه کرده اند، اگرچه پرتو تراهرتز مشکل زباله های فضایی را به طور کامل حل نمی کند، اما نسبت به سایر روش های پیشنهادی برای حذف زباله های فضایی مزیت هایی دارد و آن را به ابزاری ارزشمند تبدیل می کند.

یک نمونه اولیه ممکن است میلیون ها دلار قیمت داشته باشد و یک نسخه کاملا عملیاتی حتی بیشتر. با این حال، اگر آن ها بتوانند این پول را پیدا کنند، تیم پشت پرده تراکتور معتقد است که می تواند ظرف یک دهه آماده استفاده باشد.

کیلی چمپیون، پژوهشگر پروژه و دانشجوی دکترای دپارتمان علوم مهندسی هوافضا در دانشگاه کلرادو بولدر (CU Boulder)می گوید: ” این علم تقریبا وجود دارد، اما بودجه آن کم است.”

جلوگیری از فاجعه

جمع آوری زباله فضایی
تیرهای تراکتور جزء اصلی فیلم‌های علمی تخیلی و برنامه‌های تلویزیونی مانند پیشتازان فضا هستند. این ایده ای برای غلبه بر زباله فضایی را ایجاد می کند.

همان طور که در فیلم های علمی تخیلی مانند Star Trek دیده می شود، پرتوه ای ردیاب به عنصری آشنا تبدیل شده اند. تیره ای تراکتور در “جنگ ستارگان” و “سفر ستاره ای” با استفاده از جاذبه مصنوعی یا یک “میدان انرژی” نامشخص، سفینه های فضایی را می کشند. دستیابی به چنین فن آوری احتمالا فراتر از توانایی های انسانی است. با این حال، هانسپتر چاب، استاد مهندسی هوافضا در دانشگاه CU بولدر، از این مفهوم برای ایجاد نسخه ای کاربردی تر الهام گرفت.

چاب این ایده را پس از یک برخورد مهم ماهواره ای در سال ۲۰۰۹ به دست آورد. این برخورد شامل یک ماهواره ارتباطی فعال به نام ایریدیوم ۳۳ بود که با یک فضاپیمای نظامی غیر کاربردی روسی به نام کوسموس ۲۲۵۱ برخورد کرد و بیش از ۱۸۰۰ قطعه زباله را در مدار زمین پراکنده کرد.

در واکنش به این فاجعه، شواب قصد داشت از تکرار چنین حوادثی جلوگیری کند. او متوجه شد که با استفاده از جاذبه بین اجسام دارای بار مثبت و منفی، می توانید فضاپیماها را از خطر دور کنید.

در طول دهه بعد، شاوب و همکارانش این مفهوم را اصلاح کردند. اکنون، آن ها استفاده از آن را در خارج کردن ماهواره های غیر کاربردی از مدار زمین ثابت (GEO)پیش بینی می کنند. GEO مداری به دور خط استوای زمین است که در آن سرعت یک جسم با چرخش سیاره برابری می کند و آن را در بالای یک نقطه خاص روی زمین ثابت نشان می دهد. آزاد کردن این “املاک اولیه” برای ماهواره ها هدف آن ها است.

چگونه کار می کند؟

فناوری راه حل زباله فضایی
محققان این تفنگ الکترونی را روی قطعات فلزی در آزمایشگاه آزمایش کرده‌اند.

تراکتور الکترواستاتیک شامل یک فضاپیمای خدمت رسان مجهز به تفنگ الکترونی خواهد بود. این تفنگ الکترون های با بار منفی را در یک ماهواره هدف غیر کاربردی شلیک می کرد و یک بار منفی برای هدف و یک بار مثبت برای سرویس دهنده ایجاد می کرد. با وجود جدا شدن ۶۵ تا ۱۰۰ فوت (۲۰ تا ۳۰ متر)فضای خالی، جاذبه الکترواستاتیک بین آن ها آن ها را به هم متصل نگه می دارد.

زمانی که “به هم چسبید”، سرویس دهنده می تواند هدف را بدون تماس مستقیم از مدار خارج کند. در حالت ایده آل، ماهواره غیرفعال به یک “مدار قبرستان” دورتر از زمین منتقل خواهد شد، جایی که می تواند با خیال راحت برای همیشه حرکت کند.

جاذبه الکترواستاتیک بین دو فضاپیما به دلیل محدودیت در فن آوری تفنگ الکترونی و جداسازی لازم برای جلوگیری از برخورد ضعیف خواهد بود. در نتیجه، سرویس دهنده باید بسیار آهسته حرکت کند و ممکن است بیش از یک ماه طول بکشد تا یک ماهواره به طور کامل از GEO خارج شود.

این یک تضاد قابل توجه با تیره ای تراکتور فیلم است که غیرقابل توقف هستند و به سرعت اهداف خود را می کشند. به گفته محقق این پروژه، جولیان همرل، دانشجوی دکترای دانشگاه CU بولدر، این تفاوت بین علمی تخیلی و واقعیت، نکته مهمی است که باید به آن توجه کرد.

   مزایا و چالش ها   

میزان افزایش زباله فضایی
میزان زباله های فضایی اطراف زمین در سال های اخیر به شدت افزایش یافته است. در اینجا مقایسه ای از زباله های فضایی در سال ۱۹۶۵ (چپ) و ۲۰۱۰ (راست) است.

پرتو تراکتور الکترواستاتیک نسبت به دیگر روش های پیشنهادی برای حذف زباله های فضایی مانند زوبین ها، تورهای غول پیکر و سیستم های داکینگ فیزیکی مزیت قابل توجهی دارد: کاملا بدون لمس است.

هامرل توضیح داد: ” شما این فضاپیماهای بزرگ و غیر کاربردی را دارید که اندازه ای مشابه یک اتوبوس مدرسه دارند و به سرعت می چرخند. اگر از یک زوبین عکس بگیرید، از یک تور بزرگ استفاده کنید، یا سعی کنید با آن ها پهلو بگیرید، تماس فیزیکی می تواند به فضاپیما آسیب برساند و مشکل زباله های فضایی را بدتر کند.”

دانشمندان روش های بدون لمس دیگری مانند استفاده از آهنرباهای قدرتمند را پیشنهاد داده اند، اما تولید آهنرباهای بزرگ هزینه بر است و ممکن است در کنترل یک سرویس دهنده اختلال ایجاد کند.

محدودیت اصلی تراکتور الکترواستاتیک، عملکرد کند آن است. در حال حاضر، بیش از ۵۵۰ ماهواره در مدار زمین در GEO قرار دارند و انتظار می رود این تعداد در دهه های آینده افزایش قابل توجهی داشته باشد.

اگر ماهواره ها یکی پس از دیگری جابه جا شوند، یک تراکتور الکترواستاتیک با افزایش تعداد ماهواره هایی که از کار می افتند، همراهی نخواهد کرد. محدودیت دیگر این است که برای پاک سازی قطعات کوچک تر زباله های فضایی بسیار کند عمل می کند، بنابراین نمی تواند GEO را کاملا عاری از زباله نگه دارد.

هزینه مانع مهم دیگری است. به گفته شاب، این تیم هنوز آنالیز هزینه کامل تراکتور الکترواستاتیک را انجام نداده است، اما احتمالا ده ها میلیون دلار هزینه خواهد داشت. با این حال، زمانی که سرویس دهنده در فضا باشد، عملیات آن نسبتا مقرون به صرفه خواهد بود.

   گام های بعدی   

تحقیقات چالش زباله فضایی
جولیان هامرل، محقق، در کنار دستگاه ECLIPS در CU Boulder عکس گرفت.

محققان در حال حاضر مجموعه ای از آزمایش ها را در آزمایشگاه شارژ الکترواستاتیک خود برای تعاملات بین پلاسما و ماشین فضایی (ECLIPS)در بولدر CU انجام می دهند. این محفظه خلا فلزی، به اندازه یک وان حمام و مجهز به یک تفنگ الکترونی، به تیم اجازه می دهد تا آزمایش های منحصر به فردی را برای شبیه سازی اثرات یک تراکتور الکترواستاتیک در مقیاس کوچک تر انجام دهند.

زمانی که تیم آماده شد، آخرین و چالش برانگیزترین مانع، تامین بودجه برای اولین ماموریت خواهد بود، فرایندی که هنوز آغاز نشده است.

بیشتر هزینه ماموریت از ساخت و راه اندازی سرویس دهنده تامین می شود. با این حال، محققان ترجیح می دهند دو ماهواره را برای آزمایش های اول پرتاب کنند – یک سرویس دهنده و هدفی که می توانند روی آن مانور دهند و به آن ها کنترل بیشتری روی آزمایش های خود بدهند اما هزینه را دو برابر کنند.

اگر آن ها بتوانند بودجه لازم را به دست آورند، تیم تخمین می زند که یک نمونه اولیه تراکتور می تواند در حدود ۱۰ سال دیگر عملیاتی شود.

آیا این ایده برای حل چالش زباله فضایی امکان پذیر است؟ 

زباله فضایی
زباله های فضایی در حال تبدیل شدن به یک مشکل بزرگ برای صنعت اکتشاف فضایی است.

در حالی که تیره ای تراکتور ممکن است مانند یک رویا به نظر برسند، کارشناسان نسبت به این فن آوری خوش بین هستند.

جان کراسیدیس، دانشمند هوافضا در دانشگاه بوفالو در نیویورک که در این تحقیق شرکت ندارد، در ایمیلی به لایو ساینس اظهار داشت: ” فن آوری آن ها هنوز در مرحله ابتدایی است.

کراسسیدیس افزود: استفاده از یک تراکتور الکترواستاتیک برای حذف زباله های فضایی بدون تماس فیزیکی ایمن تر از روش های جایگزین فعلی خواهد بود.

کارولین فروه، استادیار هوانوردی و فضانوردی در دانشگاه پوردو در ایندیانا، در ایمیلی به لایو ساینس گفت: “تراکتور الکترواستاتیک باید بتواند نیروهای لازم برای حرکت یک ماهواره از کار افتاده را تولید کند” و ” قطعا پتانسیل بالایی برای کار در عمل دارد.” اما هنوز چالش های مهندسی متعددی وجود دارد که باید در طول مسیر حل شوند تا آن را در دنیای واقعی آماده کنند.”

کراسسیدیس پیشنهاد کرد که دانشمندان باید به تحقیق در مورد دیگر راه حل های بالقوه ادامه دهند. وی افزود حتی اگر تیم CCU بولدر “محصول نهایی” را برای حذف ماهواره های غیرعملکردی ایجاد نکند، تحقیقات آن ها راه را برای دانشمندان دیگر هموار خواهد کرد.

در صورت موفقیت، این اولین باری نخواهد بود که دانشمندان داستان را به واقعیت تبدیل می کنند.

کراسیدیس در پایان گفت: آنچه که داستان های علمی تخیلی امروزی هستند، می توانند واقعیت فردا باشند.

سوالات

چگونه می توانیم به موضوع زباله های فضایی رسیدگی کنیم؟

  راه حل های فناورانه ای در حال توسعه هستند، مانند ایجاد موشک ها و ماهواره های قابل استفاده مجدد که می توانند موقعیت خود را تغییر دهند. برخی از ماهواره ها این قابلیت را دارند که با کمک اپراتور ماهواره، فرد یا سازمانی که ماهواره را مدیریت می کنند، مکان خود را تنظیم کنند.

زباله های فضایی چه مشکلاتی ایجاد می کنند و چرا نگران کننده هستند؟

خطر اولیه در تاثیر آن بر سایر ماهواره های موجود در مدار نهفته است. برای جلوگیری از آسیب احتمالی، ماهواره ها باید از زباله های فضایی ورودی مانور دهند. این یک خطر قابل توجه است.

آیا زباله های فضایی یک مشکل واقعی است؟

فراتر از تداخل بالقوه با ماهواره های موجود، زباله های فضایی می توانند تهدیدی برای ایمنی و فعالیت های طولانی مدت فضانوردان ساکن در ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) باشند.

آیا می توانیم جلوی انباشت زباله های فضایی را بگیریم؟

تلاش‌ها برای پایداری فضایی شامل حذف سریع ماهواره‌ها از مدار پس از تکمیل مأموریت‌هایشان است. این رویکرد به جلوگیری از برخوردهایی که می تواند منجر به زباله های فضایی اضافی شود، کمک می کند. با این حال، هر زباله فضایی در ارتفاعات بالاتر از ۳۶۰۰۰ کیلومتر ممکن است برای صدها یا حتی هزاران سال در مدار باقی بماند.

زباله های فضایی
زباله های فضایی که در واقع بقایای ماهواره های پرتاب شده از زمین هستند

چرا باید نگران زباله های فضایی باشیم؟

  زباله های فضایی به دلیل سرعت بالایی که اجسام به دور زمین می چرخند، می توانند خطرناک باشند و به حدود ۱۰ کیلومتر در ثانیه می رسند – حدود ۳۰۰ برابر سریعتر از حداکثر سرعت در بیشتر بزرگراه های ایالات متحده. سرعت نسبی در هنگام برخورد حتی بیشتر خواهد بود.

چه زمانی زباله های فضایی به یک مشکل مهم تبدیل شدند؟

نگرانی‌ها در مورد زباله‌های فضایی به اواسط دهه ۱۹۹۰ بازمی‌گردد، زمانی که سازمان ملل متحد آن را به عنوان یک خطر اساسی تشخیص داد. اقدامات کاهشی برای مهار تکثیر زباله‌های فضایی انجام شد.

بیشترین زباله های فضایی کجا یافت می شود؟

بخش قابل توجهی از زباله ها در مدار پایین زمین، در فاصله ۲۰۰۰ کیلومتری از سطح زمین وجود دارد. برخی زباله‌ها نیز در مدار زمین ثابت، در ۳۵۷۸۶ کیلومتری بالای استوا وجود دارند.

چند چالش در فضا چیست؟

برخلاف آنچه فیلم‌هایی مانند جنگ ستارگان پیشنهاد می‌کنند، امروزه موانع اصلی در سفر فضایی شامل سیارک‌ها، کمبود منابع (مانند آب یا سوخت) و تهدید حیات غیردوستانه و هوشمند بیگانه است. با این حال، در واقعیت، دانشمندان گرد و غبار فضایی را به عنوان یک مانع اصلی شناسایی می کنند.

آیا زباله های فضایی می توانند به زمین آسیب بزنند؟

اثرات زباله های فضایی بر محیط زیست زمین شامل انتشار مواد شیمیایی ترکیبی در هنگام ورود مجدد به جو است. این مواد شیمیایی می توانند لایه اوزون را تضعیف کنند و تهدیدی برای اکتشافات فضایی و نسل های آینده باشند.

تعاریف

  1. تیر تراکتور:

    فناوری اغلب در داستان های علمی تخیلی به تصویر کشیده می شود که از نیرویی برای جذب و کشیدن اشیا، معمولاً سفینه های فضایی یا زباله ها، به سمت یک نقطه خاص بدون تماس فیزیکی استفاده می کند.

  1. تراکتور الکترواستاتیک:

    یک پرتو تراکتور واقعی پیشنهادی که از جاذبه الکترواستاتیکی استفاده می کند تا ماهواره های غیر کاربردی یا زباله های فضایی را بدون تماس فیزیکی مستقیم از مدار زمین دور کند.

  1. زباله فضایی:

    زباله ها، ماهواره های از کار افتاده، و قطعات از ماموریت های فضایی گذشته که به دور زمین می چرخند و تهدیدی بالقوه برای فضاپیماهای فعال هستند.

  1. مدار زمین ثابت (GEO):

    مداری به دور استوای زمین که در آن سرعت چرخش یک جسم با زمین مطابقت دارد و به جسم اجازه می دهد نسبت به یک نقطه خاص از سطح زمین ثابت به نظر برسد.

  1. روش های بدون لمس:

    تکنیک های حذف زباله های فضایی که شامل تماس فیزیکی با جسم نیست، با هدف جلوگیری از آسیب به فضاپیما یا زباله ها.

  1. هارپون ها، شبکه های غول پیکر و سیستم های اتصال فیزیکی:

    روش های پیشنهادی مختلف برای گرفتن یا حذف زباله های فضایی، شامل ابزارهایی مانند هارپون ها، شبکه های بزرگ یا سیستم هایی که به طور فیزیکی با زباله ها لنگر می اندازند.

  1. تفنگ الکترونی:

    وسیله ای است که الکترون هایی با بار منفی ساطع می کند، که در تراکتور الکترواستاتیک برای دادن بار منفی به ماهواره هدف استفاده می شود.

  1. پاکسازی زباله های GEO:

    فرآیند حذف زباله های فضایی از مدار زمین ثابت برای اطمینان از عملکرد ایمن و بدون درهم ریختگی ماهواره ها در آن منطقه.

  1. تحلیل هزینه:

    ارزیابی هزینه های مالی مرتبط با یک پروژه یا ماموریت، از جمله ساخت، راه اندازی و راه اندازی تراکتور الکترواستاتیک.

  1. دستگاه ECLIPS:

     دستگاهی که در آزمایشات آزمایشگاه شارژ الکترواستاتیک CU Boulder برای تعاملات بین پلاسما و فضاپیما استفاده می شود و به محققان اجازه می دهد تا اثرات یک تراکتور الکترواستاتیک را در مقیاس کوچکتر شبیه سازی کنند.

  1. ارزیابی قابلیت حیات:

     ارزیابی عملی و اثربخشی فناوری تراکتور الکترواستاتیک برای حذف زباله های فضایی با توجه به مزایا، محدودیت ها و چالش های مهندسی بالقوه آن.

  1. موانع تامین مالی:

     موانع مربوط به تامین حمایت مالی برای توسعه و اجرای تراکتور الکترواستاتیک، از جمله هزینه های ساخت، راه اندازی و بهره برداری از سرویس دهنده.

  1. نمونه اولیه تیر تراکتور:

     نسخه اولیه تیر تراکتور الکترواستاتیک طراحی شده برای آزمایش و آزمایش، با هدف نشان دادن امکان سنجی آن در استفاده عملی.

  1. علمی تخیلی تا واقعیت:

     انتقال مفاهیم یا فناوری هایی که در روایت های تخیلی به تصویر کشیده می شوند، مانند تیرهای تراکتور در داستان های علمی تخیلی، به پیشرفت ها یا پیاده سازی های واقعی در دنیای واقعی.

  1. چالش های مهندسی:

     مشکلات و مشکلات مربوط به کاربرد عملی و پیاده سازی تراکتور الکترواستاتیک، نیازمند راه حل هایی برای آماده سازی فناوری برای استفاده در دنیای واقعی است.

منابع

https://evreka.co

https://www.lung.org

https://www.britannica.com

https://www.aps.org/publications

https://www.mckinsey.com

https://www.trtworld.com

https://greenly.earth

https://fas.org/publication

https://www.nhm.ac.uk

۰ ۰ رای ها
امتیازدهی به مقاله
اشتراک در
اطلاع از
guest
0 نظرات
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها
www.novin.com
مقالات پیشنهادی سایوتک
Generic selectors
Exact matches only
Search in title
Search in content
Post Type Selectors

زباله فضایی : کاهش ردپای مخرب فناوری جدید با فناوری جدیدتر

فهرست